表面活性剂在石油污染治理中的应用
表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文
表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文摘要：表面活性剂在石油工程的油气钻井、开采及储运中均有很广泛的应用。
综述了表面活性剂在石油工程中的研究及应用现状，由于国内一些大型油气藏已到开采后期，油田采收率较低，利用表面活性剂可以提高采收率。
高分子类型的表面活性剂既能提高波及系数，又能提高洗油效率，是很好的驱油助剂。
目前不少油田在开采低渗透油藏以及页岩油气藏，压裂液助剂的开发研究是现在及将来的一个研究热点。
关键词：表面活性剂；石油工程；应用；研究表面活性劑是一类分子由极性的亲水部分和非极性的亲油部分组成的，少量存在即能显著降低溶剂表面张力的物质。
它们广泛用于日常生活[1，2]，以及石油工程。
例如，在油气钻井工作中可以用作钻井液的杀菌剂、缓蚀剂、起泡剂、消泡剂、解卡剂、乳化剂等；在油气开采作业中可以用作黏土稳定剂、驱油剂、清防蜡、酸压助剂（可用于乳化酸、泡沫酸，成胶和破胶、助排剂等）；在油气田地面工程中可以用作减阻剂、破乳剂、杀菌剂、絮凝剂等，于浩洋等[3-6]对其在油田中的主要应用及其作用机理进行过归纳。
目前国内一些大型油藏已到开发后期，原油采收率较低，可以采用化学驱进行驱油。
例如，大庆油田的碱-表面活性剂-聚合物（ASP）三元复合驱为大庆油田的增产和稳产作出了巨大贡献[7]。
对低孔低渗的油气藏如目前国内外热门的页岩油/气藏的开采则多用压裂工艺，其中关键的化学剂常用到表面活性剂[8-11]。
根据表面活性剂在水中起活性作用的亲水基团来进行分类，可以将其分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型及特种类型（包括含氟和含硅、Gemini、Bola及生物表面活性剂等）表面活性剂。
现根据其类型对其在石油工程尤其是在低孔低渗油气藏中的研究及应用现状进行综述，以供我国页岩油/气藏开采技术的研究人员作参考。
1普通表面活性剂的研究及应用1.1阴离子型在水中起活性作用的部分为离子的表面活性剂。
表而活性剂强化技术修复石油类污染土壤
＊基金项目：国家大型油气田及煤层气开发重大专项“页岩气和煤层气开发环境保护技术集成及关键装备”（编号：２０１６ＺＸ０５０４０ ００６）。
杨忠平，２００６年毕业于吉林大学环境工程专业，硕士，现在中国石油集团安全环保技术研究院有限公司从事石油石化行业环保技术研究与应用工作。
通信地址：北京市昌平区黄河北街１号院１号楼，１０２２０６。
Ｅ ｍａｉｌ：ｙａｎｇｚｈｏｎｇｐｉｎｇ＠ｃｎｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。
表面活性剂强化技术修复石油类污染土壤＊杨忠平１，２ 任硕仪３（１．中国石油集团安全环保技术研究院有限公司；２．石油石化污染物控制与处理国家重点实验室；３．中国石油大学（北京））摘 要 介绍了表面活性剂强化修复技术（ＳＥＲ）的原理，并开展ＳＥＲ修复饱和带石油类污染土壤室内研究。
经过２０ｄ的ＳＥＲ修复，模拟受石油类污染的饱和带土壤，已接近修复终点，土壤中总石油烃（ＴＰＨ）平均浓度，由初始的１３．２５ｇ／ｋｇ降至４．３０ｇ／ｋｇ，去除率达到６７．５４％。
表面活性剂强化修复技术对砂土层中石油污染物去除有显著效果。
关键词 表面活性剂；强化修复技术；石油污染物；原位修复ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５ ３１５８．２０１９．０２．００５ 文章编号：１００５ ３１５８（２０１９）０２ ００１５ ０３０ 引 言石油污染物常表现为非水相液体（Ｎｏｎ ａｑｕｅｏｕｓＰｈａｓｅＬｉｑｕｉｄｓ，ＮＡＰＬｓ），ＮＡＰＬｓ一旦泄漏至地下环境，在迁移过程中不可避免地会扩散到地下不饱和区和饱和区。
ＮＡＰＬｓ具有较低的水溶度和较高的界面张力，当被截留在土壤小孔隙中或被土壤颗粒吸附后，就达到受力平衡，长期残留在地下环境中。
即使完成自由相ＮＡＰＬｓ移除后，残留的ＮＡＰＬｓ仍留在土壤中［１］。
同时通过溶解和挥发作用，有机污染物不断被释放，造成地下环境二次污染。
残留态ＮＡＰＬｓ的去除，是当前土壤修复过程的重点，也是土壤治理工作的难点［２ ３］。
鼠李糖脂应用场景
鼠李糖脂应用场景石油上应用鼠李糖脂是一种天然生物表面活性剂,它可以提高原油开采率、优化管道输送和改善储罐清洗。
发酵得到的鼠李糖脂与其他生物聚合物复配,可以建立新的生物驱油体系,显著提高采收率。
鼠李糖脂构成的新型环保纳米片,可以在高温高盐条件下提高低渗透油藏的采收率。
提高石油开采率采用鼠李糖脂可以改善水、油及岩石之间的作用关系,达到提高原油采收率的目的。
鼠李糖脂可以降低石油与岩石的亲和力,减少石油在驱油过程中的流动阻力,提高石油的可动性和开采率。
同时,鼠李糖脂还可以在水驱过程中优化驱替相图,增强驱油效果。
物理模拟实验表明,鼠李糖脂可以使原油开采率显著提高。
新的李糖脂生物驱油体系通过发酵法获得鼠李糖脂后,与其他生物聚合物如黄原胶复配,可以建立新的生物驱油体系。
5%鼠李糖脂发酵液的生物复合体系可使采收率达到17.4%,表明在微生物采油领域有良好应用前景。
鼠李糖脂-二硫化钼纳米片提高低渗透油藏鼠李糖脂-二硫化钼纳米片是一种新型环保生物两性纳米片,可以在高温高盐条件下提高低渗透油藏的采收率。
0.005wt%的超低浓度纳米流体可以在天然岩心上观察到25.3%的额外采油量。
其机理是通过原油乳化、改善润湿性、降低界面张力和产生结构分离压力等。
作为原油管道减阻剂和降粘剂鼠李糖脂可以溶解在有机溶剂中,然后添加到原油,用作原油管道的减阻剂和降粘剂。
100-1000ppm的鼠李糖脂可以使管道阻力下降20-50%,100-9000ppm的鼠李糖脂可以使原油粘度下降10-90%以上。
罐底油泥的洗脱发酵鼠李糖脂液可以提高储油罐罐底油泥中原油的回收率,实现对罐底油泥的有效洗脱。
鼠李糖脂液可以使溶液表面张力达到0.037N/m,显示出很好的表面活性作用。
作为抗结蜡添加剂，在石油炼化过程中鼠李糖脂可以降低某些石油馏分的凝固点,防止在低温下析出固体蜡质,从而提高石油的低温流动性和抗结蜡性能。
这在燃料油和润滑油方面具有重要作用。
作为粘度指数改进剂。
生物表面活性剂在油田中的应用
生物表面活性剂在油田中的应用生物表面活性剂是指有严格的亲水基团和疏水基团、由微生物产生的化学物质。
这种微生物生长在水不溶的物质中并以它为食物源,适应环境并产生这些物质。
它们能吸收、乳化、润湿、分散、溶解水不溶的物质。
生物表面活性剂在工业上有很大的用途,可用于油的开采、油管套清洗、纺织工业、制药业、化妆品、家用清洁剂、造纸业、陶瓷和金属工业。
然而最有前景的应用是用于清理污染的油罐、油轴的清洗、重油的运移、提高采收率、在污泥中和被碳、重金属离子和其他污染剂污染的区域采取生物补救措施开采原油。
已经证明生物表面活性剂是微生物采油的重要机理。
1 生物表面活性剂的特点生物表面活性剂和化学表面活性剂一样具有驱油能力,而且生物表面活性剂还具有如下特点:(1)水溶性好,在油-水界面有高的表面活性。
(2)在含油岩石表面润湿性好,能剥落油膜,分散原油,具有很强的乳化原油的能力。
(3)固体吸附量小。
(4)反应的产物均一,可引进新类型的化学基团,其中有些基团是化学方法难以合成的。
(5)生物表面活性剂无毒、安全。
(6)生物表面活性剂生产工艺简单,在常温、常压下即可发生反应。
若用化学生产条件极为复杂,有些需要苛刻的条件,如高温、高压。
研究表明,生物表面活性剂的驱油效率比人工合成的表面活性剂的驱油效率高3.5倍～8倍,而价格却为人工合成的表面活性剂的30%。
许多国家已经把产生生物表面活性剂的微生物采油作为长期开采油田项目的一部分。
2筛选产生生物表面活性剂的菌种菌种生长在水不溶的物质中,如石油烃、聚苯乙烯、橄榄油、煤油、甲苯、凡士林、二甲苯,并以它们为食物源。
提高采收率的生物表面活性剂,多数是从被原油污染的土壤、海水、地表废水中分离出来的。
这些微生物能有效地降解脂肪族和芳香族的烃类化合物,它们利用这些化合物,在微生物细胞和烃接触的界面上产生生物表面活性剂。
3生物表面活性剂的类型目前,生物表面活性剂主要有4类:糖脂类、磷脂类、脂蛋白或缩氨酸脂和聚合物类。
表面活性剂在石油生产中的作用
表面活性剂在石油生产中的作用摘要：随着世界能源需求日益增长，伴随着石油能源的迅速递减，这就要求人们使用各种办法来提高石油的采收率，进而充分利用有限的石油资源。
在众多研究方法中，表面活性剂驱是一种前景颇为看好的化学方法，能很好地提高石油的采收率。
本文综述了在石油开采过程中不同阶段表面活性剂驱中的表面活性剂的种类，并结合了表面活性剂驱在三次采抽中的应用及国内的一些应用实例。
关键词：表面活性剂石油开采应用0 引言随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及开采效率的要求越来越高，用常规方法采油，一般仅采出原油地质储量很少，但是大约三分之二的原油仍留在油层中，并且很难解决原油被滞留在岩石孔隙中和剩余原油流动性差的难题。
利用物理化学和生物学等技术来强化开采剩余储量的三次采油法，能有效提高原油采收率。
1 表面活性剂在钻井中的作用1.1 钻井用表面活性剂，避免钻井事故钻井用表面活性剂(包括钻井液处理剂和油井水泥外加剂)用量最大，约占油田用表面活性剂总量的60%左右；釆油用表面活性剂的量相对较少，但其技术含量相对较高，其用量约占油田用表面活性剂总量的1/3，这两类化学品在油田用表面活性剂中占有重要的位置。
在油井的钻探过程中, 表面活性剂常被加入钻井液体系用作降滤失剂, 以使泥饼更致密, 从而降低泥饼中的自由水向地层渗透而避免钻井事故。
降滤失剂需满足的重要要求之一是耐高温, 而要实现这一目的, 需要让表面活性剂分子尽可能多地与黏土表面的氧原子或羟基形成氢键。
因此, 如能在降滤失剂分子结构中引入氟原子,降滤失剂则具有更好的耐温性。
除此之外, 表面活性剂还在钻井液中用作降黏剂、增黏剂、流型调节剂、乳化剂、起泡剂、消泡剂、润滑剂、絮凝剂、黏土稳定剂和缓释剂等。
2 表面活性剂在油气开采中的增产作用2.1 稠油开采，采用表面活性剂增产由于稠油的黏度和密度比普通原油大得多, 因此对大多数的稠油通常采用井底乳液降黏, 即将碱类化合物和表面活性剂以及水注入到井底稠油中或挤入到油层近井地带, 借助井底的高温使稠油从地层渗流到井筒。
表面活性剂驱油
实验结果与分析
驱油效率
通过对比不同表面活性剂的驱油效率，分析 表面活性剂性能的优劣。
采收率
评估表面活性剂对提高采收率的作用，分析 其对油藏的增采潜力。
影响因素
分析实验过程中温度、压力、注入速度等参 数对驱油效果的影响。
适用性
评估不同类型表面活性剂在不同油藏条件下 的适用性。
案例分析
案例选择
选择具有代表性的实际油田作为案例研究对象。
非离子型表面活性剂
总结词
非离子型表面活性剂是一种温和型表面活性剂，具有低毒、 低刺激性和良好的生物降解性。
详细描述
非离子型表面活性剂在水溶液中不发生电离，其分子结构中 含有的亲水基团和疏水基团平衡作用使其具有降低表面张力 和油水界面的能力。非离子型表面活性剂具有较好的耐硬水 性能和抗盐性，适用于多种水质条件。
环保领域
1 2
废水处理
表面活性剂能够降低油水界面张力，促进油滴的 分离和沉降，用于废水中的油类物质的去除。
土壤修复
对于土壤中的油类污染，表面活性剂可以用于增 强油滴的分离和回收，实现土壤修复。
3
溢油处理
在海上或陆地发生的油类泄漏事故中，表面活性 剂可用于降低油膜的厚度和粘性，加速油滴的沉 降和回收。
原理
表面活性剂能够吸附在油水界面上，降低油水界面张力，使残余油易于被采出。 同时，表面活性剂能够改变岩石表面的润湿性，使亲油岩石变为亲水岩石，提 高洗油效率。
表面活性剂驱油的重要性
01
提高采收率
通过降低油水界面张力，表面活 性剂驱油能够将残余油从岩石表 面释放出来，从而提高采收率。
节约资源
02
03
其他领域
01
02
鼠李糖脂生物表面活性剂及其在石油污染修复中的应用
Ｑ ｉｇ ｕＬａ ｎ
（ｈｎ ｆ ｈ ｒ Ｅ ｖ ｏ ｍ ｎａ ｅｖ ｅ Ｔａｊ ） ｏ Ｌｄ， ａ ｇｕ３０ ５ ， ｈｎ） Ｃ ｉａＯｆ ｏｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ Ｓ ｒｉ （ｉ ｉ Ｃ ． ｔ． ｎ ｇ ０ ４ ２ Ｃ ｉａ ｓ ｒ ｌ ｃ ｎｎ ， Ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ ｈｓｓｕ ｙｃｍｐｅ ｅ ｓｖ ｌ ｅ ｉｗｅ ｅｒｓａｃ ｒｇｅ ｓｏ ａ ｏｉｉ ｉｓ ｒ ｃａ ｔｉｃｕ ｉｇｃ ｅ ｃ ｔ ｃｕｅ ， ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ｔｄ ｏ ｒｈ ｎ ｉｅｙｒｖｅ ｄｔ ｅｅ ｒｈｐｏ ｒｓ ｆ ｈ ｍｎ ｌ ｄｂｏｕｆ ｔｎ ，ｎ ｌｄｎ ｈ ｍｉａ ｓｒ ｔｒｓ ｈ ｒ ｐ ａ ｌ ｕ
之增加 ，对 转速 的调控 能够通过 改变 发酵液中的溶 解氧 含量 ，进 一步 影 响细菌 的生 长和 鼠李糖 脂 产 量 。另一方面 ，合适的转速能够使细菌菌体保持悬 浮状态 ，有利于提 高 鼠李糖脂发酵产量ｎ 。
驱油用表面活性剂的发展
驱油用表面活性剂的发展一、概述随着石油资源的日益枯竭和开采难度的不断增大，提高原油采收率成为石油工业面临的重要挑战。
在这一背景下，驱油用表面活性剂的研究与应用逐渐受到广泛关注。
表面活性剂作为一种具有特殊分子结构的化学物质，能够在油水界面形成稳定的乳状液，从而改善原油的流动性，提高采收率。
驱油用表面活性剂的发展历程可追溯到20世纪初期，随着科学技术的不断进步，其种类和应用范围也在不断扩大。
驱油用表面活性剂已经形成了包括磺酸盐类、羧酸盐类、非离子型等多种类型在内的完整体系。
这些表面活性剂在油田开采中发挥着越来越重要的作用，不仅提高了原油采收率，还降低了开采成本，为石油工业的可持续发展提供了有力支持。
驱油用表面活性剂的研究与应用仍面临诸多挑战。
高温高盐油藏、稠油油藏、低渗透油藏等特殊油藏的开采条件对表面活性剂的性能提出了更高要求；另一方面，环保法规的日益严格也要求表面活性剂在生产和使用过程中必须满足环保要求。
未来驱油用表面活性剂的研究将更加注重高性能、环保型产品的研发与应用，以满足石油工业对高效、环保开采技术的迫切需求。
驱油用表面活性剂作为提高原油采收率的重要手段之一，在石油工业中发挥着不可替代的作用。
随着科学技术的不断进步和环保要求的日益严格，驱油用表面活性剂的研究与应用将迎来更加广阔的发展前景。
1. 驱油用表面活性剂在石油开采中的重要作用在石油开采领域，驱油用表面活性剂发挥着举足轻重的作用。
表面活性剂作为一种特殊的化学剂，其分子结构既包含亲水基团又包含疏水基团，这一特性使得它能够在油水界面产生显著降低表面张力的效果。
通过注入表面活性剂，油层中的原油与水的界面张力被大幅度降低，从而增强了原油的流动性，使原本难以流动的石油变得易于开采。
表面活性剂还能够提升地层内部的润滑性，减少石油在流动过程中因摩擦力而滞留在孔洞中的现象。
这种润滑性的提升不仅有助于石油的顺畅流动，还能够减少开采过程中的机械阻力，提高开采效率。
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第31卷第9期辽 宁 化 工V ol.31,N o.9 2002年9月Liaoning Chemical Industry September,2002表面活性剂在石油污染治理中的应用张丽芳,李 艳,肖 红(沈阳工业学院化工分院,辽宁沈阳110045)摘 要: 综述了当前表面活性剂在石油污染土壤治理中应用成果及研究现状,并讨论了今后的应用前景。
关 键 词: 表面活性剂;生物治理;石油污染土壤;增溶作用中图分类号: T Q423 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2002)090382041 前 言石油在勘探、开采、运输、存贮以及销售过程中都有可能引起对土壤不同程度的污染。
而在油田及贮油场所的污染尤为严重。
在油田中钻井、洗井、采油和修井作业过程中会有数量不等的落地石油和固体废弃物排放到环境中,使土壤受到不同程度的污染。
油田周围土壤的污染,主要是落地石油引起的[8]。
落地石油残留在地表还会危及地下水。
随着社会经济的发展,一些贮油场所,由于各种原因如设计不合理或管道、油箱或其他运输工具的泄露以及事故性渗漏等都可造成土壤的污染。
另外石油对海洋污染主要是油轮泄漏及海上油田发生事故等原因引起的[1,2,4]。
合成表面活性剂具有增溶、分散等特点,能溶解那些难溶石油烃类化合物和其他有机化合物,从而可提高有机污染物的脱附率。
表面活性剂能显著降低溶剂表面张力和液—液界面张力并具有一定性质、结构和吸附性能的物质。
从结构上看,所有的表面活性剂分子都是由极性的亲水基和非极性的疏水基两部分组成的。
亲水基使分子引入水,而疏水基使分子离开水,即引入油,因此它们是两亲分子。
表面活性剂分子的亲油基一般是由碳氢原子团,即烃基组成;而亲水基种类繁多。
表面活性剂在水中达到一定浓度便形成胶束。
胶束由具有亲油的内芯和亲水的界面组成。
表面活性剂在水中形成胶束后具有使不溶或微溶于水的烃类等非极性物质的溶解度显著增大的能力。
表面活性剂具有亲水、亲油的性质,能起乳化、分散、增溶、等作用[4]。
近年来国外许多学者开始关注表面活性剂在治理石油污染中的作用。
2 表面活性剂应用研究2.1 石油污染土壤微生物整治概述生物治理技术(Bioremediation)也称之为生物恢复技术,它是指利用生物的代谢活动减少土壤环境中有害物的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的土壤环境能够部分或完全地恢复到原始状态的过程[7]。
目前常见的微生物技术包括原位生物治理技术、异位生物治理技术以及原位—异位联合生物治理技术。
原位生物处理是向污染区域投放氮、磷营养物质或供养,促进土壤中依靠有机物作为碳源的微生物生长繁殖,或接种经驯化培养的高效微生物,利用其代谢作用达到消耗石油烃的目的。
此种方法包括生物培养法、生物通气法等[2,7,8]。
异位生物治理技术则要求把污染土壤挖出,集中起来进行生物降解。
它可以设计和安装各种过程控制器或生物反应器以产生生物降解的理想条件。
这种处理方法包括土壤堆肥法和生物反应器等。
2.2 表面活性剂在生物治理石油污染中的应用然而上述微生物技术也存在一定的局限性, 收稿日期: 2002206218 作者简介: 张丽芳(1975-),女,助教。
如周期长,烃类有机物降解速率不高等。
而解决这些问题的一个重要方面是提高污染物溶解于水中的含量。
这是因为存在于土壤中的许多污染物,如PAHs、PC B以及其他长链的烃类物质等,都是高度非极性和疏水化合物,它们在水中的溶解度极低。
而水同土壤相比是一种优良的介质,微生物、无机养料、底物参与的生物降解过程多在水相中进行。
生物降解受吸附(吸附和脱附)、扩散以及溶解机理的影响,这些机理决定着疏水有机污染物能否为水溶液中的烃类降解菌所利用。
大多数情况下,脱附是控速步骤,它控制了生物降解的速率和降解的程度[6,9]。
许多研究表明,当环境中存在难溶的烃类化合物时,许多烃类降解菌能产生一种生理反应,即在其体外大量的产生、积蓄生物表面活性剂,这些生物表面活性剂对细菌体外的疏水烃类化合物起到增溶、乳化作用。
这种作用对降解率有一定的促进作用。
如果表面活性剂没有毒性影响,有理由相信表面活性剂的增溶作用能促进烃类污染物的微生物降解过程[10,11]。
一些研究表明,石油中小分子量烃类易溶于水相,容易被微生物利用,而大分子量烃类如多环芳烃(PAHs)等,却难溶于水相,牢牢地吸附在固相土粒上,从而限制了微生物的利用,进而也就降低了生物降解率[6]。
合成表面活性剂能溶解那些难溶石油烃类化合物和其他有机化合物,从而可提高有机污染物的脱附率。
近年来许多学者在微生物修复石油污染土壤中引入表面活性剂,以提高石油降解率。
微生物治理技术与表面活性剂技术联合治理有机物污染土壤是近几年发展起来的。
在简单强化微生物治理技术中,对于含有大分子的烃类化合物,如PAHs以及其它长链的烃类物质等污染物降解率并不十分理想,而且很难在短时间达到规定的技术标准。
而有机污染物的生物可利用性成为影响生物降解率的制约因素。
有资料表明,表面活性剂对微生物的降解率有促进作用[13,17,18]。
该方法工作原理是将适量表面活性剂加入土壤—水体系中或生物反应器中,表面活性剂在水相中形成胶束,使油的溶解度增大,把一些难溶解的有机物脱附下来,使微生物更容易降解这些污染物。
Luthy等人研究了几种非离子型和阴离子型表面活性剂对复杂芳烃(PAHs)的溶解作用,表明非离子表面活性剂Triton X-100是最有效的。
之后,Patrick P. E.Carriere等人研究了非离子表面活性剂对杂酚油污染土壤微生物降解的影响,证实加入这种表面活性剂可作为增强PAHs污染土壤降解的一种方法[6]。
2.3 表面活性剂应用研究现状研究表面活性剂在微生物治理石油污染土壤技术应用中已取得一些进展。
目前,这一领域研究工作主要集中在以下几个方面。
2.3.1 表面活性剂脱附机理的研究此项工作是研究表面活性剂对烃类有机物脱附作用,以便微生物更能有效降解烃类污染物。
污染物的化学特点决定其生物可利用性。
疏水有机化合物如PAHs和某些疏水较强的有机化合物极易吸附于土壤固相表面,降低了其可利用性。
常规生物治理技术对于那些难溶于液相中牢牢吸附于土壤上的有机物成分却无法去除,成为提高降解率制约因素[6]。
Li等人利用莫纳德(M onord)模型方程和两个质量转移速率方程分别计算了生物降解率、氧气转移率和油的转移率。
他们发现油的转移率是生物降解过程中的控速步骤,大多数情况下,水溶液中的降解率不是限速步骤[12]。
因此提高油的转移率,必然大大提高生物降解率。
表面活性剂具有增溶、乳化、分配烃类化合物在不同相中的比例作用。
有资料表明,表面活性剂对某种有机物的增溶作用可用如下公式表示[13]: Cmic=SmcK mcC(1)Smc=S-C MC 当S>C MC0 当S<C MC(2)式中:Smc-超过临界胶束浓度(C MC)的表面活性剂浓度; Cmic-该有机物分配到胶束相中的浓度,mg/L; C-该有机物在水中的溶解度,mg/L; S-表面活性剂的总浓度,mg/L; C MC-临界胶束浓度,mg/L; K mc-有机物在胶束中和水相的分配系数公式(1)表明烃类有机物溶于胶束相中的浓度取决于油类本身的特点,如有机物的分配系数以及表面活性剂在水中的溶解度等。
该公式表明表面活性剂在低于临界胶束浓度(C MC)时无增溶作用,而高于临界胶束浓度时,表面活性剂浓度越高,增溶作用也越大。
高士祥[14]等学者研究认为表面活性剂低于临界胶束浓度时也有增溶作用。
也能形成增溶作383第31卷第9期 张丽芳等:表面活性剂在石油污染治理中的应用 用的原因可能有两点:第一,在C MC以下的表面活性剂溶液中存在一定量的表面活性剂分子二聚体和三聚体。
溶液中这些二聚体和三聚体可在一定程度上增加疏水有机物在水中的溶解度。
第二,表面活性剂单体本身也可能增加疏水有机物在水中的溶解度。
例如,Edwards等[15]认为,在C MC以下,表面活性剂对疏水有机物增溶作用是一种类似于可共溶解剂的增溶机理。
也就是说,在表面活性剂的稀溶液中,由于表面活性剂的疏水基团在水相的存在,在一定程度上降低了溶液的极性,使得疏水有机物在水中的溶解度增加。
另外石油烃类化合物脱附率还取决于土壤中的有机质含量。
Aronstein[16]等人研究发现表面活性剂对菲脱附与土壤类型有关。
他们用含有聚氧乙烯链非离子表面活性剂Alfonic810-60分别对受菲、联苯污染且有机质含量不同的土壤进行脱附研究,发现有机质含量越高,脱附效果就越差。
2.3.2 表面活性剂的筛选此项工作是将易生物降解的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对照实验,以筛选出一系列对微生物降解石油有促进作用的表面活性剂[10,13]。
T exas Research Institute(TRI)对表面活性剂在石油污染土壤生物治理过程中的作用进行了广泛的研究。
研究人员在受石油污染的砂质土壤中采用了不同种非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂组合实验,发现阴离子表面活性剂(Ri2 chonate-Y LA)和非离子表面活性剂(Hy onic PE-90)联合作用是最有效的,可使80%的石油残余物从土壤中脱除,而研究中使用其它几种表面活性剂则形成了粘性乳浊液,导致了很低的流动率和脱除率[6]。
2.3.3 表面活性剂对降油率的影响表面活性剂在超临界胶束浓度(super-cmc)时,对微生物除油率的影响目前尚未有统一观点。
但在表面活性剂浓度低于cmc时,普遍认为表面活性剂对微生物除油有促进作用。
G rinberg[17]等人研究发现,结合生物降解和溶解模型,研究了表面活性剂Fergitol NP-10对菌株Pseudom onas Stutzeri P16生物降解菲的影响,发现虽然胶束中的菲并不直接为细菌所用,但表面活性剂增加了菲的溶解度,从而导致了总的细菌生长速度增加。
同时Bury和Mill等人[18]认为表面活性剂在超临界胶束浓度时的增溶作用能促进油的生物降解。
而Laha和Luth等人[19]研究非离子表面活性剂(Triton X-100和Brij30)对菲的降解影响时,发现此两种表面活性剂在超临界胶束浓度时对菲的降解有抑制作用,将表面活性剂的浓度稀释到低于临界胶束时,抑制作用消失。
另外,还有资料表明[16],表面活性剂在低临界胶束浓度时能在一定程度上改善微生物的除油效果,这是因为表面活性剂的存在能加快油的脱附速率,使微生物有更多的机会与烃类有机污染物接触,提高了除油率,因而在低浓度时有一定的促进作用。
2.3.4 新型表面活性剂的研究目前,有的学者已开发新的表面活性剂,如一种新型天然表面活性剂分子式为C26H31O10,是从植物中提取出来的,并具有生物可降解性,该种天然表面活性剂的增溶能力是人工合成表面活性剂的20～100倍。