表面活性剂在污水有机物降解中的应用研究_张小峰.pdf

202312环境工程67Modern Chemical Research当代化工研究表面活性剂在污水有机物降解中的应用研究张小峰（中国石油工程建设有限公司北京设计分公司 北京 100083）摘要：由于表面活性剂有着显著降低液体表面张力、不会污染环境及灵活广泛等优势，在污水有机物降解中有着广泛的应用。选择两种阳离子型和两种阴离子型表面活性剂，并制备COD为58mg/L的污水作为实验材料，实验中分别计算污水COD与有机物降解率，作为判定表面活性剂对污水有机物降解影响的指标。实验结果表明，污水COD随表面活性剂浓度的增大而减小，当表面活性剂投加量为50mg/L、污水接种量为30mL、降解时间为10min时，有机物降解效果最好，降解率为21.5%。关键词：表面活性剂；污水；有机物降解；应用研究中图分类号：X703.1 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.022Study on the Application of Surfactant in the Degradation of Organic Matter in SewageZhang Xiaofeng(Beijing Design Branch of China Petroleum Engineering Construction Co.,Ltd.,Beijing,100083)Abstract：Due to the advantages of significantly reducing liquid surface tension,not polluting the environment,and being flexible and widespread,surfactants have been widely used in the degradation of organic pollutants in wastewater.Two cationic and two anionic surfactants were selected and wastewater with a COD of 58 mg/L was prepared as experimental materials.In the experiment,COD and organic matter degradation rates of wastewater were calculated separately as indicators to determine the impact of surfactants on organic matter degradation in wastewater.The experimental results show that COD in wastewater decreases with the increase of surfactant concentration.When the dosage of surfactant is 50 mg/L,the inoculation amount of wastewater is 30 mL,and the degradation time is 10 min,the degradation effect of organic matter is the best,with a degradation rate of 21.5%.Key words：surfactant；sewage；degradation of organic matter；application research引言水是人类赖以生存的重要资源，随着我国工农业的高速发展，污水排放量急剧增加，严重威胁着我国人民的用水安全。据相关研究表明，在我国内陆河流中的有机污染物高达上百种，且大多为致癌、致突变等污染物，不仅对生态环境具有一定危害性，甚至威胁着人类的身体健康，导致周边居民呼吸道、消化道等疾病高发，所以研究污水治理技术，实现废水的回收利用刻不容缓。在我国现行的污水处理技术中，主要采用混凝、过滤、活性炭等处理措施，然而城市污水有着成分复杂、可生化性较差等特点，传统的污水处理技术难以满足我国国民对水质的使用需求，因此人们越来越迫切开发新型高效、无污染的污水处理技术。表面活性剂作为一种环境污染小、使用效果佳的生物物质，逐渐受到污水治理领域的重视，部分学者将其引入到污水治理之中。如文献2中主要介绍了表面活性剂类型与毒性、PAHs增溶、传质强化、细胞表面性质和环境等因素对其降解的影响，探究表面活性剂在土壤和水环境中对微生物降解的作用，文献3中研究表面活性剂对茫崖诺卡氏菌降解的影响。以上两个文献均可证明表面活性剂对于水中有机物具有一定降解作用，故本文针对表面活性剂在污水有机物降解中的应用进行深入研究，为保障我国国民饮水安全做出贡献。1.材料与方法(1)实验材料表面活性剂是一种同时拥有疏水与亲水基团的物质，主要分为化学与生物两种类型，本次实验以生物表面活性剂为主要材料进行研究。根据我国污水处理的实际情况，实验共选用了4种常用的表面活性剂，如表1所示。表1 表面活性剂选用表组别分类表面活性剂质量浓度/(mg/L)编号实验组阳离子型氯化3-氯烯丙基六亚甲基四胺（C9H16Cl2N4）3055X1十二烷基亚甲基双仲铵盐（C25H53N）3055X2阴离子型十四烷酸丁基酯（C18H36O2）3055Y13-十二烷基苯磺酸钠盐（C18H29NaO3S）3055Y2对照组不添加表面活性剂-D0与此同时，本文于某污水处理厂抽取一定的活202312环境工程68Modern Chemical Research当代化工研究性污泥来人工配制实验所需污水，其污泥中总固体质量浓度为8.4g/L，挥发性固定质量浓度为6.5g/L，污泥的体积指标为85mL/g。人工培植污水中含有酵母提取物75mg/L、蔗糖50mg/L、定分200mg/L、氯化铵150mg/L、磷酸一氢镁27g/mL、硫酸铁8mg/L等，且其COD为580mg/L，以此为基础开展实验。(2)实验方法将制备的污水样品接入锥形瓶内进行有机物降解实验，瓶内添加表面活性剂后，在28、180r/min的条件下对污水样品进行振荡培养，振荡过程中不断取样测定有机物含量，以此判断有机物降解效果，为提升实验结果的可信性，本文针对不同质量浓度的表面活性剂做了多组平行实验。本次实验主要从污水中有机物降解效果与降解率两个方面，来判定表面活性物对污水有机物降解的影响。首先是降解效果的评价，在污水水样降解结束后，对降解液进行离心、过滤，并计算污水水样的COD，表达式如下：12345CODJJJJJ=+（1）式中，COD代表污水化学需氧量；1J代表污水中易被降解的成分；2J代表污水中难被降解的成分；3J代表污水中的异养微生物；4J代表污水中的非生命物质，且这类物质属于溶解性；5J代表污水中的非生命物质，且这类物质属于悬浮性。根据式（1）所求的污水水样中COD越小，表明有机物降解效果越好。然后是有机物降解率的计算，同样在污水水样降解结束后，进行离心过滤，并通过烘干法测定未被降解的有机物质量，从而计算出有机物的降解率，表达式如下。010100%MMM=（2）式中，代表污水有机物的降解率；0M代表污水有机物起始质量；1M代表降解后水样中残留有机物的质量。综上，本次实验主要将污水水样的COD与有机物的降解率当作指标，来判断表面活性剂对污水有机物降解的影响。2.结果与讨论(1)表面活性剂对COD去除效果的影响化学需氧量（COD），主要用于反映污水中有机物的污染程度，所以本次实验将COD当作有机物降解效果的评价指标，已知污水水样的初始COD为58mg/L，本章首先通过投加不同质量浓度的表面活性剂，来判定污水水样COD的去除效果，实验结果如图1所示。由图1可知，在本次实验选用的不同种类的表面活性剂下，污水水样的COD去除效果基本一致，均随着表面活性剂投加量的增加而减小。当表面活性剂的投加量为3050mg/L时，污水水样中的COD出现大幅下降；当表面活性剂的投加量超过50mg/L时，污水水样中COD趋于平缓状态，几乎无变化。由此可以说明，表面活性剂对污水COD的去除有着促进作用，但当表面活性剂在水中的质量浓度达到一定范围后，会对水体化学反应环境造成变化，且加上反应物的减少，使其反应逐渐趋于稳定，所以如果表面活性剂的质量浓度太小，污水COD去除效果并不理想，反之如果表明活性剂的浓度太大，会造成活性剂的浪费，所以在进行污水有机物降解时，合理选择表面活性剂的质量浓度至关重要。从图1中曲线可以分析出，当表面活性剂的质量浓度为50mg/L时，污水COD的去除效果最佳。然后在此基础上，分别选用50mg/L的表面活性剂，改变活性剂的反应时间，来判定污水COD的去除效果，实验结果如图2所示。图1 表面活性剂对污水COD去除效果的影响图2 反应时间对污水COD去除效果的影响由图2可知，当表面活性剂的反应时间为10min时，污水COD达到最低值，此后随着表面活性剂反应时202312环境工程69Modern Chemical Research当代化工研究间的增加，污水COD无任何变化，由此说明，表面活性剂在降解污水有机物时，仅需要10min的反应时间即可达到最佳COD去除效果，延长反应时间对污水中COD的去除效果几乎无影响。(2)表面活性剂对污水有机物降解率的影响本章主要研究表面活性剂对污水有机物降解率的影响，在文中上述单因素实验结论的基础上，取表面活性剂的投加量、污水水样的接种量以及降解时间作为3个影响因素，设计一个正交实验，实验中采用的表面活性剂为C9H16Cl2N4，且假设各因素之间不存在交互作用，那么本次正交实验的结果如表2所示。表2 污水有机物降解率的正交实验结果表实验号投加量/(mg/L)接种量/mL降解时间/minCOD/(mg/L)降解率/%13030546.8210.9230501048.919.8330701854.386.2440301037.2314.7540501841.3613.264070543.0911.8750301028.4221.585050530.2818.3950701833.0716.2Z136.8541.0739.86-Z239.2638.4237.14-Z342.1941.5841.96-C9.857.325.04-由表2可知，表面活性剂降解污水有机物的3个影响因素投加量、接种量、降解时间所对应的极差C分别为9.85、7.32/5.04，说明影响污水有机物降解的因素的主次顺序为：投加量接种量降解时间，该结论符合文中上述实验结果。与此同时，这3个影响因素所对应COD值的3个均值Z1、Z2、Z3中最大值分别为42.19mg/L、41.58mg/L、41.96mg/L，由此可以得到各因素的最佳水平组合为：表面活性剂投加量为50mg/L、污水接种量为30mL、降解时间为10min，此时污水有机物降解效果最好，降解率为21.5%。3.结束语综上，本文选用两种不同类型的表面活性剂，进行了污水有机物的降解实验，实验结果显示，表面活性剂对污水COD的去除有着促进作用，且质量浓度为50mg/L的表面活性剂在反应时间为10min时，对去除污水COD的影响最为显著，此时降解率为21.5%。虽然本次实验已经取得了一定成果，但由于时间有限，文中研究仍存在一定局限性，本文以COD为指标，表征了污水中有机物的整体降解效果，在今后的实验中，将针对表面活性剂对污水中有机物各成分的降解效果做详细探讨，对解决我国水资源污染问题、保护水环境有着重要作用。【参考文献】1肖锟,刘聪洋,王仁女,等.表面活性剂影响微生物降解多环芳烃的研究进展J.微生物学通报,2021,48(02):582-595.2申文盛,刘向荣,吴燕,等.表面活性剂对茫崖诺卡氏菌降解鄂尔多斯盆地富油煤过程的影响J.应用化工,2022,51(08):2279-2284.3蔡昕原,申文盛,马丽,等.表面活性剂对陕北富油煤微生物降解的影响J.西安科技大学学报,2022,42(02):317-323.4郝晓地,杨振理,李季.疫情背景下污水中的表面活性剂对污水处理效果的影响与机理J.环境工程学报,2021,15(06):1831-1839.5张文静,梁振天.生物表面活性剂及其在地下水污染修复领域的应用与展望J.环境污染与防治,2021,43(02):237-242.6周泽婷,张浩翔,刘飞峰.臭氧催化氧化技术应用于工业园区污水厂深度降解有机物的中试研究J.广东化工,2022,49(12):143-145+150.7何世鼎,王凯凯,刘海福,等.高铁酸钾预处理降解污水中有机物的特性研究J.工业水处理,2019,39(07):70-73.8黄亮,姜晓艳,徐全数,等.有机物高效降解菌的筛选及其在石油炼化污水中的应用J.化学与生物工程,2018,35(10):44-48.9陈荣,金鹏康,兰亚琼,等.用于污水再生利用的生物活性炭床的有机物降解特性J.环境工程学报,2013,7(06):2051-2056.10张维.水解酸化改造A2O工艺对混合进水有机物降解效能研究D.新疆农业大学,2021.11杨孟林.Fenton法改善生活污水生物处理出水有机物生物降解性能研究D.河北建筑工程学院,2022.12逄宇帆,许明奕,林松,等.非离子型表面活性剂的合成方法的研究与市场发展J.应用化工,2023,52(02):546-550.13蔡昌武,柏新喜,曾银凤.氨基酸表面活性剂的合成研究进展J.产业创新研究,2022,101(24):81-83.14马江波,李建勋,李刚,等.低温高盐低渗油藏表面活性剂驱油体系的筛选及评价J.油田化学,2022,39(04):682-687.15李斌,刘尧.表面活性剂对村庄分散式聚驱污水絮凝效果的影响J.当代化工,2019,48(09):2044-2047.16陆培志.生物表面活性剂在污水处理中的应用及前景J.资源节约与环保,2018,(05):96+100.【作者简介】张小峰（1973-），男，汉族，辽宁盘锦人，本科，工程师，研究方向：污水处理。