表面活性劑對水環(huán)境的影響

1、表面活性劑對水環(huán)境的影響基本概念表面活性劑（surfactant）是指具有一定性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和界面吸附性能，能顯著 降低溶劑表面張力或液一液、液一周界面張力的一類物質(zhì)。它的英文名字surfactant就是surfaceactiveagen的合成詞，表示褰面活性劑就是能使表面（或 界面）活性增強(qiáng)的物質(zhì)”。表面活性劑分子中同時(shí)具有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，這種特性也叫做雙親”（amphiphilic）。由于表面活性劑的這種特性，在適當(dāng)濃度時(shí)，它們在水中能形 成膠束（micelle）：親水的頭部被水吸引朝外，親油的尾部被水排斥從而朝里。 在洗衣服的過程中，油漬就是被親油基團(tuán)拉到膠束的內(nèi)部， 而整個(gè)膠束又被水帶

2、 走。如果是在油性環(huán)境中，它們又可以形成反膠束（inversemicelle）,即頭在內(nèi) 尾在外。這些膠束在化妝品中有著舉足輕重的作用。一、表面活性劑分類表面活性劑的分類方法很多，根據(jù)疏水基結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，分直鏈、支鏈、芳 香鏈、含氟長鏈等；根據(jù)親水基進(jìn)行分類，分為竣酸鹽、硫酸鹽、季俊鹽、 PEO 衍生物、內(nèi)酯等；有些研究者根據(jù)其分子構(gòu)成的離子性分成離子型、非離子型等，還有根據(jù)其水溶性、化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、原料來源等各種分類方法。一般都認(rèn)為按照它的化學(xué)結(jié)構(gòu)來分比較合適。即當(dāng)表面活性劑溶解于水后， 根據(jù)是否生成離子及其電性，分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。按極性基團(tuán)的解離性質(zhì)分類，表面活性劑有

3、離子型表面活性劑、非離子型表 面活性劑、特種表面活性劑。離子型表面活性劑為陰離子表面活性劑（竣酸鹽類、磺酸鹽類、硫酸酯類、 磷酸酯類等）、陽離子表面活性劑（胺鹽類、季俊鹽類、雜環(huán)類、金翁鹽類等）、兩 性離子表面活性劑（竣酸鹽型、磺酸鹽型、磷酸酯型、甜菜堿型、咪唾咻型、氨 基酸型等）。非離子表面活性劑有：烷基多甘型、聚氧乙烯型、多元醇型、烷醇酰胺型、 嵌段聚醴型。特種表面活性劑有含氟型、含硅型、含硼型、高分子型等。陰離子活性劑1、肥皂類系高級脂肪酸的鹽，通式：（RCOO ） nM。脂肪酸姓R一般為1117個(gè)碳的 長鏈，常見有硬脂酸、油酸、月桂酸。根據(jù) M代表的物質(zhì)不同，又可分為堿金 屬皂、堿土金

4、屬皂和有機(jī)胺皂。它們均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破壞，堿金屬皂還可被鈣、鎂鹽破壞，電解質(zhì)亦可使之鹽析。2、硫酸化物RO-SO3-M主要是硫酸化油和高級脂肪醇硫酸酯類。脂肪姓鏈 R在1218個(gè)碳之間。 硫酸化油的代表是硫酸化篦麻油，俗稱土耳其紅油。高級脂肪醇硫酸酯類有十二 烷基硫酸鈉（SDS、月桂醇硫酸鈉）。乳化性很強(qiáng)，且較穩(wěn)定，較耐酸和鈣、鎂鹽。在藥劑學(xué)上可與一些高分子陽 離子藥物產(chǎn)生沉淀，對粘膜有一定刺激性，用作外用軟膏的乳化劑，也用于片劑 等固體制劑的潤濕或增溶。3、磺酸化物R-SO3-M屬于這類的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基紊磺酸化物。它們 的水溶性和耐酸耐鈣、鎂

5、鹽性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。常用品種有：二辛基琥珀酸磺酸鈉（阿洛索 -OT）,十二烷基苯磺酸鈉，甘 膽酸鈉陽離子活性劑該類表面活性劑起作用的部分是陽離子， 因此稱為陽性皂。其分子結(jié)構(gòu)主要 部分是一個(gè)五價(jià)氮原子，所以也稱為季俊化合物。具特點(diǎn)是水溶性大，在酸性與 堿性溶液中較穩(wěn)定，具有良好的表面活性作用和殺菌作用。常用品種有苯扎氯?。崰枩纾┖捅皆目。ㄐ聺崰枩纾┑?。兩性離子活性劑這類表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有正、負(fù)電荷基團(tuán)，在不同 pH值介質(zhì) 中可表現(xiàn)出陽離子或陰離子表面活性劑的性質(zhì)。1、卵磷脂：是制備注射用乳劑及脂質(zhì)微粒制劑的主要輔料2、氨基酸型和甜菜堿型：氨基酸型：R-N

6、H+2-CH2CH2COO甜菜堿型：R-N+ （CH3） 2-COO在堿性水溶液中呈陰離子表面活性劑的性質(zhì)，具有很好的起泡、去污作用； 在酸性溶液中則呈陽離子表面活性劑的性質(zhì)，具有很強(qiáng)的殺菌能力。非離子表面活性劑1 .脂肪酸甘油酯：單硬脂酸甘油酯；HLB為34,主要用作W/O型乳劑輔助乳化劑。2 .多元醇蔗糖酯：HLB （513） O/W乳化劑、分散劑脂肪酸山梨坦（Span）: W/O乳化劑聚山梨酯（Tween）: O/W乳化劑3 .聚氧乙烯型：Myrij （賣澤類，長鏈脂肪酸酯）；Brij （脂肪醇酯）4 .聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物：Poloxamer二、表面活性劑基本性質(zhì)1 .膠束和臨界膠

7、束濃度在低濃度時(shí)，表面活性劑在水溶液中主要以單分子或離子狀態(tài)分散，當(dāng)濃度增加至一定范圍時(shí)，表面活性劑分子急速地聚集形成分子或離子的締合體，這種 締合體稱為膠束或膠團(tuán)。在水溶液中，膠束中各分子的親水基向外對著水， 疏水 基互相靠近締合于內(nèi)，定向排列。表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度稱為 臨界膠束濃度（CMC）。臨界膠束濃度的大小與表面活性劑的結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)， 同時(shí)受溫度、pH以及電解質(zhì)等外部條件的影響。表面活性劑膠束有相近的締合 度，并呈球形或板狀等。2 .親水殺油平衡值表面活性劑的親水親油能力的強(qiáng)弱，常用親水親油平衡值（簡稱為HLB值） 來表示。由于表面活性劑分子由親水基團(tuán)和親油基團(tuán)組成，

8、表面活性劑的親水親 油基團(tuán)之間的比率有一定的平衡值。表面活性劑的HLB值愈高，其親水性愈強(qiáng)； HLB值愈低，其親油性愈強(qiáng)。不同HLB值的表面活性劑有不同的用途，如水溶 液中增溶劑的HLB值最適范圍為1518以上；去污劑的HLB值為l316; O/W型乳化劑的HLB值為816;潤濕劑的HLB值為79; W/O型乳化劑 的HLB值為38;大部分消泡劑的HLB值為0.83等。3 .起曇與曇點(diǎn)通常表面活性劑的溶解度隨溫度升高而增大，但某些含聚氧乙烯基的非離子 型表面活性劑的溶解度開始隨溫度升高而加大， 當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，其溶解度急 劇下降，使溶液出現(xiàn)混濁或分層，冷卻后又恢復(fù)澄明。這種由澄清變成混濁或分

9、 層的現(xiàn)象稱為起曇。該轉(zhuǎn)變溫度稱為曇點(diǎn)。4.毒性一般而言，陽離子型表面活性劑的毒性最大，其次是陰離子型表面活性劑， 非離子型表面活性劑的毒性最小。陽離子型和陰離子型表面活性劑還有較強(qiáng)的溶 血作用。非離子型表面活性劑的溶血作用一般比較輕微。三、表面活性劑功能1、潤濕表面活性劑可以降低液體表面張力， 改變接觸角的大小，從而達(dá)到所需的目 的。例如，要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑；如果要制造 防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90 o2、乳化有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。

10、3、增溶作用當(dāng)表面活性劑水溶液的濃度達(dá)到或超過 CMC時(shí)，可溶解”不溶于水或微溶 于水的非極性有機(jī)物，形成透明的、外觀與真溶液相似的溶液，這種現(xiàn)象稱為增 溶作用。增溶作用與普通的溶解概念是不同的， 溶質(zhì)在增溶過程中并未分散成分 子或離子狀態(tài)，而是整個(gè)溶入膠束，所以溶液中質(zhì)點(diǎn)總數(shù)未增加，只是膠束膨大。4、起泡作用有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。5、消泡作用在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度， 消除氣泡，防止事故。6、洗滌作用洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對被清洗物體的潤濕

11、作用，又要有 起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。7、浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性 劑。攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而 達(dá)到了富集的目的。四、表面活性劑對水環(huán)境的污染現(xiàn)狀近年來，我國化學(xué)合成表面活性劑工業(yè)發(fā)展迅速， 表面活性劑的產(chǎn)量逐年增 加。而目前絕大部分的表面活性劑使用后未經(jīng)妥善處理即排放到河流、海洋等自然水體中，常造成水體污染并出現(xiàn)泡沫橫飛的景象，同時(shí)消耗了水中的溶解氧， 影響了水體質(zhì)量。雖然目前生物降解性能較差的表面活性劑已經(jīng)基本被淘汰，廣泛使用的表面活性劑可生物降解，但是即使是低濃度的表面活性劑

12、也會產(chǎn)生大量 泡沫，不僅影響了自然水體景觀的美感，且其生物毒性還直接威脅到水生動(dòng)植物 的生存。目前，環(huán)境水體的重要污染源之一是工業(yè)排放廢水和生活排放污水中的 洗滌劑。陰離子型表面活性劑是洗滌劑中應(yīng)用最早也是用量最大的一類，占洗滌劑生產(chǎn)總量的65%80%,且在今后一段時(shí)間內(nèi)，仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。我國廣泛使 用的表面活性劑是直鏈型烷基苯磺酸鈉(LAS)。當(dāng)水體中LAS的質(zhì)量濃度超過 0.5mg/L時(shí)就會在水面形成大量積聚不散的泡沫層。特別是在污水凈化處理時(shí)， 形成的泡沫層隔絕了污水與空氣的接觸，致使水體曝氣困難，大量微生物因缺氧 死亡，從而使污水處理效率下降。LAS對水棲動(dòng)物的毒性與金屬汞相似，是對

13、魚類毒性最大的物質(zhì)之一。根據(jù)荷蘭 LAs、AE、AES、肥皂4種sAA的國內(nèi)消 費(fèi)量、污水處理現(xiàn)場的除去率、各 sAA的急性毒性值分別得出的危險(xiǎn)性評價(jià)。 LAs的環(huán)境危害性最大，AEs和肥皂的危險(xiǎn)性較小。消油劑由表面活性劑和油溶劑組成， 會給海洋帶來二次污染，因此在很多國 家已被禁止使用，尤其是在近海。但在我國，消油劑的應(yīng)用仍較為普遍?，F(xiàn)在國外已有專門的法律，規(guī)定各種表面活性劑必須能夠盡量為生物所降解， 盡可能減少環(huán)境污染。近年來我國也對表面活性劑的生產(chǎn)和使用加強(qiáng)了控制，對水體中表面活性劑的含量作了嚴(yán)格規(guī)定。國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (GB3097-1997)規(guī)定: 一類海水中 p (LAS)00.0

14、3mg/L二、三、四類海水中p (LAS) 0 0.1mg/L而我國LAS的工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)是 p(LAS)&10mg/L但目前許多洗滌劑生產(chǎn)廠所排放的廢 水中，p (LA期超過了這一數(shù)值，從而使得表面活性劑對海洋生物的生命生化、 細(xì)胞生化構(gòu)成嚴(yán)重影響。五、表面活性劑對水環(huán)境的影響1、表面活性劑對水體性質(zhì)的影響當(dāng)表面活性劑在水體中的質(zhì)量濃度達(dá)到 1mg/L時(shí)，可能會出現(xiàn)持久性泡沫， 泡沫在水面形成隔離層，減弱了水體與大氣間的氣體交換， 致使水體發(fā)臭。當(dāng)表 面活性劑在水體中的濃度超過 CMC后，它能夠使不溶或微溶于水的污染物在水 中濃度增大，或者將原來不具有吸附能力的物質(zhì)帶入吸附層，這種增溶

15、行為會導(dǎo)致間接污染，改變水體性質(zhì)。另外，對于進(jìn)入污水處理廠中的污水，當(dāng)表面活性 劑濃度達(dá)到一定程度時(shí)，會影響曝氣、沉淀、污泥消化等過程。飲用水中若含有 過多表面活性劑時(shí)，會有不良的臭味及油膩感；用含有表面活性劑的水灌溉農(nóng)田， 會使農(nóng)作物的產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。 含表面活性劑廢水的大量排放，不僅對降解菌 有毒害作用，而且會抑制降解菌在污染物表面的吸附。 表面活性劑作為優(yōu)先基質(zhì) 被降解，會延遲其他污染物的降解，導(dǎo)致水中溶解氧及礦物質(zhì)的耗竭，尤其是含 氮、磷的表面活性劑還會造成水體富營養(yǎng)化。止匕外，有的表面活性劑在土壤中的 吸附會向下遷移而污染地下水，這種潛在危害性也是不容忽視的。2、表面活性劑對水生植

16、物的影響當(dāng)水體中表面活性劑含量略高時(shí)，會影響水體中藻類和其他微生物的生長， 導(dǎo)致水體初級生產(chǎn)力下降，從而破壞其中生物的食物鏈。表面活性劑引起的急性 中毒最終會導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增加， 使物質(zhì)外滲，細(xì)胞結(jié)構(gòu)逐漸解體，超氧化 物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶活性及葉綠素含量下降。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)， 表面活性劑對海洋微藻細(xì)胞的攻擊點(diǎn)是藻類的細(xì)胞膜，在脅迫狀態(tài)下，表面活性 劑使藻類細(xì)胞的光合色素組成發(fā)生變化， 產(chǎn)生大量的脫鎂葉綠素，影響藻類的光 合效率。3、表面活性劑對水生動(dòng)物的影響表面活性劑主要通過動(dòng)物取食、皮膚滲透等方式進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)。當(dāng)表面活性 劑的濃度過高時(shí)，就可以進(jìn)入動(dòng)物的鯉、血液、腎、膽囊和肝

17、胰腺，并對它們產(chǎn) 生毒性影響。SAA排入水環(huán)境后，對生活在水中經(jīng)口攝入食物的哺乳類動(dòng)物會 有一定的影響，但對通過腮呼吸攝取氧氣的魚類影響卻更大。魚類十分容易通過 體表和鯉吸收表面活性劑，并隨著血液循環(huán)分布到體內(nèi)各組織和器官。遭受污染 的魚類，通過食物鏈進(jìn)入人體，對人體內(nèi)各種酶產(chǎn)生抑制作用， 從而降低人體的 免疫力。隨著表面活性劑濃度的升高和暴露時(shí)間的延長，毒性增強(qiáng)，但同時(shí)毒性也存在極限。綜上所述，表面活性劑污染水環(huán)境，危害水生生物，影響海洋經(jīng)濟(jì)，危及人類健 康。因此,對飲用水源、地表水、海洋、生活污水及工業(yè)廢水等水體中表面活性 劑的監(jiān)測及對表面活性劑排放的控制顯得尤為重要。六、表面活性劑廢水處

18、理方法目前國內(nèi)外表面活性劑廢水的處理技術(shù)按處理原理可分為物理化學(xué)法和生 物法。1、常用物理化學(xué)法主要包括吸附法、泡沫法、混凝法、膜分離法、微電解 法、催化氧化法等，這些方法一般適應(yīng)性較強(qiáng)，選擇性廣，處理較徹底。吸附法是利用吸附劑的多孔性和大的比表面積， 將廢水中的污染物吸附在 表面從而達(dá)到分離目的。優(yōu)點(diǎn)是：速度快，穩(wěn)定性好，出水水質(zhì)優(yōu)，設(shè)備占地少。 缺點(diǎn)是：投資較大，吸附劑再生困難，預(yù)處理要求較高，不適用于量大、污染負(fù) 荷高的廢水處理。泡沫法是在含表面活性劑的廢水中， 通入空氣以產(chǎn)生大量氣泡，使廢水中 的表面活性劑吸附于氣泡表面而形成泡沫， 在浮力作用下，泡沫上浮至水面富集 形成泡沫層，除去泡沫層即可使廢水得到凈化。其具有工藝簡單、操作簡便、耗能低、處理效果好等特點(diǎn)，尤其是適用于較 低濃度下的分離。但泡沫法對表面活性劑廢水的 COD去除率不高，需要與其他 方法聯(lián)合使用?；炷煞譃榛瘜W(xué)藥劑混凝法和電化學(xué)混凝法?；炷磻?yīng)不僅能去除廢水 中膠體顆粒和吸附在膠體表面上的表面活性劑，還能使溶解在水中的表面活性劑 形成難溶的沉淀物?；炷m然處理廢水效果好，成本低，工藝成熟，但其占地 面積大，藥劑用量大，并產(chǎn)生大量廢渣與污泥，要與其他的處理方法聯(lián)合使用才 能達(dá)到完全去除表面活性劑的目的，因此一般作為處理高濃度表面活性劑廢水的 預(yù)處理工藝。