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159 生物技术在水处理药剂中的应用尹文静(安徽省建设工程勘察设计院, 安徽 合肥 230001)〔摘一要〕 随着科技的发展和研究的深入, 生物技术在水处理药剂中的应用越来越广泛。生物消毒、 生物表面活性 剂、 酶处理技术及噬菌体是水处理杀生剂。 在介绍微生物絮凝剂的分类, 絮凝机理及其特点后, 对微生物絮凝剂的问题进 行了阐述。 〔关键词〕 水处理药剂; 杀生剂; 微生物絮凝; 机理 〔中图分类号〕 Q5 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1009-5489 2009) ( 13-0159-02 水处理药剂是工业用水、 生活用水、 废水处理工程中所需的化 学药剂, 其主要作用是控制水垢、 污泥的形成, 减少泡沫, 减少与水 接触材料的腐蚀, 去除水中悬浮固体和有毒物质, 除臭、 脱色, 软化 和稳定水质等。目前, 我国水处理药剂的种类主要有缓蚀剂、 阻垢 剂、 杀生剂和絮凝剂, 其中缓蚀剂和阻垢剂都是有机和无机化学药 剂, 在品种和开发领域方面都已接近国际先进水平[1]。生物技术主 要应用于杀生剂和絮凝剂。 1、 生物杀生剂 水处理杀生剂主要用于控制或杀灭水中的细菌、藻类和真菌 等, 也可称为杀菌灭藻剂。 生物消毒。由于生物化工等前沿科技的发展, 生态环保型 的生物消毒技术在水处理领域里的研究和应用也愈来愈广泛。传 统的生物消毒法直接使用生物体自身进行消毒, 过程缓慢, 对细菌 芽袍一般无杀灭作用, 消毒效果难以确定, 消毒效率不高, 不利于 规模化应用, 达不到现代水处理工业中水消毒的要求。但是, 随着 一系列具有消毒活性的生物活性物质被提取出来,生物消毒法大 规模地、 经济地应用于市政水处理领域成为可能[2]。 生物表面活性剂。生物表面活性剂是一种生物体系新陈 代谢产生的双亲媒体化合物,具有良好的抗菌性能。日本 Itoh 实 验室从 Pseudomonas sp 得到的鼠李糖脂具有一定的抗菌、 抗病毒 和抗支原体的性能, Besson 实验室从 Bacillus sp. 中分离的一种脂 肽, 具有良好的溶菌和抗菌作用。 酶处理技术。微生物能产生细胞外聚合物并与细胞一起 而酶可以催化水解这些细胞外聚合物,使之变成非聚合类物质而 易于去除。酶用于杀生和处理黏泥是 20 世纪 70 年代提出的新方 法。 噬菌体。噬菌体是一种能够吃掉细菌或藻类的微生物, 它 又称为细菌病毒,它只对细菌或藻类的细胞发生作用。它依靠寄 有絮凝能力的微生物, 其中霉菌 8 种, 细菌 5 种, 放线菌 5 种, 酵母 [3] 菌 1 种 。随后, 国内外的研究有不断地的发现直接利用微生物细 胞的絮凝剂。 利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂。 如酵母细胞壁的葡 萄糖、甘露聚糖、蛋白质和 N 一乙酞葡萄糖胺等成分均可作絮凝 剂。1985 年. 等人研制了拟青霉素微生物生产的絮凝剂, 用乙酞沉淀和凝胶色谱法精制得到了称为 PF101 的絮凝剂。 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。 1991 年 K ? Toeda 和 K. Urane 从上壤中分离山一株苹兰式阴性菌——产碱杆菌 AL201, 该菌在含有蔗糖的培养基中生长并分泌絮凝物质? 和 发现一些海底蓝细菌(蓝藻)如 Pcc6720 和 J -1 能产生数 量可观的胞外絮凝体。 絮凝机理。微生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子, 关于 它的絮凝机理目前提出和为人们所接受的主要有以下几种,其中 以桥联机理学说接受度最高。 桥联作用” “ 机理。絮凝剂借助离了键、 氢键, 同时结合了 多个颗粒分子, 因而在颗粒中建起 “中间桥梁” 的作用, 把这些颗粒 连接在一起, 从而使之形成网状结构沉淀下来。有实验表明, 絮凝 剂絮凝膨润土过程时, 通过测定等温线和 Zeta 电位发现絮凝剂确 实是以 “桥联方式” 絮凝的[4]。 “电性中和” 机理。水中胶体一般带有负电荷, 当带有一 定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近这种胶粒时, 将中和其表面的部分电荷, 使胶体脱稳, 从而使胶粒之间、 胶粒与 许多实验中加入金属离子或调节 pH 即可影响其絮凝效果, 主要就 是通过影响其带电性而起的作用。 化学反应” “ 机理。生物大分子的某些活性基团与被絮凝 物质相应的基团发生了化学变化, 聚集成较大分子而沉淀下来, 通 过对生物大分子改性、 处理、 使其添加或丧失某些活性基团, 其絮 形成一层生物膜, 起到一种屏蔽作用, 使杀生剂难以向细胞内渗透。 絮凝剂分子之间易产生互相碰撞, 通过分子间作用力凝聚而沉淀。 生在叫做 “宿主” 的细菌或藻类中进行繁殖, 繁殖的结果是将 “宿主” 凝活性就大受影响。有些学者认为这些絮凝剂絮凝活性大部分依 吃掉, 此过程叫溶菌过程。噬菌体的溶菌作用不会影响生态环境, 赖于活性基团。温度影响絮凝效果,主要通过影响其化学基因活 而且由于自身能够繁殖, 用量少, 时效长, 用于防止和消除冷却水 系统中的生物黏泥。实践证明, 生物杀生剂具对人体健康无影响、 环境友好、 广谱杀菌、 使用安全方便、 成本相对低廉, 是目前相对比 较理想的消毒杀菌方法。因此生物杀生剂在市政水处理领域有比 较好的应用前景。 2、 生物絮凝剂 生物絮凝剂是利用生物技术通过细菌、真菌等微生物培养而 制成, 这种絮凝剂不仅可提高被絮物质的沉降性, 而且对环境无二 次污染。 微生物絮凝剂的分类。国外对微生物絮凝剂的研究始于 20 世纪 70 年代, 我国则起步较晚。微生物絮凝剂包括以下 3 类。 直接利用微生物细胞的絮凝剂。1976 年 J ? Nakamura 等人从霉菌、 细菌、 放线菌、 酵母菌等 214 种菌株中筛选出 19 种具 作者简介: 尹文静, 安徽省建设工程勘察设计院。 性从而影响其化学反应。 微生物絮凝剂的特点 比表面积大、 转化能力强、 繁殖迅速、 分布广。由于微生 物絮凝剂的来源广泛, 这样, 微生物絮凝剂的生产周期会非常短且 效率高。 高效无毒。 同等用量下, 与现在常用的铁盐、 铝盐和聚丙 烯酰胺相比, 微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝效果速度最高, 而且 絮凝沉淀容易过滤。微生物絮凝剂是微生物菌体内菌体外分泌的 生物高分子物质, 属于有机高分子絮凝剂, 安全无毒。 消除二次污染。微生物絮凝剂是微生物的分泌物, 自然 不会危害它本身, 不会影响水处理效果, 且絮凝后的残渣可生物降 解, 对环境无害, 不会造成二次污染。 应用范围广、 脱色效果独特。微生物絮凝剂能处理的对 160象有活性污泥、 木炭、 粉煤灰、 墨水、 泥水、 河底沉积物、 高岭土和印 染废水等。而且, 微生物絮凝剂对悬浊液絮凝速度快、 用量少, 对 胶体、 溶液均有较好的絮凝效果, 对富含有机物的屠宰废水和血水 也有较好的去色效果。不足之处在于微生物絮凝剂的效果容易受 到有毒物质的干扰, 因此, 被处理的废水中必须无妨碍菌体生长的 因素。 问题及展望。微生物絮凝剂在处理废水方面有着突出的 优越性, 它的大规模生产和应用将有广阔的市场前景, 但是从规模 化生产和废水处理角度来看,对微生物絮凝剂的研究还存在制备 成本高、 测定絮凝剂活性的指标单一、 絮凝机理尚无明确解释、 针 对性不强等方面的问题。可以考虑从以下方面着手解决:1) ( 构建 工程菌体系; 优化原料, (2) 降低成本; 开展复合型微生物絮凝 (3) 剂研究。 (上接第 89 页) 你会乐于学习专业外语这门课程 )A]分组讨 式, ( [ 论 [B]小组情景对话练习: 模拟学术会议、 模拟面试等 [C]实用写作: [D]轮流英语演讲 论文摘要英文简历 [E] 更多引入专业相关的外文文献, 了解专业动态 [F] 联系大 [G]其它。 学外语四六级考试 如: 调查结果中 B、 F 选项均超过了 40%。课堂上可以通过 E、 提问、 模拟面试、 模拟国际会议的议程等多种教学形式实现师生互 动, 关键在于找到本班学生乐于参与的教学形式。 3、 结语 高等院校专业外语教学仍面临一些问题需要校方、 教师、 学生 协作解决, 作为教师在授课过程中, 应当认真倾听学生与同行的建 (上接第 140 页) 面做法, “逐层渐变、 按照 柔性抗裂” 的原理进行抹 灰。其基本原理是,各构造层满足允许变形与限制变形相统一的 原则, 各层材料的性能满足随时分散和消解变形应力, 各层弹性模 量变化指标相匹配逐层渐变,外层的柔韧变形量高于内层的变形 量; 按照这一原理建立的柔性渐变抗裂体系, 能够有效地吸收和消 纳应力变形,能够解决外墙表面易出现有害裂缝的技术难题。外 墙抹灰宜待房屋结构封顶 15 天后进行, 以使墙体有一个干缩稳定 的过程, 避免日后粉刷开裂; 顶层内抹灰应待屋面保温, 隔热架空 板施工完后再进行, 以减少温差效应; 外墙抹灰宜从次顶层开始往 下, 最后抹顶层, 这对防止干缩裂缝的产生有效果。实践证明, 采 用这种抹灰工艺, 对于防止墙体开裂有非常好的效果。 4、 结论 混凝土小型空心砌块是一种新型的建筑材料,它的出现给古 (上接第 157 页) 劳动等, 每周 3 - 5 次, 每次 30 分钟 (分几次完成 3、 结论 水处理技术作为一门跨学科跨行业的综合性技术., 将在环境 污染治理和缓解水资源矛盾中发挥它独有的和重要的作用,因而 将在未来得到相应的发展。生物技术逐渐会成为水处理剂应用中 的热点问题,我们应加大气力开发出更经济适用的微生物水处理 药剂, 使之更快的由实验室走向实际应用, 发挥其重大作用。 【参考文献】 [1]汪红, 王连军, 汪莞.绿色化学概念在水处理材料中的应用及发展状 况[J].无机材料学报, . [2] 马小杰, 杨健, 吴敏等.市政水处理消毒技术现状与进展 [J].北方环 境, . [3]刘宇程, 万里平, 陈明燕.水处理絮凝剂研究进展[J].化工时刊, [4] 王洪媛, 杨翔华.微生物絮凝剂的研究与应用进展 [J].抚顺石油学院 学报, . 议, 不断完善教育教学方法, 以行动研究促进专业外语教学, 使学 生外语能力在所学专业领域中得到应用、 巩固和拓展 [4], 真正做到 学以致用。 【参考文献】 [1]荆雁凌.中小学教师怎样进行课题研究 (八) ——教育科研方法之教 育行动研究法.教育理论与实践, . [2] 焦述强, 陈艳. 专业外语教学的几点看法和认识 [J]. 中国地质教育, . [3]李瑞先.专业外语教学探讨[J].中国科技信息, . [4]久毛措. (下半月) , 关于提高专业外语教学质量的探讨[J].科协论坛 . 老的砌体结构注入了新的生命力。由于它的诸多优点,已经成为 替代传统的粘土砖最有竞争力的墙体材料,而对于砌块墙体裂缝 的治理是一个系统工程, 砌块房屋裂缝问题涉及因素很多, 比较复 杂, 需要开展更深入的试验研究, 研究裂缝生产的机理, 影响因素, 探索具体薄弱部位, 只有建设、 设计、 施工、 科研、 生产、 政府管理等 部门协同工作, 共同努力, 集思广益, 墙体开裂的问题才能够得到 更好的解决。 【参考文献】 [1]砌体结构设计规范.GBJ3-88[S] [2] 文竹、 住宅建筑构造破坏预防 100 例 [M].黑龙江科学技术出版社, 2004. [3]混凝土小型空心砌块建筑技术规程.JGJ/T12004[S].中国建筑工业出 版社, 2004. tolRep, . [3] Jorgensen HL, Warming L, Bjarnason NH, How does quantitatet 也行) 。 ive ultrasound compare to dual X-ray absorptiometry at various skeletal sites in 药物补钙。 现在市场上的活性钙大多是沿用早年电解和 relation to the WHO diagnosis categories? Clin Physio,2001. l [4] DuboisEF, den Bergh JP, van Smals AG, Comparison of quanet 水解工艺, 将生物碳酸钙经高温煅炼而生成一些含钙的混合物。 其 titative ultrasound parameters with dual energy X-ray absorptiometry in pre活性原料的饱和水溶液 pH 值高 (pH>12) 对胃粘膜有刺激, , 且其 and postmenopausal women. Neth J Med, 2001. [5] MontagnaniA,Gonnelli S,Cepollaro C,et Usefulness of bone 元素钙含量低。目前我国可用于预防和治疗的口服钙剂只有含钙 quantitative ultrasound inmanagementofosteoporosis inmen. JClin Densitom, 量较低的碳酸钙 (较好的、 常用的如盖天力咀嚼片, 含元素钙 150mg/ 2001. 片) 葡萄溏酸钙、 、 乳酸钙以及已较少用的磷酸氢钙等。 [6]Hadji P, Hars O,Bock K, Age changes of calcaneal ultrasonet 1999. 其他方面建议: (1)希望局领导能多组织大家多参加户外 ometry in healthy German women. CalcifTissue Int, [7]Landin-W ilhelmsen K, Johansson S,Rosengren A,et Calcaneal 运动, 可以增加同事之间的交流、 增深彼此间的感情, 还可以陶冶 ultrasound measurements are determined by age and physical activity. Studies 2000. 情操锻炼身体; 午间工作休息之余, (2) 各单位可组织工作人员做 in two Swedish random population samples. J InternMed, [8]MagkosF, ManiosY, Babaroutsi E, Quantitative ultrasound calet 广播操, 呼吸新鲜空气、 活动肢体, 更有利于提高工作效率; 多 (3) caneusmeasurements: normative data for the Greek population. Osteoporos 进行体质测定, 使现有的体测器材得到更充足的利用,体质测定, Int, “ 2005. [9] Vu Thuy TT,Chau TT,Cong DN,et Assessment of low bone 利国利民” 。 mass in Vietnamese: comparison of QUS calcaneal ultrasonometer and data【参考文献】 derived T-scores. J Bone MinerMetab, 2003. [1] Kanis JA, Melton LJ 3rd, Christiansen C, The diagnosis of oset [10]刘忠厚, 杨定焯, 朱汉民等.中国人原发性骨质疏松症诊断标准 (试 teoporosis. J BoneMinerRes, . 行)[J].中国骨质疏松杂志, 1999. [2] Kanis JA. An update on the diagnosis of osteoporosis. Curr
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表面活性剂在化妆品中的应用摘要:论述了表面活性剂的功能,如润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡和洗涤去污等功能,以及在化妆品中的作用。介绍了表面活性剂和化妆品的分类情况,化妆品的原料以及化妆品对表面活性剂的要求。详细介绍了化妆品中常用的几种表面活性剂。对化妆品中用的表面活性剂的发展趋势进行了阐述。关键词:表面活性剂;化妆品;功能;应用表面活性剂在化妆品中的主要功能包括乳化、分散、增溶、起泡、清洗、润滑和柔软等。表面活性剂在化妆品中具有广泛的用途,起着重要的作用。化妆品中所利用的表面活性剂的性能不仅仅是其单一的性能,而是利用其多种性能,因此,表面活性剂是化妆品生产中不可缺少的原料,广泛应用于化妆品中。化妆品是指以涂抹、喷、洒或者其他类似方法,施于人体(皮肤、毛发、指趾甲和口唇齿等),以达到清洁、保养、美化、修饰和改变外观,或者修正人体气味,保持良好状态为目的的产品。目前,化妆品的发展趋势是向疗效性、功能性和天然性方向发展。1表面活性剂的分类表面活性剂的分类方法有很多种,根据表面活性剂的来源进行分类,通常把表面活性剂分为合成表面活性剂、天然表面活性剂和生物表面活性剂三大类。合成表面活性剂合成表面活性剂是指以石油、天然气为原料,通过化学方法合成制备的表面活性剂。表面活性剂在性质上的差异,除与烃基的大小和形状有关外,主要与亲水基团类型有关。一般以亲水基团的结构为依据来分类,按亲水基团是否带电可将表面活性剂分为离子型和非离子型两大类,其中离子型表面活性剂又分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。天然表面活性剂20世纪70年代的石油危机对以石油为基本原料的表面活性剂工业产生了巨大的冲击,引起人们对能源消耗、工艺生产过程、生态学和石油制品安全性等一系列问题的思考,从而引发了以天然油脂为原料生产表面活性剂的重大变革。由于生物新技术的应用,油脂分离精制技术的发展,植物油脂品种的改良及增产,使得大量获得价格较低的高纯度的天然油脂成为可能,新的抗氧化剂的开发成功,解决了天然油脂腐败变质的问题,再加上人们对安全及环保意识的提高,以油脂为原料的天然表面活性剂的开发引起人们的高度重视。目前在天然油脂中最受重视的要数棕榈油和棕榈仁油。生物表面活性剂生物表面活性剂是指由细菌、酵母和真菌等多种微生物产生的具有表面活性剂特征的化合物。用微生物生产表面活性剂是20世纪70年代后期国际生物工程领域中研究的新课题。用微生物制取生物表面活性剂可以得到许多难以用化学方法合成的产物,在结构中引进了新的化学基团,而制得的产物易于被生物完全降解,无毒性,在生态学上是安全的。生物表面活性剂根据其亲水基的不同可分为糖脂系、酰基缩氨酸系、磷脂系、脂肪酸系和高分子表面活性剂五类。2表面活性剂的功能表面活性剂是一类具有多种功能的精细化学品,表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡和洗涤去污等多种功能。当液体与固体表面接触时,气体被排斥,原来的固-气界面消失,代之以固-液界面,这种现象称为润湿。从普遍意义而言,润湿是一种流体被另一种流体自表面取代的过程。通常把一种物质的颗粒或液滴以及微小的形态分散到另一介质中的过程叫分散。所得到的均匀、稳定的体系叫分散体。乳化是一种液体以微小液滴或液晶形式均匀分散到另一种不相混溶的液体介质中形成的具有相当稳定性的多相分散体系的过程。表面活性剂在水溶液中形成胶束后,具有能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增大的能力,且溶液呈透明状,这种作用称为增溶作用。由液体薄膜或固体薄膜隔离开的气泡聚集体称为泡沫,可分为液体泡沫和固体泡沫。在液体泡沫中,液体和气体的界面起主要作用。一般地说,当表面张力低,膜的强度高时,不论是稳定泡沫还是不稳定泡沫,起泡力都较好。溶液的黏度对泡沫稳定在两方面起作用:一方面是增强泡沫液膜的强度;另外,表面黏度大,膜液体不易流动排出,延缓了液膜破裂,而增强了泡沫的稳定性。消泡作用分为破泡和抑泡两种。具有破泡能力的物质称为破泡剂。有效的消泡剂既要能迅速破泡,又要能在相当长的时间内防止泡沫生成。洗涤去污作用是表面活性剂应用最广泛、最具有实用意义的基本特性。洗涤去污过程是极为复杂的,与污垢种类、基本性能、表面活性剂和助剂的种类和结构密切相关,而其过程又是多种表面现象,如吸附、润湿、渗透、乳化、分散、泡沫和增溶等在不同情况下的综合效应。3化妆品的分类化妆品能对人体面部、皮肤表面、毛发和口腔起清洁保护和美化作用。化妆品的品种多种多样,分类方式也各不相同。按使用部位可分为:皮肤用化妆品、毛发用化妆品、指甲用化妆品和口腔用化妆品。按使用目的可分为:洁净用化妆品、基础保护化妆品、美容化妆品和芳香制品,还可根据化妆品本身的剂型分类。4化妆品的原料制造化妆品所用的原料有很多种,据统计大概有3 000多种。根据化妆品原料在化妆品中所含比例的大小,可分为基质原料和配合原料。基质原料是调配各种化妆品的主体,也成为基础原料。膏霜类的油脂,香粉类的滑石粉等均属基质原料;配合原料是用来改善化妆品的某些性质和赋予色、香等的辅助原料,如膏霜中的乳化剂、抗氧化剂和防腐剂等均属配合原料。配合原料在化妆品中的比例虽小,但对化妆品的质量影响却很大。它们之间没有绝对的界限,某一种原料在化妆品中起着基质原料的作用,而在另一化妆品中可能仅起着辅助原料的作用。基质原料1)油脂类油脂是组成膏霜类化妆品的基本原料,主要起护肤、柔滑和滋润等作用。脂肪酸甘油酯是组成动植物油脂的主要成分,在常温下呈液态的称为油,呈固态的称为脂。根据来源又可分为植物性油脂和动物性油脂。植物性油脂包括椰子油、橄榄油、蓖麻籽油、杏仁油、花生油、大豆油和棕榈油等。动物油脂包括牛油、猪油、貂油和海龟油等。这些动植物油脂加氢后的产物称为硬化油。在化妆品中常用的硬化油有:硬化椰子油、硬化牛脂、硬化蓖麻油和硬化大豆油等。2)蜡类蜡是高碳脂肪酸和高碳脂肪醇所组成的酯。在化妆品中主要作为固定剂,增加化妆品的稳定性,调节其黏度,提高液体油的熔点,使用时对皮肤产生柔软的效果。依据来源的不同,蜡类也可分为植物性蜡和动物性蜡。植物性蜡包括巴西棕榈蜡、霍霍巴蜡和小烛树蜡等。动物蜡类包括蜂蜡、羊毛脂蜡、鲸油和虫蜡等。3)高碳烃类用于化妆品原料中的烃类主要包括烷烃和烯烃,它们在化妆品中的主要作用是其溶解作用,净化皮肤表面,还能在皮肤表面形成憎水性油膜,来抑制皮肤表面水分的蒸发,提高化妆品的功效。在化妆品中用的主要包括角鲨烷、凡士林、液体石蜡和固体石蜡等。4)粉类粉类是组成香粉、爽身粉、胭脂、牙粉和牙膏等粉类化妆品的基质原料。一般是不溶于水的固体,经
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