壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO）在河水的生物降解率测定

佟玉洁，聂 云

天津职业大学，天津 300402

生物降解是有机物在生物酶作用下，经过一系列的生物化学反应转化为较简单化合物的过程，有时可以被完全转化为无机物。生物降解是有机污染物在环境中的重要的转化过程，可使有机污染物的组成、结构和性质发生根本的改变，并最终从环境中去除。对表面活性剂生物降解性的研究，多是模拟污水处理厂的活性污泥中的微生物进行的降解研究，没有考虑其在自然环境下的生物降解性。本论文模拟河水环境，用生物耗氧量法，测定非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO）在河水中的生物降解速率，为研究其在环境中的迁移转化行为提供依据。

1 非离子型表面活性剂

由于全球工业趋势和人均生活水平的提高，加快了工业表面活性剂和民用洗涤剂的发展。非离子表面活性剂发展更为迅速，目前产量仅次于阴离子表面活性剂而居第二位，其品种极其繁多，用途亦愈加广泛。由于其良好的生物降解性和表面活性，其在表面活性剂中所占的比重将愈来愈大。

非离子表面活性剂在水中不发生电离，是以羟基或醚键为亲水基的两亲结构分子。按其亲水基可分为：聚氧乙烯型（如烷基酚聚氧乙烯醚APEO、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO、脂肪酸聚氧乙烯酯AE、聚氧乙烯酰胺）、多元醇型（如失水山梨醇酯、蔗糖酯）、烷基醇酰胺、烷基多苷等类型。

2 烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）与壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO）

烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）被广泛用于纺织、塑料、橡胶、日用化工、医药、造纸等工业，作为洗涤剂、乳化剂、润湿剂、扩散剂、稳定剂等，是继脂肪醇聚氧乙烯醚（AE）之后的另一大类非离子型表面活性剂。APEO中壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO），占80%～85% ，辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO）占15%以上，十二烷基酚聚氧乙烯醚（DPEO）和二壬基酚聚氧乙烯醚（DNPE）各占1%。

壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO）是烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）类非离子表面活性剂的主要品种，占APEO总产量的85%左右，作为洗涤剂、乳化剂、润湿剂、分散剂和农药助剂等，在民用洗涤剂和工业领域均有广泛应用。

3 NPEO生物降解速率测定试验

生物降解试验主要考察表面活性剂被微生物分解的过程和程度。天然水源、污泥、土壤、污水系统等都可以成为表面活性剂的生物降解环境，模拟这些环境条件可以对表面活性剂的生物降解性进行研究。所使用的方法有：振荡培养法、活性污泥法、生物耗氧量法、Warburg法及变为二氧化碳法等。本试验采用河水消失法，将一定量的河水和表面活性剂加入一个玻璃容器中， 然后在室温下培养， 用生物耗氧量法测定表面活性剂降解率。

3.1 实验原理

用生化需氧量（BOD）可测定水体的可生物降解性。BOD作为水质有机污染综合指标之一，是指水中有机物在耗氧微生物（主要是好养及兼性细菌）作用下，进行耗氧分解过程中所消耗水中溶解氧的量。溶解氧消耗与生物降解速率的基本方程为：BOD（t）=L0（1-e-kt）。

BOD（t）为时间t（天）时有机物降解的累计消耗量（mg/L），L0 为有机物的完全生化耗氧量（mg/L），K为有机物生物降解速率（1/d）。

计算方法采用Thomas斜率法。经一系列数学推导，得出：

将t与（t/BOD（t））1/3线性回归，得出线性方程：y=k'x+b，则

由此可求出生物降解速率k。

3.2 试验方法

试验仪器主要为BOD-220A型BOD快速测定仪和THZ-828气浴恒温振荡器。试验用水采自天津市新开河盐垞桥下。用河水水样配成100mg/L的NPEO溶液于500mL棕色磨口试剂瓶中，在室温下置摇床中避光培养。同时，以不加NPEO的河水水样为对照。每天在固定时间取50mL水样，测定其BOD。

4 结果与分析

表1 NPEO的累积耗氧量

图1 （t/BOD（t））1/3 与t线性关系图

半衰期为原始基质浓度降解一半所需要的时间，计为t1/2

结果表明，在该试验条件下，100mg/LNPEO溶液的生物降解速率为0.0103h-1，它的半衰期为67h。依据半衰期对有机物的生物降解性分类，半衰期在1d～7d的有机物生物降解快。所以，NPEO在河水中是可以降解的，且生物降解速度快。

5 讨论

在NPEO的生物降解过程中，NPEO的链被打断，形成保留1个～2个聚氧乙烯醚（EO）的NPEO（NPEO1及NPEO2），这些代谢物可氧化成相应的羧酸（NPEC1及NPEC2），进一步降解为短链乙氧基物，相应的羧酸及壬基酚。EO链越短，中间代谢物的水溶性越差，NPEO随着降解的深入其毒性逐步增加。对水生生物来说，NP比NPEO具有更大的毒性。本试验用生物耗氧量法测定NPEO在河水的生物降解率，结果为浓度100mg/L的NPEO在河水的生物降解速率为0.0103h-1，半衰期为67h。说明NPEO在河水中是可以降解的，且降解速度快。

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