鼠李糖脂对城市污泥厌氧消化中多环芳烃降解的影响

1．研究背景

随着我国城市化快速发展、城市人口急剧膨胀，城市污水与污泥产生量也随之增加。多环芳烃（PAHs）是城市污泥中的一类主要有机污染物，含有两个苯环以上，苯环数量越多，其脂溶性越强，水溶性越低，在环境中存在时间越长，遗传毒性越高，其致癌性也越强^[1]。由于多环芳烃的毒性作用，对人类健康和生态环境具有很大的潜在危害，已引起各国环境科学家的极大重视。微生物降解是沉积在环境中多环芳烃去除的有效途径。多环芳烃的微生物修复与其他清洁技术如焚烧、填埋等相比，具有二次污染少、价格低等优点，已成为现场去除多环芳烃的重要途径。

厌氧消化是城市污泥较为经济、有效的处理方式。但PAHs的低水溶性或亲脂性，限制了生物利用性^[2]，导致厌氧条件下PAHs 降解率不高，甚至比好氧下降解率低约40%^[3]。多环芳烃的解吸是决定其降解程度的一个关键因素。许多微生物能产生表面活性剂，它能降低芳烃与水及土壤的界面张力，增加了亲油化合物在水中的溶解性及降低芳烃与土壤的吸附力，是芳烃化合物更易于微生物直接接触，从而促进生物降解^[4-6]。本研究选用表面活性剂鼠李糖脂，利用其两亲性质(亲水和亲油)，提高疏水性有机物在水相中的表观溶解度，促进疏水性有机物的固－液相迁移，提高其生物有效性，促进生物降解。

2．生物表面活性剂概述

生物表面活性剂来源于微生物和动植物，由亲水基（酸、肽阳离子、阴离子、单糖、双糖或多糖）和疏水基（饱和、不饱和烃链或脂肪酸）构成。与化学合成表面活性剂相比较，生物表面活性剂化学结构要复杂得多，功能基团多，具有降低液体表面/界面张力、形成胶束以及两相微乳液等多种表面活性剂功能^[7]，同时具有良好的热稳定性和化学稳定性，且产品本身无毒，环境友好，可以被环境微生物降解，具有良好的生物相容性，是典型的环保型”绿色产品”。上述这些特点使生物表面活性剂性能远优于化学合成表面活性剂，促使它们可以被广泛用于石油工业、环境工业、日用化学品、食品和医药工业以及农业等领域^[8]。特别是生物表面活性剂还具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等药理作用和免疫功能^[9]。可被开发成新型医药和生物农业。出于环境和人类健康角度考虑，人们越来越重视生物表面活性剂的开发和应用，以其代替常规的化学合成表面活性剂。

2.1 生物表面活性剂的分类

生物表面活性剂可根据其用途被分为两种^[9]，一种是以脂态、糖脂和蛋白质为代表的小分子化合物，可以显著降低空气/水或者油/水的表面或界面张力，且可以促进油/水的乳化；另一种是以多糖、脂多糖和脂蛋白为代表的高分子聚合物，一般不具有降低表/界面张力的表面活性，但可以使油与水产生较大的亲和力，通过吸附在分散油滴的表面促进油/水形成稳定的乳状物^[7-9]。分子量较低的鼠李糖脂属于前者，是目前研究最广泛的生物表面活性剂之一^[10-12]。

2.2 鼠李糖脂简介

鼠李糖脂一般是由铜绿假单胞菌产生的一种生物表面活性剂，它的化学结构、物理性质和生物特性等都得到了较深入的研究。此外，铜绿假单胞菌在自然界广泛存在，它对生物有机质有较强的降解作用。鼠李糖脂作为生物表面活性剂具有无毒、两亲等性质，并随浓度升高至临界浓度时会对多环芳烃产生明显的增溶作用。