表面活性剂的环境保护

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1、表面活性剂环境危害性分析表面活性剂是一类加入很少量就能使表面张力降低的有机化合物，具有分散、润湿、渗 透、增溶、乳化、起泡、润滑、杀菌等诸多性能，广泛应用到国民经济的各个领域，有“工 业味精”之美称。作为一种重要的化工产品，表面活性剂的应用范围还在继续拓展，消耗量 也日趋增大。在使用过程中，大量含表面活性剂的废水、废渣不可避免地排入了水体、土壤 等环境，随之而来的环境污染问题也越来越严重，表面活性剂在环境中的大量存在会影响 整个生态环境。1土壤环境中表面活性剂的危害性分析 表面活性剂在土壤上的吸附能够显著地改变土壤的物理化学性质。土壤胶体是热力 学不稳定的分散体系，表面活性剂对它的表面电势、有

2、效Hammer常数及离子强度都有 影响。一般认为，土壤胶体多带负电荷，加入阴离子表面活性剂后其表面电势增加，胶 体之间的排斥力增加；加入阳离子表面活性剂后情况正好相反，土壤化学性质的改变会 直接影响土壤中化合物的行为。较低浓度表面活性剂的存在就会降低土壤粒子与溶液间的界面张力，导致原有颗粒 更易湿润，减小土壤团聚体的稳定性。如果土壤中的非离子表面活性剂浓度低于 50 mg/kg，可提高土壤持水性能90%189%。阴离子表面活性剂浓度低于500 mg /kg时， 土壤持水性能可提高45倍；而阳离子表面活性剂在土壤上的吸附，会导致土壤的吸水 性降低。表面活性剂与土壤中各种离子的交换反应会改变土壤溶

3、液的 pH 值，长期浇灌含表 面活性剂水可使土壤pH值升高，浇灌了 100 mg/L LAS溶液的土壤pH值会比对照高0.2 个单位。表面活性剂还可与土壤中的重金属发生竞争吸附，当LAS浓度高于50 mg/L时， LAS 显著降低了土壤中交换态和碳酸盐结合态镉的含量，增加了土壤中铁锰氧化物结合 态和有机结合态镉的含量，从而降低了土壤中镉的可移动性和生物有效性。 2水体环境中表面活性剂的危害性分析当表面活性剂的浓度达到 1 mg/L 时，水体就可能出现持久性泡沫，这些大量不易消 失的泡沫在水面形成隔离层，减弱了水体与大气之间的气体交换，致使水体发臭。当表 面活性剂在水体中的浓度超过CMC后能使不

4、溶或微溶于水的污染物在水中浓度增大或 者把原来不具有吸附能力的物质带入吸附层，这种增溶作用会造成间接污染，改变水体 性质，妨碍水体生物处理的净化效果。另外，当进入污水处理厂污水中的表面活性剂达到一定浓度时，会影响曝气、沉淀、 污泥硝化等诸多过程，饮用水中含有过多表面活性剂时会有不良的嗅和味，有油腻感。 含表面活性剂废水的大量排放，不仅直接危害水生环境，杀死环境中微生物，抑制了其 它有毒物质的降解，同时还会导致水中溶解氧的减少，尤其含氮、磷的表面活性剂会造 成水体富营养化。此外，有的表面活性剂在土壤中的吸附能力很弱会向下迁移，其污染 地下水的潜在危害性也是不容忽视的。3表面活性剂生物效应的危害性

5、分析3.1 表面活性剂对水生植物的影响 表面活性剂对水生植物的损伤程度与其浓度有关，当水体中表面活性剂含量稍高时 就会影响水体中的藻类和其他微生物的生长，导致水体的初级生产力下降，从而破坏水 体的水生生物的食物链。植物在表面活性剂污染环境中，POD （过氧化物酶）是起主导 作用的保护酶，它通过增加植物组织的木质化程度，使细胞的通透性降低等方式来保护 细胞，但当植物处于逆境中超过生物体内在的防御能力时，就会发生损伤。表面活性剂 引起的急性毒性最终会导致植物细胞膜的通透性增加，胞内物质外渗，细胞结构逐渐解 体，SOD （超氧化物歧化酶）、CAT （过氧化氢酶）、POD活性及叶绿素含量下降。3.2

6、表面活性剂对水生动物的影响 人们对表面活性剂危害的最初认识就是来自其对河流湖泊中的水生生物的危害。表 面活性剂主要通过动物取食、皮肤渗透等方式进入动物体内，当表面活性剂的浓度过高 时，可以进入鳃、血液、肾、胆囊和肝胰腺，并对它们产生毒性影响，鱼类十分容易通过体表和鳃吸收表面活性剂，随着血液循环分布到体内各组织和器 官，鱼类经表面活性剂染毒后，大多数的血清转氨酶和碱性酸磷酶活力均升高，表明表 面活性剂对鱼类的胆囊和肝胰腺产生了不良影响。家用洗涤剂在远低于日常使用量的浓 度下就会对鱼类有急性毒性，损伤程度与其受毒时间成正比，并且家用洗涤剂溶液存放 一段时间后对鱼类的急性毒性作用无明显降低，因此很多

7、学者认为含有大量家用洗涤剂 的生活污水排放到自然水体中后将对水生动物产生持续的有害影响。遭受污染的鱼类通 过食物链进入人体，对人体内各种酶产生抑制作用，影响肝脏和消化系统，降低人体对 疾病的抵抗能力。3.3 表面活性剂对陆生植物的影响 表面活性剂对植物生长的影响有临界浓度，当其浓度低于临界浓度时对植物的生长 有一定的促进作用，但随其浓度的增加逐渐会出现毒害作用，这种毒害主要由于表面活 性剂能与生物膜结合并插入或透过膜，在膜内形成胶束，随着表面活性剂浓度的增加， 就会造成膜蛋白和脂分离，使膜解体。用含表面活性剂的水灌溉农田，会使农作物的叶 慢慢卷曲，根逐渐变得细而短，根表皮出现棕色小斑点的老化现

8、象，根、茎、叶的长度 及全株干重下降的趋势明显，小麦、水稻的分蘖数、产量等都受到了不同程度的影响。 表面活性剂对种子发芽也会有抑制作用，表现为发芽推迟，表皮开裂慢，芽长较短，发 芽率低等。3.4 表面活性剂对陆生动物的影响 表面活性剂可致使鸟类和爬虫动物的性别比例异常，降低动物机体免疫能力，影响 其神经系统。3.5 表面活性剂对人体的影响 表面活性剂对人体的影响主要可分为对皮肤的影响和进入体内产生的影响两方面： 现代生活大部分的洗涤剂、护肤美容产品主要成分都是表面活性剂，长期使用会对皮肤 产生刺激作用，使表皮老化，产生一定程度的损伤，重者可引起表皮坏死、腐肉形成和 断裂；表面活性剂进入人体后产

9、生的影响有很大一部分是通过作用于人体内的酶实现 的，在一定浓度下，表面活性剂使原本不该活化的酶被激活，而在高于一定浓度时，酶 的活性又被抑制，打乱了人体正常的生理功能，表面活性剂的毒性就通过种种病症表现 出来。表面活性剂进入人体后的毒性与其进入人体的途径也有关系，表面活性剂一般可 以通过口服、皮肤渗透、注射等3 条途径进入人体，其中口服进入人体的量最大。3.6 表面活性剂对微生物的影响 表面活性剂对微生物的毒性主要有两方面：一是通过与细胞膜中液态成分的相互作 用迫使细胞膜溶解；二是表面活性剂分子与细胞必不可少的功能蛋白发生了反应。表面活性剂的浓度高于其 CMC 值时，微生物对疏水性污染物的降解

10、通常有抑制 性的影响，使疏水性污染物的可生物利用性降低，但这种抑制性也同样出现在亲水性的 污染物中。一般来讲，表面活性剂浓度小于100 mg/L 时，对土壤微生物无实质影响； 当浓度大于500 mg/L时，微生物种群数开始降低。对于不同离子类型的表面活性剂而 言，阳离子表面活性剂的毒性最大，其次为阴离子和非离子表面活性剂。但由于环境条 件和生物因素的复杂性，即使相同浓度的同种表面活性剂对土壤微生物的生长影响的程 度也不同。另外，土壤酸碱度对表面活性剂的毒性有影响，在pH值为7或稍高时，阳 离子表面活性剂毒性更大，而阴离子表面活性剂在较低pH值时呈现较强毒性，非离子表面活性剂通常比离子型表面活性

11、剂的毒性小。但非离子表面活性剂毒性也很大， 4表面活性剂的降解完整的表面活性剂生物降解需经历3 个过程：初级生物降解（母体分子结构消失， 特性发生改变）；达到环境可以接受的程度（降解得到的任何产物不再导致污染）；最终 生物降解（完全转化为二氧化碳和水等无机质和代谢物）。现在人们对 LAS 的降解研 究得最多，一般认为其生物降解主要包含3种作用机理：通过e氧化作用使烷基链 上的末端甲基氧化以及通过卩-氧化作用或a-氧化作用使长链分子断开形成短链的磺基 苯羧酸；氧化开裂作用使苯环打开；脱磺酸过程去除取代的磺酸盐。表面活性剂的生物降解对环境既有正面影响又有负面影响。正面影响主要是表面活 性剂被去除，

12、并在其被降解去除过程中，可以增加了环境中碳氢化合物的吸收速度，可 使一些其它污染物作为协同代谢物被降解。负面影响主要表现在以下几个方面。（1）表面活性剂的生物降解会导致环境中矿物质和氧气的耗竭。（2）表面活性剂对降解菌有毒害作用，会抑制降解菌在污染物表面的吸附，减小其 对污染物的吸收转化速率。（3）表面活性剂降解产生的代谢中间产物的毒性可能比原有表面活性剂的毒性更 大。（4）表面活性剂作为优先生物可利用的基质被降解，从而延迟了土壤中其他有机污 染物的降解。表面活性剂浓度是考察其毒性的关键因子，当浓度小于一定值时，其对环境是有利 的，但随着表面活性剂浓度的升高和暴露时间的延长，其毒性增强，但其毒

13、性也存在极 限。分子结构对表面活性剂毒性影响很大，直链越短其毒性越大。5结论 人们在合理使用表面活性剂的同时必须也要全面掌握其生态毒理效应。表面活性剂 在环境中生物可降解性很高，但对环境的依赖性较大，污染主要发生在一些不利于微生 物降解的环境下。表面活性剂具有一定毒性，但是否存在致癌性、致畸性、致突变性、 致敏性以及能否在生物体内积累或富集放大等方面则有争议。所以，人们在选择和使用 表面活性剂时，必须考虑其环境容量与自净能力，强调从根本上减少其直接向环境的排 放量， 含表面活性剂的废水、废渣经过必要的预处理后的才可向环境排放。研制新型绿 色表面活性剂，朝着低毒、易于生物降解的方向发展，从而缩短

14、其在环境的滞留时间， 减短生物受胁迫时间，达到减轻环境污染的效果。表面活性剂的降解是指表面活性剂在环境因素作用下结构发生变化、从对环境有害的表 面活性剂分子逐步转化成对环境无害的小分子如（CO2、nh3、h2o等）、从而引起化学和物 理性质发生变化。完整的降解一般分为3步：（1）初级降解，表面活性剂的母体结构消失，特性发生变化；（2）次级降解，降解得到的产物不再导致环境污染；（3）最终降解，底物（表面活性剂）完全转化为C02、NH3、H2O等无机物影响表面活性 剂降解的因素很多，除自身的结构外，还受微生物、光源、浓度、温度、氧化剂、pH值等 诸多环境因素的影响。研究表面活性剂降解的方法也较多，

15、但主要是生物降解法和光降解法。1. 表面活性剂的生物降解性 残留在处理浴中的表面活性剂，随着废水排出，应该说大部分在污水处理场经受分 解，但如果未经处理而直接排入河道，则表面活性剂的生物降解性就显得特别重要。表面活性剂的生物降解性，在开始使用合成洗涤剂时为解决烷基苯磺酸钠（ABS）产 生大量泡沫的问题而已经引起人们的注意。经过对表面活性剂分子结构与生物降解性关系及分解机理的研究，后来采用易生物分解的直链烷基苯磺酸钠(LAS)代替高度支链的 ABS,泡沫问题迎刃而解。关于表面活性剂生物降解性的评价，已经提出的主要有两种方法，一种是用甲基蓝 活性物质(MBAS)作为指标的初级(一级)评价法，和以T

16、OC、BOD/TOD作为指标的最终 评价法。表面活性剂的生物降解性与其化学结构和物理化学性质有关，其主要表现在：a) 表面活性剂的疏水基在性质上越接近脂类则越容易生物降解，因此直链烃基的表面活性剂在较少的处理时间内比支链或环状结构的化合物降解更快和更为完全；b) 表面活性剂的亲水基(极性部分)对生物降解的趋势也有重要的影响，最通常应用 的非离子表面活性剂具有一个聚氧乙烯链(POE)作为其亲水基，其生物降解的速度和程 度取决于这个链长链越长则越难于生物分解。生物降解法11 生物降解的研究方法表面活性剂生物降解的研究始于20世纪60年代，是最普遍的一种研究降解的方 法。它通过模拟表面活性剂在天然水源、土壤、污泥、污水等环境条件下被微生物分 解的过程(机理)及分解程度(降解率)描述表面活性剂的生物降解性能。目前国际上模 拟表面活性剂生物降解的实验方法很多，最常用的方法主要有以下几种：1. 1. 1 活性