目前广泛用于生物降解测定的方法主要有以下3种:河水消失法､摇瓶试验法和活性污泥法。河水消失试验是将一定量的河水和表面活性剂加入一玻璃容器中,然后在室温下培养,用相应的分析方法测定表面活性剂降解率。虽然这种方法能模拟自然水域条件,但由于水中微生物种类和固体含量相对较低,而延长降解时间并有较大的试验误差。活性污泥法包括连续活性污泥法(CAS)和半连续活性污泥法(SCAS)。活性污泥法是以一定量的表面活性剂和含营养物质的人工污水连续进入装置中,测定进出口表面活性剂质量浓度变化得到其降解度;半连续活性污泥法则是营养液和表面活性剂按一定的质量浓度逐天增加,以诱导微生物产生分解表面活性剂的酶。这些实验装置是模拟城市活性污泥处理厂设计的。活性污泥法模拟污水处理的测定方法类似实际过程,但所需时间长,操作条件不易控制,数据重现性差。摇瓶试验法是将活性污泥和表面活性剂加入含有微生物培养液的介质中,然后按规定方法测定样品的质量浓度,此法操作简单,结果重现性好。GB/T15818-1995摇瓶试验法的微生物源取自民用废水的污水处理厂,本试验用河水稀释生活污水沉降井的生污泥,经过滤､曝气制成一定质量浓度的活性污泥作为生物降解的微生物源,对表面活性剂进行生物降解度的研究。
1 实验部分
1.1样品与试剂
ABS,浙江蓝良公司;LAS,南京烷基苯厂;K12,美国SIGMA公司,质量分数≥99.5%;AES,南京康迪雅公司,质量分数70%;AOS,浙江吉利达公司,质量分数92%;MES,美国CHEMITHON公司,质量分数86.4%;SAS,南京康迪雅公司,质量分数90%;AEO7,德国汉高公司;异构C13醇醚(EO=7);聚醚;TX-10。活性污泥制备用水取自太原汾河水。
1.2仪器
恒温冷冻摇床HQL150BⅡ,中国科学院武汉科学仪器厂;紫外可见分光光度计UV1600,北京瑞利分析仪器公司。
1.3方法
(1)阴离子表面活性剂的测定:亚甲蓝(MB)法,参见GB/T15818-1995。
(2)非离子表面活性剂的测定:硫氰酸钴(CT)法,参见GB/T15818-1995。
(3)活性污泥的制备:取生活污水沉降井生污泥800g～1000g,以汾河水2L～3L分3次稀释,搅拌,静置15min以双层纱布过滤。曝气24h后污水应由黑变为灰白或黄褐色,镜检可见大量遁纤虫,稍有臭味,加质量分数4%生污水的GB营养液,继续曝气并每2h镜检一次,镜检结果若钟虫､遁纤虫､盖虫､聚缩虫､独缩虫等固着型原生动物和轮虫等后生动物大量出现(≥106个/L),微型动物种类高度多样化,无占绝对优势数量的微生物时停止曝气。
(4)活性污泥固体悬浮物的测定:量取均匀的活性污泥溶液100mL,经30min沉降后将上层溶液倾去,沉淀物通过已知质量的快速滤纸过滤,滤物置105℃烘箱中烘干,冷却后称量,通过计算得到活性污泥悬浮物质量浓度(g/L)。然后制成15g/L活性污泥使用液。
(5)培养试验:量取500mL营养液于1L三角瓶中,加入1g/L表面活性剂试液15.0mL,再加入15g/L活性污泥溶液5mL,摇匀后加盖棉塞置规定25℃,200r/min恒温摇床中振荡72h。
(6)驯化试验:量取500mL营养液于1L三角瓶中,加入1g/L表面活性剂试液15mL,再加入5mL相应的培养液,以相同条件置摇床中振荡72h。
(7)降解试验:量取500mL营养液于1L三角瓶中,加入1g/L测试液15mL(起始质量浓度约为30mg/L),加入5 0mL相应的驯化液,置摇床中振荡5min,移取一定量试液,阴离子以MB法测定MBAS(亚甲蓝活性物)含量,非离子以CT法测定CTAS(硫氰酸钴活性物)含量,根据标准曲线计算得到降解零时的表面活性剂质量浓度(mg/L)。降解液在规定条件振荡,根据试验要求在阶段时间取样测定表面活性剂含量,计算出该阶段表面活性剂的降解度。
2 结果与讨论
2.1表面活性剂的生物降解度曲线
用上述方法对常见的表面活性剂进行生物降解试验,各种表面活性剂的生物降解度随时间的变化曲线如图1所示。
由图1可看出各种表面活性剂在降解过程中的曲线形状各有差异。LAS降解时,在第1d内有一个较快的生长期,到第2d出现一个停滞期,然后第3d进入快速生长期;SAS､MES､AOS则先是经过1d的缓滞期之后,进入第2d后就快速生长;合成醇AES､天然醇AES似乎在前期降解时没有停滞期和缓滞期。根据目前已知的上述表面活性剂在微生物体内代谢途径,可对上述现象进行解释。烷基苯磺酸盐(包括LAS和ABS)的降解一般先在疏水链发生末端ω氧化,生成芳基羧酸盐,然后再β氧化,每次脱去两个碳,最后才脱磺基。末端有季碳原子的ABS由于没有可发生脱氢的氢原子,因此很难降解。SAS的降解是先脱磺基,然后再经过脱氢酶和β氧化逐步降解成CO2和H2O。AES的生物降解被认为主要是通过醚酶断裂醚键,然后通过烷基硫酸酯酶和脱氧酶逐步降解。由于自细菌以上的任何微生物体内都存在硫酸盐化作用,因此MES､SAS､AOS､AES的降解速度快于LAS,但可能醚酶的催化断裂醚键比硫酸酯酶断裂碳硫键具有更高的效率,所以AES没有出现缓滞期。用上述方法当表面活性剂达到完全降解(降解度>90%)时所需的天数及与文献的对照见表1。
由上表可看到,本试验得到的生物降解度数据与文献数据均能很好地吻合,验证了本方法的可靠性。
2 2 重复性实验
对LAS､MES､SAS､AOS､ABS等表面活性剂生物降解实验重复性进行考察,降解过程中及最终降解时重复性实验结果如表2所示。
由表2可以看到,表面活性剂生物降解度的重复性误差表现为越远离最终降解重复性误差越大,越接近最终降解重复性误差越小。由此看到,本方法的重复性误差随生物降解度的加大而减小,因此不影响最终降解的准确性。
3 结论
建立和完善了生物降解度测定的方法,包括活性污泥的制备､培养试验､驯化试验和降解试验等,并用此方法研究对常见的阴离子和非离子表面活性剂的生物降解性进行了研究,试验结果与文献完全吻合, 该方法具有较好的重复性。
