来源：慧聪网皮革行业频道  作者：王学川

　　摘要:介绍了相关行业、学科有关化学品生物降解性研究的概况,针对皮革工业的实际情况,提出了进行皮革化学品生物降解性以及检测方法研究和建立标准的必要性,以促使我国皮革化工与国际接轨,为皮革工业的可持续发展提供支持。

　　关键词:皮革化学品;生物降解;标准建立

　　有机物的污染迄今为止仍是我国水体的主要污染源,有机物进入水体会消耗溶解氧,使生态平衡遭到破坏。有机物在水中的量或浓度在环境工程中以生化需氧量(ＢＯＤ)和化学需氧量(ＣＯＤ)表示。ＢＯＤ代表了污染物中易于被微生物分解的有机物的量,它是造成水体溶解氧消耗的主要原因。ＣＯＤ中则包含易于降解和不易降解的几乎全部有机物。废水好氧生物处理的生物学原理已有较成熟的理论。有机物在好氧条件和厌氧条件下的分解过程和产物不同。在好氧条件下,好氧微生物通过好氧呼吸作用将有机物分解;厌氧条件下厌氧菌通过无氧呼吸或发酵作用分解有机物。工业和生活废水中大量的有机物,视来源不同,有碳水化合物、脂肪、蛋白质、有机酸、醇、醛、酮、酚、铵、腈等等。好氧处理中,可生物降解的有机物最终可被完全氧化为简单的无机物如Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、ＳＯ42-、ＰＯ42-等,即被完全矿化。

　　在生物处理中应该明确有机物的转换。首先,有机物的一部分可能是不能够生物降解的,或者在反应器短暂的停留时间内实际上不降解。因此有机污染物可表示为:有机物=可降解有机物+不可降解有机物。在废水的生物处理中,可降解的有机物在转化为简单无机物的同时,其一部分又通过合成代谢转化为增殖了的细胞物质。此外,在任何废水的生物处理中,可降解的有机物总或多或少地部分残留在废水中,这部分有机物未被降解,也未被转化为细胞物质。生物降解性的测定已引起各国研究者的注意,也有很多方法被推荐,但是,目前这些方法中还没有适应范围广、准确有效、能被大家公认的方案,各国甚至各行业有自己的检测方法或标准。

　　为了解决日益严重的环境问题,绿色化学从化学学科中脱颖而出,成为当前化学学科研究的热点和前沿。表面活性剂的绿色化学是绿色化学的重要内容之一,目前主要体现在3个方面〔1〕:(1)继续揭示表面活性剂结构与性能的关系,特别是生物降解等环境相容性的关系;(2)降低产品中有害物质的含量;(3)表面活性剂的绿色应用。表面活性剂与环境的相容性则是表面活性剂绿色化学的重点。1999年,全球表面活性剂的用量在930万ｔ,到2000年达到了1080万ｔ,预计2005年将达到1250万ｔ〔2〕。如此大量的表面活性剂在完成任务后大多混入污水中而被弃去。对于这些化学合成的物质,必须了解环境对这类物质的接受能力,即所谓的环境安全性。表面活性剂的生物降解是其生命周期分析(ＬＣＡ)的重要内容之一。迄今为止,表面活性剂的发展历史上出现了两次戏剧性的转变,第一次转变就是众所周知的在全球范围内兴起的从支链烷基苯磺酸盐(ＡＢＳ)到直链烷基苯磺酸盐(ＬＡＳ)的转变;第二次就是刚刚在欧洲兴起的用酯季铵盐(ＥＱ)取代双长链的季铵盐(ＤＴＭＡＣ),两次转变均是由生物降解性产生的。因此,了解表面活性剂的被处理特性,并进一步掌握其在自然界中的行为,对讨论表面活性剂的生物降解性具有重要意义。

　　最近,虽然有人〔3〕对表面活性剂降解研究进展进行了评述,但对表面活性剂的结构与生物降解的关系却谈得很少。本文重点介绍了表面活性剂结构与其生物降解性关系的研究进展,并对我国今后表面活性剂生物降解研究的方向进行了讨论。

　　表面活性剂的生物降解性主要由疏水基团决定,并随着疏水基线性程度的增加而增加,末端季碳原子会显著降低降解度,疏水链长短也影响降解性;表面活性剂的亲水基性质对生物降解度有次要的影响;乙氧基链长影响非离子表面活性剂的生物降解性;增加磺酸基和疏水基末端之间的距离,烷基苯磺酸盐的初级生物降解度增加(距离原则)。
国外早在20世纪60年代开始起就对表面活性剂生物降解性进行了系统的研究,现在已经到达能从分子水平考察表面活性剂的降解过程;而我国对这方面的研究则还刚刚起步,从国外研究的趋势来看,我现今表面活性剂研究方向应主要集中在以下几个方面：

　　(1)完善各类表面活性剂快速、简便和准确的分析方法,实测在我国国内大量使用的表面活性剂的降解度数据,建立阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的评价方法,实现标准化。

　　(2)新兴的表面活性剂不断涌现,应确立这些表面活性剂的生物降解性。

　　(3)研究表面活性剂结构与生物降解性的关系,从而指导表面活性剂的合成,仍是表面活性剂生物降解性研究的重点。

　　(4)明确一些表面活性剂的降解途径,则是了解结构与性能关系的关键。

　　(5)为了更全面了解表面活性剂在自然界中的降解情况,表面活性剂的初级生物降解与最终生物降解、厌氧生物降解与好氧生物降解都应同时加以考虑。

　　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。

　　近年来,随着人们环保意识的增强,绿色化学研究愈来愈为人们所重视。在绿色化学的浪潮中,绿色表面活性剂的研究也十分活跃。其中以淀粉和动物油脂为起始原料衍生的一些糖基表面活性剂就是其中的一类,烷基葡萄糖酰胺作为一种新型绿色表面活性剂已经成为行业内研究的热点。烷基葡萄糖酰胺即Ｎ-烷酰基-Ｎ-甲基葡萄糖,简称ＭＥＧＡ,是一种非离子表面活性剂,其所用原料均可来自可再生资源,从文献报道来看其生物降解可达98%～99%,性能温和,对环境和生物安全性极高,是一种不可多得的绿色化学品。

　　总之,烷基葡萄糖酰胺有良好的生物降解性,同时对环境的安全性大为提高,小白鼠的半数致死量为ＬＤ5ｍｇ/ｇ>2000,性能温和,不伤皮肤,是一种性能优异的绿色表面活性剂。在绿色浪潮席卷全球之时,相信它能赢得市场和消费者的青睐。目前国内外对这类表面活性剂大多还处于研究阶段,有关工业化的报道较少,如能开发出一种高效的专用催化剂来解决葡萄糖亚胺的加氢问题,相信会有良好的工业化前秦勇、张高勇等人对5种不同碳链的ＡＰＧ初级生物降解性进行了研究〔4〕。
结果表明,碳链较短的ＡＰＧ能被完全降解,碳链为14～15的支链ＡＰＧ不能被完全降解;结构对ＡＰＧ可降解性的影响:疏水基的结构对其降解性有较大影响,直链醇ＡＰＧ的可降解性优于支链醇对ＡＰＧ的可降解性,碳链较短的降解性优于碳链长的,链支化度影响支链醇ＡＰＧ的降解性;研究还发现,Ｃ8～10直链ＡＰＧ,Ｃ12～14直链ＡＰＧ,Ｃ12～13支链ＡＰＧ和Ｃ14～15支链ＡＰＧ的降解曲线在某一区间出现降解度随时间下降的特殊现象。

　　表面活性剂在轻工、纺织助剂、石油化工和卫生用品、添加剂等领域中发挥着越来越重要的作用,这些产品使用后大多排入废水系统,其所含的表面活性剂及其衍生物直接危害水体环境,对土壤结构及微生物造成不利影响,还可能抑制其它有毒物质的降解,因此研究这类物质的生物降解具有重要意义。烷基多苷(ＡＰＧ)是由葡萄糖的半缩醛羟基和脂肪醇羟基在酸的催化下失去一分子水而得到的产物。它具有泡沫丰富、与阴、阳、非离子复配协同效应好、低刺激性、低毒性、杀菌以及提高酶活力的性能等特点,广泛应用于香波、化妆品等配方中,是一种极具发展前景的非离子型表面活性剂。对ＡＰＧ最终生物降解研究表明,它是一种完全绿色的表面活性剂。在闭杯实验(Ｃｌｏｓｅｂｏｔｔｌｅｔｅｓｔ)中,当实验质量浓度为2ｍｇ/Ｌ和5ｍｇ/Ｌ时,矿化度分别为88%和72%,明显高于ＯＥＣＤ对快速生物降解性评价的ＢＯＤＣＯＤ≥60%的要求。对Ｃ12～14直链ＡＰＧ最终生物降解的研究表明,10ｄ时其生物降解已达要求,改进ＯＥＣＤ筛选实验和溶解有机碳(ＤＯＣ)消除实验方法,对ＡＰＧ的测试结果与闭杯相似,它们均达到了ＯＥＣＤ对快速生物降解的要求。非离子表面活性剂的初级生物降解度研究所用的方法通常是碘铋活性物(ＢＩＡＳ)或硫氰酸钴活性物(ＣＴＡＳ)法,尽管ＡＰＧ是非离子表面活性剂,但由于ＡＰＧ不能与碘化铋和硫氰酸钴反应,生成有色络合物,所以这2种方法均不适合于对ＡＰＧ生物降解的分析。