酯基季铵盐浮选剂最佳生物降解条件的测试评估

人气指数:点发布时间:2014-09-01 11:49 来源：http://www.zgqkk.com 作者：刘国华等

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　　摘要：采用二氧化碳生成量法，测试单酯基季铵盐与双酯季铵盐在不同环境条件下的生物降解率，分析影响生物降解的环境因素，评估生物降解的最佳条件。综合评估表明，酯基季铵盐降解的最佳环境条件为：反应温度25 ℃，曝气量15 L/h，接种污泥160 mg MLSS/L，受测物浓度20 mg DOC/L。此时，单酯季铵盐、双酯季铵盐10 d的生物降解率分别为30.72%、22.47%，28 d的生物降解率分别为96.24%、80.32%。

　　关键词：酯基季铵盐；生物降解；曝气量；污泥浓度

　　中图分类号：TQ423.12 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）13-3039-04

　　季铵盐阳离子表面活性剂具有良好的吸附性和杀菌性，乳化和增稠效果明显，因而被各个工业部门广泛重视[1]。在水处理领域，季铵盐类阳离子表面活性剂广泛用作石油、化工、煤炭、选矿等行业废水气浮处理的浮选药剂，由于传统的季铵盐难生物降解，高含量的季铵盐类废水将会给城市污水处理系统及生态水体造成不良的环境影响，特别是季铵盐类化合物的杀菌特性，直接影响污水处理系统及自然水体中微生物的代谢活性，并对其他物质的生物转化造成不利影响[2]。相关研究[3，4]表明，季铵盐会对活性污泥中聚磷菌的活性产生明显的抑制作用，而且还会对污水处理短程硝化和反硝化效果造成不利影响，进而影响污水生化处理效果。近年来世界各国都相继开发新型的具有良好生物降解性的药剂产品，酯基季铵盐成为国内外研究的热点[5]。

　　生物降解性是评价水处理药剂产品的一项重要指标。酯基季铵盐是由两个长的脂肪酸链与两个弱酯链组成的季铵化合物，并作为新一代的织物柔软剂取代了传统的二烷基二甲基盐（例如DTDMAC 和DSDMAC），包含酯链的季铵盐显著提高了阳离子表面活性剂的生物降解能力，并具有良好的环保性能[6]。由于酯基极易被微生物分解，能够快速降解为C16～C18的脂肪酸和分子较小的阳离子代谢物[7]，脂肪酸可进一步代谢为CO2，而不会对环境造成污染，因此随着环境友好型绿色产品的发展，酯基季铵盐（EQ）在“绿色浪潮”中脱颖而出，在水处理药剂领域被用作传统季铵盐类药剂的替代品。目前国内外对其生物降解性有一定研究[8-13]，但仅限于在同一条件下不同季铵盐生物降解速度的比较，对影响其降解环境因素的研究相对不成熟。本研究采用二氧化碳生成量法，对用作浮选剂的单酯基季铵盐和双酯基季铵盐在不同的环境条件下的生物降解率进行测试，分析影响其生物降解的环境因素，评估生物降解的最佳环境条件，以期为浮选废水的可生化性研究提供理论依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 化学试剂与菌种来源

　　1）受测试物：单酯基季铵盐：

　　C11H23COOCH2CHOHCH2N（CH3）2C12H25Cl；双酯基季铵盐：C17H37[COO（CH2）2]2N（CH3）2Cl。均为河南机电高等专科学校实验室制备，纯度大于85%。

　　2）营养液：将表1中各种浓度的营养液按照所列出的用量溶于去离子水并定容至1 000 mL，调节pH至7.4。

　　3）化学试剂：10 mol/L化学纯烧碱溶液；浓度分别为0.1 mol/L和0.012 5 mol/L Ba（OH）2溶液；0.02 mol/L分析纯盐酸溶液。

　　4）菌种来源：以某污水处理厂活性污泥作为接种物，在使用前连续曝气6～7 d，以去除污水中的残留有机物。

　　1.2 试验装置

　　试验装置如图1所示，每次试验的反应液为1 000 mL，内源反应和生化反应同时进行[14]。内源和生化反应瓶内均加入去离子水、接种物和营养液，此外生化反应瓶内还需加入待测物。每组设两个平行试验。生化反应需要温度为（25±1） ℃，在避光条件下进行。

　　1.3 试验方法

　　生化反应产生的二氧化碳量用酸碱滴定法滴定，混合液悬浮固体（mg MLSS/L）采用重量法测定[15]。具体步骤如下：首先用NaOH溶液（10 mol/L）和高浓度Ba（OH）2溶液（0.1 mol/L）对进气中的CO2进行多重吸收净化处理，净化后的气体为后续生化降解反应提供了所需的O2。受试物生化降解产生的CO2采用0.012 5 mol/L Ba（OH）2溶液进行吸收标定，并用0.02 mol/L的分析纯盐酸滴定剩余的Ba（OH）2溶液。

　　1.4 数据处理

　　1）生物降解率（η）计算：

　　η=

　　■×100%

　　2）CO2理论产生量（Tm）计算：

　　Tm=

　　■

　　3）CO2实际产生量（m）计算：

　　m=ρ×v-■×44

　　式中，ρ和c分别为Ba（OH）2和HCl溶液的摩尔浓度，v为Ba（OH）2溶液的体积，44为CO2的分子量，Δv为滴定消耗HCl溶液的体积。

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