環境工程畢業論文樣板
環境工程是研究和從事防治環境汙染和提高環境質量的科學技術，同生物學中的生態學、醫學中的環境衛生學和環境醫學，以及環境物理學和環境化學有關。下文是小編為大家蒐集整理的關於的內容，歡迎大家閱讀參考!
篇1
解析環境工程中生物表面活性劑的應用
摘要：生物表面活性劑是近年來新興的一類表面活性劑，它具有化學表面活性劑不可替代的優勢，因此，更適合應用到環境工程中。但是，由於生產生物表面活性劑的成本非常高，所以，從目前的情況來看並不適宜大量投入生產。本文主要對環境工程中生物表面活性劑的應用進行了分析探討。
關鍵詞：生物表面活性劑;環境工程;應用
引言
市面上許多表面性質良好的化學表面活性劑存在著一些弊端，不是使用成本太高，就是使用量過大的，最重要的一點是它會帶來一定程度的汙染。隨著現代生物技術的迅猛發展，生物表面活性劑行業也逐步步入人們的視線中，並有趕超化學合成表面活性劑的勢頭。生物表面活性劑日益突顯自身不同於化學合成表面活性劑的優勢，使得人們將焦點逐漸轉向探索研究它在環境工程應用方面的價值，通過研究表明，生物表面活性劑在重金屬汙染和水體、土壤等修復方面具有良好的應用價值。
一、環境工程中生物表面活性劑應用概述
生物表面活性劑是微生物在一定的條件之下培養而成的,這種產品主要是以其在不斷代謝過程中所產生的分泌物來作為表面活性材料的新增物,生物表面活性劑與其他傳統的化學活性劑相比較而言,有著更大的優勢,並且自身具有較多的個性化特徵,也就是產品特性,例如在使用生物表面活性劑的過程中,由於其自身所擁有的自然降解性以及結構多樣性的特點,能夠使得生物表面活性劑不受環節的影響以及限制其效能。以往在進行表面活性劑生產發展的過程中,都是使用的傳統化學活性劑的生產方式,這種材質的活性劑生產過程中受到原材料以及原材料價格的影響,嚴重影響了實際運作過程中的產品效能,並且在不斷生產的過程中,極大的危害了自然環境,造成了對自然界汙染,這些現象都促使了人們對於健康生產、綠色生產的重視程度。
特別是近幾十年來,隨著改革開放,社會不斷的發展進步,其整體呈現出了平穩的發展態勢,人們開始不斷追求生活水平的提高，增強了注重身體健康以及環境健康的意識,這些情況都促使了生物表面活性劑的誕生,並且這種材料所能夠應用的範圍也是極廣的。現目前,我國在生物表面活性劑上的研究還處在一個較為初級的狀態,並且對生物表面活性劑的應用範圍也較小,但隨著近幾年社會發展過程中,對於生物材料行業的重視,使得生活表面活性材料能夠在發展的過程中擁有較大的優勢,進一步提高生物表面活性劑中存在的使用價值以及其應用的使用效率。
二、表面活性劑的特點及其優越性
1、表面活性劑的結構特點
1雙親性表面活性劑的分子結構具有不對稱的極性的特點，分子中同時含有親水性的極性基團和親油性的非極性基團—親水基和親油基，因此，表面活性劑具有既親水又親油的雙親性。2溶解性表面活性劑至少應溶人液相中的某一相。3表面吸附表面活性劑的溶解，使溶液表面自由能降低，產生表面吸附，在達到平衡時，表面活性劑在介面上的濃度大於溶液整體中的濃度。4介面定向吸附在介面上的表面活性劑分子，定向排列成分子膜，覆蓋於介面上。5形成膠束，當表面活性劑在溶劑中的濃度達到一定值時，其分子會產生聚集生成膠束，這一濃度的極限值稱為臨界膠束濃度簡稱CMC。6多功能性表面活性劑在其溶液中顯示多種複合功能，如清洗、發泡、潤溼、乳化、增溶、分散等。
2、生物表面活性劑
生物表面活性劑和傳統化學合成表面活性劑相比，生物表面活性劑具有以下優點：1較低的表面張力和介面張力。2耐溫性，有些生物表面活性劑在90℃的高溫下仍能保持其表面活性。3耐鹽性，鹽溶液中不易鹽析。4可生物降解性，生物表面活性劑在水體和土壤中容易降解。5環境友好性，不對環境產生汙染和破壞。6可原位合成，因而可以大大降低使用成本。7生產工藝簡單，常溫常壓下即可發生反應。8生產原料來源廣闊、價廉，可以利用工業廢料和農副產品為原料，生產過程對環境不產生危害。
3、綠色表面活性劑
綠色表面活性劑是由天然的或可再生資源加工而成的，即具有天然性、溫和性、刺激性小等優良特點。同傳統表面活性劑一樣，綠色表面活性劑具有親水基和憎水基。與傳統表面活性劑相比，綠色表面活性劑具有高效強力去汙性、優良的配伍性及良好的環境相容性，並表現出良好的乳化性、洗滌性、增溶性、潤溼性、溶解性和穩定性等。除此以外，每一種綠色表面活性劑都具有其特有的效能，如a一磺基脂肪酸酷鹽MEC在低濃度下就具有表面活性、耐硬水，單烷基麟酸醋具有優良的起泡乳化勝、抗靜電效能以及特有的面板親和性。
三、生物表面活性劑的提取
在對發酵產物進行提取的過程中,也就是對下游進行處理,所使用的費用在總的費用比例中佔到了60%,這是生物表面活性劑在進行商業化過程中的所存在的一個主要難題。對生物表面活性劑中生物最佳發酵的提取操作方法,隨著物理化學所存在的性質不同而有所不同。通常來說,通過溶劑來進行萃取是一種最為常見的生物提取手段,利用甲基—叔丁基醚來萃取紅球菌,從而生產出生物的表面活性劑,這個過程中可以得到較高的提取產率,也就是一升10mg。
四、生物表面活性劑在環境工程中的應用
1、對含油的汙泥進行預處理
石油工業在運作的過程中容易由於操作不當而帶來一些含油的汙泥。由於這類汙泥中含有烴類物質，這些物質對於微生物來說具有較強的毒性，因此，在使用微生物處理油泥的前期需要先進行油泥預處理工作，簡單來說，就是將含油的汙泥進行脫油處理。我們通常都是利用微生物代謝後產生的活性劑來處理含油的汙泥，由於微生物代謝產生的表面活性劑具有很強的增溶效能，因此，可以降低烴類物質的強吸附性，這樣就能將烴類物質從汙泥中分離出來，能夠有效的降低油泥中油類的含量。
2、有效的促進重金屬的去除
1可以直接萃取得到重金屬;2有效活化土壤中存在的重金屬。植物在進行自我修復的過程中，土壤內含有的重金屬起到的作用並不大，為了有效利用土壤中重金屬的效能來提高植物自我修復的效率，可以利用生物表面活性劑來活化土壤內的重金屬;3重金屬離子浮選。表面活性劑在金屬含量較低的離子浮選過程中扮演了兩個角色，其一是作為起泡劑;其二則是作為捕收劑。4通過增強反應底物的親水性來達到促進重金屬去除的目的。
3、在生物修復中的應用
微生物能夠促進有機汙染物的降解，有利於修復生態環境，在這一過程中我們可以直接使用發酵液，不僅能有效的降低產品純化的成本，而且也能降低分離提取表面活性劑的成本，因此，生物表面活性劑在生物修復這方面有著極廣闊的應用前景。
4、有效促進疏水性有機物的降解
難降解的有機汙染物不能直接使用生物降解法來處理，這不僅是因為難降解的有機汙染物水溶性很低，而且它的吸附性也是非常強的。水溶性低也就意味著微生物很難附著到有機汙染物上。由於烴類的降解酶一般都存在於細胞內或者細胞質膜，這就使得烴類底物只有通過外層親水細胞壁進入細胞內部後，才能被烴類降解酶代謝。如果使用生物表面活性劑則可以解決這兩個難題，因為它能夠很好的促進疏水性有機物的降解。
結束語
生物表面所存在的活性劑是最近幾年來隨著科技水平的提高,才逐漸發展起來的活性劑,這類活性劑自身有著降低表面張力的功能,並且生物表面活性劑對於自然環境沒有任何害處,自身的降解能力極強,所有的物質都是屬於天然的新增劑。生物表面活性劑目前僅僅是在一些環境工程和石油工業中得到了廣泛的應用,但由於生物表面活性劑效能突出,隨著科學技術的不斷髮展,生物活性劑的製造成本必然會逐漸降低到普通消費者能夠承受的水平,這類活性劑會被越來越多的使用在醫療衛生行業、食品生產工業、精細化工業,活性劑將與我們的日常生活緊密聯絡起來。
參考文獻
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[3]韓雙豔,任昌瓊,林影.生物表面活性劑的生產與應用[J].中國工程科學.200904
篇2
淺析生物表面活性劑在環境工程中的應用
摘 要：表面活性劑是一種化學原料，在當前的工業生產中被稱之為工業味精，它在目前的應用中被廣泛的應用在石油工業、環境工程和食品工業之中。生物表面活性劑是在表面活性劑的基礎上形成的一類具有大量生物物質的成分，與化學合成的生物表面活性劑相比較有著降低表面張力、穩定乳化液和增加了泡沫等作用，同時還有一半化學合成表面活性劑所不具備的無毒、能夠生物解將的優勢。在本文綜述了生物表面活性劑的種類及其生產菌，通過介紹了目前企業生產中所採用的兩種生產方式分析，總結了其在環境工程中的應用方式，就其日後發展方向做了探討和淺述。
關鍵詞：生物表面活性劑 環境工程 微生物
生物表面活性劑是微生物在一定條件下培養時，是以分泌物在代謝過程中充當表面活性產物。與化學合成表面活性劑相比較，生物表面活性劑具有著諸多的優勢與個性化特徵，如在使用的時候其結構多樣性和生物可降解性以及在使用的時候不受環境的限制和影響等。由於化學合成表面活性劑受原材料、價格以及在工作中產品效能問題的影響，使得在生產中容易出現嚴重的環境危害和汙染現象，使得人類在生活中對環境和健康意識不斷增加，尤其是在近幾十年來，隨著我國改革開放以來，社會呈現出平穩發展趨勢，人們生活水平的提高促使人類對健康和環境意識的要求增加，這也就促使了生物表面活性劑應用方法的不斷增加，國內對生物表面活性劑的研製和開發應用起步較晚，但是由於近年來的大力重視，使得其在發展中也擁有者一定的優勢，從而促使在生物工程中提高生物工程的效率和使用價值。
1、生物表面活性劑的種類及其生產菌
1.1 種類
生物表面活性劑是表面活性劑發展優化形成的產物，是微生物素喲產生具有移動表面活性的生物大分子物質，與過去的化學成分相比較有著天然優勢，其適用於目前的是由工業和環境工程之中。化學合成表面活性劑通常是根據它們的極性基團來分類，而生物活性表面劑主要是通過加強保護環境要求為依據來促使其環境工程中的應用前景。
1.2 生物表面活性劑的生產菌
大多數生物表面活性劑是細菌、酵母菌和真菌的代謝產物。這些生產菌大多是從油類汙染的湖泊、土壤或海洋中篩選得到的。如Banat等從油泥汙染的土壤中分離得到兩株生物表面活性劑的菌株：芽孢桿菌AB-2和Y12-B。列出了一些主要的生物表面活性劑的種類及其生產菌。
2、生物表面活性劑的生產
目前，可以通過兩種途徑生產生物表面活性劑：微生物發酵法和酶法。採用發酵法生產時，生物表面活性劑的種類、產量主要取決於生產菌的種類、生長階段，碳基質的性質，培養基中N、P 和金屬離子Mg2+、Fe2+的濃度以及培養條件pH、溫度、攪拌速度等。
與微生物發酵法相比，酶法合成的表面活性劑分子多是一些結構相對簡單的分子，但是其在使用的時候同樣能夠促進活性劑的表面活性增加，其主要的優點在與在生產的過程提取奮勇較低，對各種產品的改良措施較為方便，並且能夠及時的針對其中存在的各種問題進行分析，提出合理有效的控制措施和方法。儘管現階段酶製劑成本較高，但通過基因工程技術增強酶的穩定性與活性，有望降低其生產成本。
3、生物表面活性劑的提取
發酵產物的提取也稱下游處理費用大約佔總生產費用的60%，這是生物表面活性劑產品商業化的一個主要障礙。生物表面活性劑的最佳提取方法隨發酵操作及其物理化學性質的不同而不同。其中溶劑萃取是最常用的提取方法，利用甲基-叔丁基醚萃取紅球菌生產的生物表面活性劑，可以獲得較高產率10 mg/L。
4、生物表面活性劑在環境工程中的應用
許多化學合成表面活性劑由於難降解、有毒及在生態系統中的積累等性質而破壞生態環境，相比之下，生物表面活性劑則由於易生物降解、對生態環境無毒等特性而更適合於環境工程中汙染治理。如：在廢水處理工藝中可作為浮選捕收劑與帶電膠粒相吸以除去有毒金屬離子，修復受有機物和重金屬汙染的場地等。
4.1 在廢水處理工藝中的應用
用生物法處理廢水時，重金屬離子對活性汙泥中的微生物菌群常會產生抑制或毒害作用，因此，在用生物法處理含重金屬離子的廢水時須進行預處理。當前，常用氫氧化物沉澱法除去廢水中的重金屬離子，但其沉澱效率受氫氧化物溶解度的限制，應用效果不甚理想;浮選法用於廢水預處理時又常因所用浮選捕收劑在其後續處理過程中難降解如化學合成表面活性劑十二烷基磺酸鈉，易產生二次汙染而受限制，因此，有必要開發易生物降解、對環境無毒害的替代品，而生物表面活性劑恰好具有這一優勢。但是，國內外對這一方面的應用研究很少，直到最近才有報道。
4.2 在生物修復中的應用
在利用微生物催化降解有機汙染物，從而修復被汙染環境的過程中，由於所使用的生物表面活性劑可以直接使用發酵液，能節省表面活性劑的分
離提取和產品純化成本，因此，生物表面活性劑在現場生物修復有機汙染場地的應用潛力很大。國外對生物修復的研究大約起始於20世紀80年代初期，至今已有大量成功的工程例項。如Harvey等[11]將銅綠假單胞菌生產的海藻糖脂，加入Exxon Valdez號油輪在阿拉斯加威廉王子海灣造成的原油洩漏汙染的海水中，大大提高了原油的降解速度。這也是目前為止規模最大的實際應用中最成功的現場生物修復。而在國內還未見有將生物表面活性劑成功用於環境汙染物治理方面的報道。
5、展 望
目前，生物表面活性劑只有少數產品走向市場，大多數品種處於實驗研究階段，還沒有進行大規模的工業化生產，這主要是由於它的生產成本較高。據估計生物表面活性劑是化學生物表面活性劑成本的3～10倍。為了開發生物表面活性劑的應用潛力，降低其生產成本是當前研究開發的熱點和主要目標。決定生物表面活性劑生產成本的主要因素有原料、發酵工藝和下游技術等。因此解決問題的途徑有如下三種：1通過選育高產菌株、構建基因工程高產菌;發展快速檢測表面活性劑高產菌株並評價其潛力的方法;2找到廉價發酵原料、改進發酵工藝、用先進的下游技術等方法提高生物表面活性劑的發酵產率和提取得率，從而大大降低它的生產成本;3利用生物表面活性劑的特殊性，開發出它的二次產品，提高其附加值。如用於化妝品、食品、製藥等行業。
6、結束語
生物表面活性劑是最近發展起來的一類新型表面活性劑，它具有降低表面張力的作用，對環境無毒害，且生物降解效能好，屬於天然新增劑。除了在石油工業和環境工程等一些特殊領域受到重視外，隨著生物技術和相關技術手段的快速發展，生物表面活性劑的價格將逐步降到消費者可以接受的水平，越來越廣泛地應用在食品工業、精細化工、醫療衛生等行業，與我們的日常生活密切相關。生物表面活性劑及其應用研究將有廣闊的發展前景。
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