CN102586033A - 一种生物修复型水系油污清洗剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能快速有效清洗油污并同时用微生物分解水中油污的生物修复型水系油污清洗剂及其制备方法。一些传统的清洗剂产品在清洗油污时,常常存在消耗多,污染大,清洗效果差的问题,特别是油污进入洗涤废水后,只是转移污染而不能降解污染,会造成了严重的环保问题;本发明针对其不足之处,研制出一种同时含有多种表面活性剂和降解油污微生物菌剂的新型生物修复型油污清洗剂。和现有的传统清洗剂相比,具有洗涤快速高效、节能降耗,直接降解油污、环保减排等显著优点。本发明的快速降解油污的微生物菌剂具有稳定性好,安全性高,降解油污活性强,生长迅速,对环境不造成二次污染的优点。

Description

一种生物修复型水系油污清洗剂及其制备方法
背景技术
[0001] 清除油污常用的方法有物理、化学和生物清洗法。其中化学清洗法是目前使用最广泛的一种清洗方法,它是利用化学药品或其他溶剂与污垢的反应来进行清洗。它通过溶解、乳化、分散、吸附等作用而达到清除垢污的目的,具有清洗效率高、可清洗设备的死角等优点。
[0002] 我国化学类清洗剂的研制工作始于20世纪50年代,曾涌现过一大批优质产品,近年来发展速度更快。其产品用于油污处理,有很好的效果,但性能指标与国际先进产品相比仍有差距,某些产品存在洗涤效果差、生物毒性大、环境污染严重、应用范围窄、价格昂贵等不同缺点,特别是洗涤污水对环境造成了严重污染和破坏,受到了广泛迫切的关注。因此有必要开发一种新型高效的环保型清洗剂产品适应市场的需求。
[0003]目前的清洗剂可以分为三类:水系清洗剂、半水系清洗剂、非水系清洗剂。其中水系清洗剂主要成分是以水为基体,再配以表面活性剂、洗涤助剂、缓蚀剂等,是清洗中应用较广泛的一种清洗剂。
[0004] 表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为憎水基团;亲水基团常为极性的基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其它盐,也可是羟基、酰胺基、醚键等;而憎水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接,形成了一种不对称的、极性的结构,因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油,但又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”,表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
[0005] 表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。它作为原料,起乳化、润湿、增溶、杀菌、柔软、抗静电、发泡和消泡等作用。当它的加入量很少时,即能大大降低溶剂(一般是水)的表面张力以及液/液界面张力,并且具有润滑、增溶、乳化、分散和洗涤等作用。
[0006] 表面活性剂一般由化学合成获得。化学合成的表面活性剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂等。前三类为离子型表面活性剂。这些表面活性剂的分子结构同时具有亲水和亲油的特点,都具有一定的渗透性能、润湿性能、乳化性能、分散性能和发泡性能等。而生物表面活性剂是由生物技术合成得到,与化学合成表面活性剂相比,除了两者在乳化、润湿、增溶等性能上有许多相似之处外,生物表面活性剂的一个显著特点就是没有毒性,对人与自然环境非常安全,也非常容易被自然界中的微生物降解掉,没有残余。一般而言,大部分生物表面活性剂的结构也比化学合成表面活性剂更复杂,分子量更大,具有更多的官能团,具有更优良的一些渗透、润湿、乳化和分散特性。鉴于生物表面活性剂的这些特点,以及人们环保意识的不断增强,在工业清洗应用领域中对生物表面活性剂的需求不断增强,同时逐渐替代传统的化学合成表面活性剂亦成为一种趋势。而生物表面活性剂最主要的来源就是来自于一些降解油污的微生物,而这些微生物也常常是环境生物修复中的主角。
[0007] 生物修复是指利用生物尤其是微生物,诱导或加快环境中有害污染物的降解过程,最终转化为无害物质的生物工程技术。与传统的化学、物理处理方法相比,生物修复技术具有下列优点:(1)污染物在原地被降解、清除;(¾修复时间较短;C3)就地处理,操作简便,对周围环境干扰少;(4)较少的修复经费,仅为传统化学、物理修复经费的30%〜50%; (5)人类直接曝露在这些污染物下的机会减少;(6)不产生二次污染,遗留问题少。生物修复技术也常与其他化学、物理修复方法联合使用,以便更有效地分解和去除污染物质。
[0008] 在我们的地球上,存在着数以千万计的各种各样的微生物菌群。这些微生物菌种以自己特有的方式对不同的有机废物进行分解,从而获得自己生长、繁殖以及其它新陈代谢活动所需要的物资与能量。与此同时,这些有机废物被最终分解成对自然与人类无毒、无害的水与二氧化碳。平均来讲,微生物每20到30分钟将繁殖一代,这意味着其数量也将增长一倍。但显而易见,在一个特定的系统内,微生物的数量不可能无限制地增长,将最终达到一个平衡。许多因素将影响微生物的数量,比如它们的食物源的变化(有机废物);环境因素的变化,如酸碱度、温度、湿度、氧浓度的变化等。
[0009] 基于对氧气的需求程度,微生物菌种分为好氧菌、厌氧菌和兼氧菌。好氧菌需在有氧的条件下才能够生长与繁殖;厌氧菌在无氧的条件下生存:兼氧菌在有氧与无氧的情况下均能够很好地生长繁殖。虽然自然界中存在的菌种,也能够将有机废物作为食物进行消化,但花费的时间非常长,可能几十年甚至上百年。因此,能够真正用于实际的、实现商业化的菌种,一定首先从自然界中提取出来,然后在实验室中经过特殊筛选,进而培养出来的适应性非常强的高性能微生物菌群。这些高性能微生物菌群要比自然中存在的微生物种群更有效,它们对有机废物的分解速度是自然界中菌群的上千倍,从而能够在一个较短的时问内,将有机废物分解成水、二氧化碳和小分子有机物等。
[0010] 油污等有机废物是微生物菌种重要的食物源,特别是作为微生物生长、繁殖所需要的重要的碳源。除此之外,某些维生素、矿物质和氨基酸,如维生素Bi、核黄素、钙、磷、钾等元素、亮氨酸、色氨酸等,也是微生物生长和维持活性所必须的营养物质。而这些营养物质往往在有机废物中并不存在。事实上,任何一种营养物质的缺乏,都可能严重影响微生物的生长与繁殖。因此,必须在微生物中加入这些必须的营养物质以确保微生物能够最快地,最高效地分解、消化有机废物。
[0011] 对于动、植物油和石油类衍生物矿物油等以碳链结构为基础的有机物,含碳数为5〜9的烃类化合物为挥发性有机物,在高浓度时有较大的毒性;含碳数为10〜22的烃类化合物毒性最小且最易生物降解;含碳数多于22的烃类化合物为低毒性,低水溶性,且在常温下为固体状态,不易生物降解;而对于苯环类和环烷烃类化合物,特别是四环和更多环的碳氢化合物,如蒽、柏油、浙青等,是最不易生物分解的;含双键的碳氢化合物较难完全生物降解;而直链的饱和烷烃最易完全生物降解。
[0012] 迄今为止,已知能有效降解油脂类的微生物共100余属,200多种,它们分属于细菌、放线菌、霉菌和藻类。其中常见的细菌有芽孢杆菌、假单胞菌等,真菌里有酵母、曲霉、青霉等,微生物在对有机污染物质的生物降解过程中往往也会产生一些糖脂、肽脂、多糖、蛋白质及脂蛋白等生物表面活性剂,这类物质能够高效乳化油脂污染物,在一定程度上可以加强油脂的生物可利用度,提高对油污污染环境后生物修复的有效性。发明内容
[0013] 针对现存传统的化学清洗剂产品处理油污时,消耗试剂多,油污洗涤速度慢,处理时间周期长,只转移污染不能降解污染等不足之处;本发明提供一种同时含有表面活性剂和降解油污微生物的生物修复型水系油污清洗剂。该清洗剂应用于油污清洗处理时,和现有的化学清洗剂相比,具有快速高效、节能降耗、直接降污、环保减排等显著优点,能明显提高对排放油污废水的降解效果。它也可应用于附着了其它多种石油化工类产品污染物固体表面的现场清洗。
[0014] 本发明的生物修复型清洗剂的最主要的特点是在含有多种高效表面活性剂的油污清洗剂中还同时加入特别的降解油污的微生物菌剂,这保证了清洗剂在清洗油污后还可以直接对污水进行生物修复处理,不留二次污染。
[0015] 本发明的生物修复型清洗剂由主剂组成,主剂中含有表面活性剂0. 1〜40重量%、降解油污的微生物0. 1〜30重量%,辅剂0. 1〜20重量%,余量为水。
[0016] 本发明的生物修复型清洗剂主剂中的表面活性剂为鼠李糖脂、槐糖脂、海藻糖脂、脂肽、脂蛋白、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚、烷基糖苷、烷基三甲铵乙内酯、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧丙烯嵌段聚合物、偏硅酸钠盐、改性二硅酸钠盐、烷基醚羧酸盐、山梨醇酐油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯、烷基苯磺酸盐、烷基磷酸酯及其盐、多烷基硫酸酯钠盐中的一种或几种的混和物。
[0017] 本发明的生物修复型清洗剂处理液的辅剂为维生素、矿物质、玉米浆、酵母粉、异丙醇、乙二醇、氨基酸、氨基糖苷、聚乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和丙二醇丁醚中的一种或几种的混和物。
[0018] 本发明的生物修复型清洗剂处理液的降解油污的微生物为芽孢杆菌或酵母菌中的一种或几种的混和物。上述降解油污的微生物每克清洗剂中的菌群数不低于1XIO4个。
[0019] 本发明的生物修复型清洗剂中除了含有化学合成的表面活性剂外,也同时含有微生物合成的生物表面活性剂,两类不同来源的表面活性剂同时协调发挥作用,使本发明的生物型清洗剂具有了更优良的乳化分散特性,这在清洗剂处理油污方面也是具有一定独特性的。
[0020] 本发明的生物修复型清洗剂的配制分五步:1)清洗配料罐:第一次配制生物型清洗剂之前,一定要将配料罐用水清洗干净。2、配制主剂:将主剂各组分按比例倒入配料罐中搅勻;幻加入辅剂:将辅剂各组分按比例直接加入到稀释后的主剂中。4)加入降解油污的微生物:将经过处理的各种降解油污的微生物按比例直接加入到先前配制好的清洗液中。以上组份添加完毕后,充分搅拌均勻即可。
[0021 ] 本发明的生物修复型清洗剂可以主剂、辅剂加微生物一起使用,可以主剂加微生物使用,一般需稀释使用。清洗剂的稀释比例范围很广,从直接使用不需稀释的浓缩液到与水按1 : 100的比例稀释均可。这些主要取决于不同的应用领域、不同的油污除油方式、不同的油污量等因素。比如对某些结构异常复杂,油污量大的重度污染情况下,也可直接使用浓缩液,无需稀释使用。
[0022] 本发明的有益效果:本发明针对现有油污清洗的现状,成功研制出了含有多种表面活性剂和降解油污微生物菌剂的新型生物修复型水系油污清洗剂,从而提供了一种具备快速清洗油污和分解油污双重功能的生物修复方法,具有高效减污和绿色环保等显著优点,实现将油污的清洗和分解作为一个工艺处理的目的,减少了操作步骤,提高了工作效率。本发明的生物修复型清洗剂应用于重度油污的清洗处理,跟现有的油污清洗剂相比,产品乳化性更好,分散性能更强,油污可以被更快速地剥离清洗到水中,并且在分散和乳化的同时,降油微生物就开始工作,逐渐降解污水中的油污,这些有毒有害的油污会被降解变成一些无毒无害或低毒低害的有机小分子,不再会对周边环境和生物造成污染毒害。
[0023] 本发明所述的几株细菌分别是芽孢杆菌(Bacillus sp. )WBl、芽孢杆菌(Bacillussp.) WB2和酵母菌(Saccharomyces sp.)MTH-8。芽孢杆菌WBl的菌种保藏号为CGMCCNo. 3669 ;芽孢杆菌WB2的菌种保藏号为CGMCC No. 3670 ;两株细菌保藏时间均为为2010年3月19日。酵母菌MTH-8的菌种保藏号为CGMCCNo. 0525,保藏时间为2000年12月27日。三株细菌的保藏单位均为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。其中芽孢杆菌WBl分离自我国大庆油田的泥土,其菌落粗糙,不透明、不闪光,为白色;细胞为椭圆至杆状,有芽孢,革兰氏阳性菌;生长PH值范围是6. 0-8.0,最适7.0 ;温度范围20-50°C,最适35°C ;另一株芽孢杆菌WB2分离自我国胜利油田的泥土,其菌落粗糙,半湿润透明、不闪光,为污白色;细胞为椭圆至杆状,有芽孢,革兰氏阳性菌;生长PH值范围是6. 0-8. 0,最适7. 0 ;温度范围20-50°C,最适37°C ;酵母菌MTH-8分离自过去保存的土壤,其菌落乳白色、有光泽、较平坦、边缘整齐;细胞为圆形、椭圆形或柱形,无芽孢,革兰氏阳性菌;生长PH值范围是5. 0-7. 5,最适6. 5 ;温度范围20_50°C,最适30 "C。
具体实施方式
[0024] 实施例1 :
[0025] 生物修复型清洗剂的配制:本实施例中清洗剂由主剂,辅剂和微生物组成,其重量组成配比如下,含有鼠李糖脂5%、烷基葡糖苷5%、烷基苯硫酸钠2%,脂肪醇聚氧乙烯醚5 %,二硅酸钠5 %,维生素B10. 1 %,异丙醇2 %,芽孢杆菌WB10. 2 %,芽孢杆菌WB20. 2 %,酵母菌 MTH-80. 2 %,水 75. 3 %。
[0026] 配制时先将配料罐用蒸馏水清洗干净,然后向其中加入7530克纯净蒸馏水,随后按照鼠李糖脂500克、烷基葡糖苷500克、烷基苯硫酸钠200克,脂肪醇聚氧乙烯醚500克的主剂组分比例加入到配料罐中搅勻;加入二硅酸钠500克,维生素BllO克,异丙醇200克等辅剂组分按重量组成比例直接到稀释后的主剂中。加入经过处理的降解油污的微生物芽孢杆菌WB120克,芽孢杆菌WB220克,酵母菌MTH-820克到先前配制好的处理液中。以上组份添加完毕后,充分搅拌均勻即可。
[0027] 实施例2 :
[0028] 生物修复型清洗剂的配制:本实施例中清洗剂由主剂、辅剂和微生物组成,其重量组成组成配比如下,含有烷基葡糖苷10%,聚氧丙烯嵌段聚合物0. 3 %、脂肪醇聚氧乙烯醚0.2%,磷脂酰乙醇胺0.3%,偏硅酸钠^^、乙醇?^,酵母粉。.1%,尿素0. 1%,芽孢杆菌WB11%,芽孢杆菌 WB21%,水 73%。
[0029] 配制时先将配料罐用蒸馏水清洗干净,然后向其中加入3650克纯净蒸馏水,随后按照烷基葡糖苷500克、聚氧丙烯嵌段聚合物15克,脂肪醇聚氧乙烯醚10克、磷脂酰乙醇胺15克的主剂组分比例加入到配料罐中搅勻;加入偏硅酸钠500克,乙醇100克、酵母粉5克,尿素5克等辅剂组分按比例直接到稀释后的主剂中。再加入经过处理的降解油污的微生物菌剂芽孢杆菌WB150克,芽孢杆菌WB250克到先前配制好的清洗液中。以上组份添加完毕后,充分搅拌均勻即可。
[0030] 实施例3 :
[0031] 生物修复型清洗剂的配制:本实施例中清洗剂由主剂、辅剂和微生物组成,其重量组成组成配比如下,含有海藻糖脂2 %、二甲基苯磺酸钠1 %,脂肪醇聚氧乙烯醚2 %,十二烷基苯磺酸钠1.5%,偏硅酸钠2 %,芽孢杆菌WB14 %,芽孢杆菌WB23 %,水89. 5 %。
[0032] 配制时先将配料罐用蒸馏水清洗干净,然后向其中加入895千克纯净蒸馏水,随后按照海藻糖脂20千克、二甲基苯磺酸钠10千克,脂肪醇聚氧乙烯醚20千克,十二烷基苯磺酸钠15千克的主剂组分比例加入到配料罐中搅勻;加入偏硅酸钠20千克等辅剂组分按比例直接到稀释后的主剂中。再加入经过处理的降解油污的微生物芽孢杆菌WB140千克,芽孢杆菌WB230千克到先前配制好的清洗液中。以上组份添加完毕后,充分搅拌均勻即可。
[0033] 实施例4 :
[0034] 取实施例1中的配方为基础配制的生物修复型清洗剂300毫升,加去离子水9700毫升稀释配制出10升3%的清洗剂溶液进行对金属试片表面油污净洗力的测定,净洗力的测定用摆洗机进行,规定摆洗机的摆动频率为(40士幻次/分钟。摆动距离为(50士2)mm。
[0035] 取尺寸为50mm 50mm 5mm的不锈钢钢片,用砂布将试片打磨光亮后用脱脂棉擦净,吊挂在摆洗机S形钩上,浸入无水乙醇中,再用镊子夹脱脂棉擦洗。然后把试片移至丙酮中漂洗,用热风吹干,存放于干燥器内备用。
[0036] 配制人造油污。人造油污的配方:石油磺酸钡8%,羊毛脂镁皂3. 5%,羊毛脂:2%,工业凡士林:30%,20号机油:34. 5%,30号机油:12%,钙基脂:2%,三氧化二铝:8%;制备方法:按配方规定,将工业凡士林,20号机油,30号机油,混合物加热到20°C左右溶解均勻,倒入羊毛脂镁皂,石油磺酸钡,钙基脂和羊毛脂。搅拌溶解。控制温度不能超过130°C,待全部溶解后,停止加热,加入氧化铝粉末搅拌均勻冷却至室温既可。
[0037] 人造油污的涂覆将准备好的钢试片,用挂钩挂好,置于40°C左右的烘箱干燥30分钟后,准确到0. 2mgo将称量后的试片平放在干净的滤纸上,用小刮刀摄入人造油污,均勻地涂覆在试片一面上的规定部位,并将试片两侧和底边多余的油污用滤纸擦去。油污涂覆控制在0.08-0. 19g之间。然后将涂好的试片用挂钩挂好,放入40°C烘箱干燥30分钟后取出,用滤纸擦去底边的油污,冷却称量。
[0038] 在500毫升烧杯中,倒入400毫升配好的3%清洗剂溶液,然后将烧杯放置于摆洗机的水浴孔中,使净洗剂溶液温度保持在60°C上下。将涂好的试片夹持在摆洗机的摆架上,使试片表面垂直于摆动方向。在净洗剂溶液中浸泡3分钟,然后开动摆洗机摆洗3分钟。摆洗结束后,连同挂钩取出试片,再在60°C左右400毫升的蒸馏水中摆洗30秒,取下试片,放入40°C左右的恒温箱内干燥2小时。冷却至室温,称量,计算净洗力。
[0039] 净洗力计算:净洗力%=试片涂覆油污后的质量减去清洗后的质量/试片涂覆油污后的质量减去试片质量
[0040] 取三次平均值作为测定结果。试验结果表明,生物修复清洗剂对金属试片表面油污的净洗力均达到95%以上。[0041] 实施例5:
[0042] 取实施例2中的配方为基础配制的生物修复型清洗剂1升,进行汽车发动机小零部件表面油污的清洗:将待洗小零件放入加水稀释2倍后的清洗剂中,浸泡5-15分钟后,捞出后用刷子对表面仍还黏附的油污进行轻轻刷洗,随后用少量清水对零部件进行表面清洗并用洁静的干布擦干即可。清洗结果表明,生物修复清洗剂对汽车发动机零部件表面的油污有很好的清洗效果。
[0043] 实施例6 :
[0044] 取实施例3中的配方为基础配制的生物修复型清洗剂100升,加水稀释10倍后进行船甲板表面油污的清洗:将配好的清洗剂用喷液器均勻地喷洒在待清洗船甲板油污表面,待保持反应5-10分钟后,用压力清洗机喷水冲洗干净即可。若部分油污较重,可配合使用擦洗工具进行清洗。清洗结果表明,生物修复清洗剂对船甲板表面的油污有很好的清洗效果。
8

Claims (7)

1. 一种用于快速有效清洗油污并同时用微生物分解污水中油污的生物修复型水系油污清洗剂,其特征在于含有降解油污的微生物。
2.如权利要求1所述的清洗剂,其特征在于由主剂组成,所述主剂含有表面活性剂0. 1〜40重量%、降解油污的微生物0. 1〜30重量%,辅剂0. 1〜20重量%,余量为水。所述降解油污的微生物为芽孢杆菌或酵母菌中的一种或几种的混和物。
3.如权利要求2所述的表面活性剂,其特征在于所述表面活性剂为鼠李糖脂、槐糖脂、海藻糖脂、脂肽、脂蛋白、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚、烷基糖苷、烷基三甲铵乙内酯、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醚羧酸盐、山梨醇酐油酸酯、聚氧丙烯嵌段聚合物、聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯、偏硅酸钠盐、改性二硅酸钠盐、烷基苯磺酸盐、烷基磷酸酯及其盐、多烷基硫酸酯钠盐中的一种或几种的混和物。
4.如权利要求2所述的辅剂,其特征在于所述试剂为维生素、矿物质、玉米浆、酵母粉、偏硅酸盐、二硅酸盐、乙醇、氨基酸、氨基糖苷、聚乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和丙二醇丁醚中的一种或几种的混和物。
5.如权利要求2所述的降解油污的芽孢杆菌是芽孢杆菌(Bacillus sp.)WBl。
6.如权利要求2所述的降解油污的芽孢杆菌是芽孢杆菌(Bacillus sp.)WB2。
7.如权利要求2所述的降解油污的酵母菌是酵母菌(Saccharomyces sp.)MTH_8。
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