目前廣泛用于生物降解測定的方法主要有以下3種:河水消失法､搖瓶試驗法和活性污泥法。河水消失試驗是將一定量的河水和表面活性劑加入一玻璃容器中,然后在室溫下培養(yǎng),用相應(yīng)的分析方法測定表面活性劑降解率。雖然這種方法能模擬自然水域條件,但由于水中微生物種類和固體含量相對較低,而延長降解時間并有較大的試驗誤差。活性污泥法包括連續(xù)活性污泥法(CAS)和半連續(xù)活性污泥法(SCAS)。活性污泥法是以一定量的表面活性劑和含營養(yǎng)物質(zhì)的人工污水連續(xù)進(jìn)入裝置中,測定進(jìn)出口表面活性劑質(zhì)量濃度變化得到其降解度;半連續(xù)活性污泥法則是營養(yǎng)液和表面活性劑按一定的質(zhì)量濃度逐天增加,以誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生分解表面活性劑的酶。這些實驗裝置是模擬城市活性污泥處理廠設(shè)計的。活性污泥法模擬污水處理的測定方法類似實際過程,但所需時間長,操作條件不易控制,數(shù)據(jù)重現(xiàn)性差。搖瓶試驗法是將活性污泥和表面活性劑加入含有微生物培養(yǎng)液的介質(zhì)中,然后按規(guī)定方法測定樣品的質(zhì)量濃度,此法操作簡單,結(jié)果重現(xiàn)性好。GB/T15818-1995搖瓶試驗法的微生物源取自民用廢水的污水處理廠,本試驗用河水稀釋生活污水沉降井的生污泥,經(jīng)過濾､曝氣制成一定質(zhì)量濃度的活性污泥作為生物降解的微生物源,對表面活性劑進(jìn)行生物降解度的研究。
1 實驗部分
1.1樣品與試劑
ABS,浙江藍(lán)良公司;LAS,南京烷基苯廠;K12,美國SIGMA公司,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%;AES,南京康迪雅公司,質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%;AOS,浙江吉利達(dá)公司,質(zhì)量分?jǐn)?shù)92%;MES,美國CHEMITHON公司,質(zhì)量分?jǐn)?shù)86.4%;SAS,南京康迪雅公司,質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%;AEO7,德國漢高公司;異構(gòu)C13醇醚(EO=7);聚醚;TX-10。活性污泥制備用水取自太原汾河水。
1.2儀器
恒溫冷凍搖床HQL150BⅡ,中國科學(xué)院武漢科學(xué)儀器廠;紫外可見分光光度計UV1600,北京瑞利分析儀器公司。
1.3方法
(1)陰離子表面活性劑的測定:亞甲藍(lán)(MB)法,參見GB/T15818-1995。
(2)非離子表面活性劑的測定:硫氰酸鈷(CT)法,參見GB/T15818-1995。
(3)活性污泥的制備:取生活污水沉降井生污泥800g～1000g,以汾河水2L～3L分3次稀釋,攪拌,靜置15min以雙層紗布過濾。曝氣24h后污水應(yīng)由黑變?yōu)榛野谆螯S褐色,鏡檢可見大量遁纖蟲,稍有臭味,加質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%生污水的GB營養(yǎng)液,繼續(xù)曝氣并每2h鏡檢一次,鏡檢結(jié)果若鐘蟲､遁纖蟲､蓋蟲､聚縮蟲､獨縮蟲等固著型原生動物和輪蟲等后生動物大量出現(xiàn)(≥106個/L),微型動物種類高度多樣化,無占絕對優(yōu)勢數(shù)量的微生物時停止曝氣。
(4)活性污泥固體懸浮物的測定:量取均勻的活性污泥溶液100mL,經(jīng)30min沉降后將上層溶液傾去,沉淀物通過已知質(zhì)量的快速濾紙過濾,濾物置105℃烘箱中烘干,冷卻后稱量,通過計算得到活性污泥懸浮物質(zhì)量濃度(g/L)。然后制成15g/L活性污泥使用液。
(5)培養(yǎng)試驗:量取500mL營養(yǎng)液于1L三角瓶中,加入1g/L表面活性劑試液15.0mL,再加入15g/L活性污泥溶液5mL,搖勻后加蓋棉塞置規(guī)定25℃,200r/min恒溫?fù)u床中振蕩72h。
(6)馴化試驗:量取500mL營養(yǎng)液于1L三角瓶中,加入1g/L表面活性劑試液15mL,再加入5mL相應(yīng)的培養(yǎng)液,以相同條件置搖床中振蕩72h。
(7)降解試驗:量取500mL營養(yǎng)液于1L三角瓶中,加入1g/L測試液15mL(起始質(zhì)量濃度約為30mg/L),加入5 0mL相應(yīng)的馴化液,置搖床中振蕩5min,移取一定量試液,陰離子以MB法測定MBAS(亞甲藍(lán)活性物)含量,非離子以CT法測定CTAS(硫氰酸鈷活性物)含量,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到降解零時的表面活性劑質(zhì)量濃度(mg/L)。降解液在規(guī)定條件振蕩,根據(jù)試驗要求在階段時間取樣測定表面活性劑含量,計算出該階段表面活性劑的降解度。
2 結(jié)果與討論
2.1表面活性劑的生物降解度曲線
用上述方法對常見的表面活性劑進(jìn)行生物降解試驗,各種表面活性劑的生物降解度隨時間的變化曲線如圖1所示。
由圖1可看出各種表面活性劑在降解過程中的曲線形狀各有差異。LAS降解時,在第1d內(nèi)有一個較快的生長期,到第2d出現(xiàn)一個停滯期,然后第3d進(jìn)入快速生長期;SAS､MES､AOS則先是經(jīng)過1d的緩滯期之后,進(jìn)入第2d后就快速生長;合成醇AES､天然醇AES似乎在前期降解時沒有停滯期和緩滯期。根據(jù)目前已知的上述表面活性劑在微生物體內(nèi)代謝途徑,可對上述現(xiàn)象進(jìn)行解釋。烷基苯磺酸鹽(包括LAS和ABS)的降解一般先在疏水鏈發(fā)生末端ω氧化,生成芳基羧酸鹽,然后再β氧化,每次脫去兩個碳,最后才脫磺基。末端有季碳原子的ABS由于沒有可發(fā)生脫氫的氫原子,因此很難降解。SAS的降解是先脫磺基,然后再經(jīng)過脫氫酶和β氧化逐步降解成CO2和H2O。AES的生物降解被認(rèn)為主要是通過醚酶斷裂醚鍵,然后通過烷基硫酸酯酶和脫氧酶逐步降解。由于自細(xì)菌以上的任何微生物體內(nèi)都存在硫酸鹽化作用,因此MES､SAS､AOS､AES的降解速度快于LAS,但可能醚酶的催化斷裂醚鍵比硫酸酯酶斷裂碳硫鍵具有更高的效率,所以AES沒有出現(xiàn)緩滯期。用上述方法當(dāng)表面活性劑達(dá)到完全降解(降解度>90%)時所需的天數(shù)及與文獻(xiàn)的對照見表1。
由上表可看到,本試驗得到的生物降解度數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)均能很好地吻合,驗證了本方法的可靠性。
2 2 重復(fù)性實驗
對LAS､MES､SAS､AOS､ABS等表面活性劑生物降解實驗重復(fù)性進(jìn)行考察,降解過程中及最終降解時重復(fù)性實驗結(jié)果如表2所示。
由表2可以看到,表面活性劑生物降解度的重復(fù)性誤差表現(xiàn)為越遠(yuǎn)離最終降解重復(fù)性誤差越大,越接近最終降解重復(fù)性誤差越小。由此看到,本方法的重復(fù)性誤差隨生物降解度的加大而減小,因此不影響最終降解的準(zhǔn)確性。
3 結(jié)論
建立和完善了生物降解度測定的方法,包括活性污泥的制備､培養(yǎng)試驗､馴化試驗和降解試驗等,并用此方法研究對常見的陰離子和非離子表面活性劑的生物降解性進(jìn)行了研究,試驗結(jié)果與文獻(xiàn)完全吻合, 該方法具有較好的重復(fù)性。
