肥皂洗滌劑的安全性與環(huán)境影響問(wèn)答（四）

A 綜述-3 對(duì)環(huán)境的影響

編者按：針對(duì)消費(fèi)者關(guān)心的肥皂和洗滌劑基礎(chǔ)知識(shí)、洗滌劑的人體安全性及其對(duì)環(huán)境的影響等問(wèn)題，日本肥皂洗滌劑工業(yè)協(xié)會(huì)于1974年編輯出版了《肥皂、洗滌劑知識(shí)問(wèn)答》一書(shū)，并于1994年進(jìn)行了全面修訂。此后，日本肥皂洗滌劑工業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)社會(huì)環(huán)境變化和新技術(shù)發(fā)展情況不斷對(duì)該書(shū)加以補(bǔ)充修訂。本文內(nèi)容摘編自該書(shū)最新一版。

Q18. 什么是生物降解？

食物殘?jiān)拖礈靹┲械谋砻婊钚詣┑扔袡C(jī)物進(jìn)入微生物體內(nèi)，同化成為微生物體的一部分，并成為微生物的能量來(lái)源。然后，有機(jī)物會(huì)被最終分解為無(wú)機(jī)物——水和CO2。這一過(guò)程被稱(chēng)為生物降解。生活污水直接排放至河流等水域，污水中的有機(jī)物會(huì)被河水、湖泊和海水中的微生物分解；排往污水處理場(chǎng)中的污水，則會(huì)在污水處理場(chǎng)活性污泥中微生物的作用下，發(fā)生生物分解。

為了考察肥皂和洗滌劑對(duì)河流和湖泊水質(zhì)的影響，必須首先分析其主要成分——表面活性劑的生物降解性。表面活性劑的生物降解性分為一次性生物降解和最終生物降解兩類(lèi)：一次性生物降解指的是表面活性劑分子的一部分發(fā)生變化，從而使表面活性劑的表面活性喪失；最終生物降解指的是表面活性劑徹底分解為終極產(chǎn)物（水和CO2），或者被微生物攝入體內(nèi)，成為菌體的組成成分（圖16）。當(dāng)河流等水域沒(méi)有出現(xiàn)由表面活性劑引起的長(zhǎng)期性泡沫，并且對(duì)水生生物和水環(huán)境不產(chǎn)生不良影響時(shí)，則可以認(rèn)為表面活性劑發(fā)生了“環(huán)境受容性生物降解”。

圖16 生物降解的概念

Q19. 實(shí)驗(yàn)室如何測(cè)定表面活性劑的生物分解度？

實(shí)驗(yàn)室測(cè)定表面活性劑的生物降解性，是把微生物接種至含有表面活性劑的培養(yǎng)基中，在一定條件下培養(yǎng)一段時(shí)間后，按照指定的方法測(cè)定表面活性劑的生物降解度。其中，以起泡力為指標(biāo)的物理學(xué)測(cè)定法和專(zhuān)用于陰離子表面活性劑（a-SAA）的亞甲藍(lán)活性物質(zhì)（MBAS）測(cè)定等是最有代表性的化學(xué)分析測(cè)定法。上述方法適用于表面活性劑的一次性生物降解度的測(cè)定。在很多場(chǎng)合，一次性生物降解與環(huán)境受容性生物降解是一致的，因而經(jīng)常將上述方法用于表面活性劑的環(huán)境受容性調(diào)查。當(dāng)微生物對(duì)表面活性劑進(jìn)行分解時(shí)，可以通過(guò)微生物的耗氧量來(lái)測(cè)定表面活性劑的降解度（BOD法）。沒(méi)有被分解的表面活性劑則可通過(guò)熱分解方法測(cè)定，即由熱分解產(chǎn)生的CO2測(cè)出有機(jī)物的量（TOC法）。這些方法常被用于表面活性劑最終生物降解度的測(cè)定。

由于每個(gè)試驗(yàn)所用培養(yǎng)基和微生物接種條件的不同以及分析方法上的差異，對(duì)表面活性劑生物降解性的評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)有所不同。因此，在討論某種物質(zhì)的生物降解性時(shí)，必須以一定的試驗(yàn)及分析方法為前提。

在日本，進(jìn)行測(cè)定試驗(yàn)時(shí)，使用最多的方法是《JIS K 3363 合成洗滌劑生物降解度試驗(yàn)法》和《化學(xué)物質(zhì)的審查與制造等的規(guī)定（化審法）》中所規(guī)定的方法。

1. JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）法

JIS法是針對(duì)污水處理場(chǎng)進(jìn)行生物降解度研究的試驗(yàn)方法。一般從污水處理廠(chǎng)的污水入口采樣，因?yàn)樵撎幍奈蹪嵛飵缀跖c處理場(chǎng)的污水同質(zhì)，微生物在這樣的污泥中最適宜被馴化。測(cè)定前，在含表面活性劑的培養(yǎng)基中多次添加馴化污泥對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)。然后，陰離子表面活性劑時(shí)測(cè)定亞甲藍(lán)活性物質(zhì)（MBAS）、非離子表面活性劑時(shí)測(cè)定硫氰酸鈷活性物質(zhì)（CTAS），進(jìn)而確定表面活性劑的生物降解度（圖17）。

圖17 JIS生物降解度試驗(yàn)法

2.《化審法》規(guī)定的方法

該方法使用電量計(jì)。首先，在無(wú)機(jī)培養(yǎng)基中加入試驗(yàn)用表面活性劑和未馴化的活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)。當(dāng)污泥中的微生物對(duì)表面活性劑進(jìn)行分解時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與消耗氧量相當(dāng)?shù)腃O2量；用堿石灰吸收CO2，使反應(yīng)容器中產(chǎn)生負(fù)壓；經(jīng)氣壓表檢測(cè)出由此產(chǎn)生的壓力差。由壓力差引起的電流通過(guò)電流回路，促使硫酸銅溶液發(fā)生電解，產(chǎn)生氧，并向反應(yīng)容器供給所需的氧氣。當(dāng)由CO2產(chǎn)生引起的壓力差消失后，硫酸銅的電解氧過(guò)程隨即中止。即：由微生物耗氧引起的電流變化，可計(jì)算出微生物分解表面活性劑時(shí)的耗氧量，從而求出生化需氧量（圖18）。利用該方法，除了可以測(cè)出生化需氧量（BOD）外，還可以對(duì)殘余試驗(yàn)物的濃度和有機(jī)碳濃度（TOC）進(jìn)行測(cè)定，從而獲得多項(xiàng)關(guān)于表面活性劑生物降解性的指標(biāo)。

此外，作為模擬實(shí)際環(huán)境的試驗(yàn)法還有針對(duì)河流和湖泊水的Die-away-test法。下面舉例說(shuō)明對(duì)于表面活性劑生物降解性的分析。

表面活性劑的生物降解度隨著試驗(yàn)條件（如被試驗(yàn)物質(zhì)的濃度、微生物種類(lèi)和濃度、溫度等因素）的不同而變化。如圖20所示，被試驗(yàn)物質(zhì)的濃度和微生物量（活性污泥）對(duì)表面活性劑的生物降解速度有很大影響。

圖18 《化審法》測(cè)定表面活性劑生物降解度的方法

圖19 各種表面活性劑的生物降解性比較

圖20 表面活性劑濃度和微生物量對(duì)表面活性劑生物降解性的影響

因此，在評(píng)價(jià)表面活性劑的生物降解性時(shí)，充分理解和精確控制試驗(yàn)條件對(duì)確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性十分重要。

Q20. 如何測(cè)定河流、湖泊等水域中表面活性劑的濃度？MBAS指標(biāo)的含義是什么？

合成洗滌劑的主成分——陰離子表面活性劑會(huì)與陽(yáng)離子系色素亞甲藍(lán)反應(yīng)，形成復(fù)合體，這種活性體被稱(chēng)為亞甲藍(lán)活性物（Methylene Blue Active Substances，MBAS）。利用該性質(zhì)可對(duì)水環(huán)境中陰離子表面活性劑的濃度進(jìn)行測(cè)定，通常以每升水中含有的MBAS毫克數(shù)（mg/L）表示。

MBAS除了用于測(cè)定水環(huán)境中的陰離子表面活性劑以外，還可以檢測(cè)出硝酸根、硫氰根、胺類(lèi)等物質(zhì)。研究證實(shí)，由MBAS測(cè)得環(huán)境水中的陰離子表面活性劑的濃度要比其在水中的實(shí)際濃度高得多，換言之，實(shí)際環(huán)境中的洗滌劑濃度要比MBAS值小許多。對(duì)肥皂而言，由于它不與亞甲基反應(yīng)，因而也無(wú)法利用MBAS進(jìn)行檢測(cè)。

由于MBAS無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定表面活性劑的實(shí)際濃度，研究人員為此相繼開(kāi)發(fā)出多種分析方法，利用儀器正確測(cè)定環(huán)境水中的表面活性劑的濃度。日本肥皂洗滌劑工業(yè)協(xié)會(huì)（JSDA）推薦采用以下分析方法來(lái)測(cè)定環(huán)境水中的表面活性劑含量：直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）采用高效液相色譜（HPLC）測(cè)定；非離子表面活性劑中的聚氧乙烯烷基醚（AE）和陽(yáng)離子表面活性劑（二烷基二甲基氯化銨，DADMAC）采用高效液相色譜——質(zhì)量分析計(jì)（LC-MS）測(cè)定。表16是JSDA對(duì)日本代表性都市周邊河流（上游和中游）中表面活性劑濃度的測(cè)定結(jié)果（1998～2000年）。

表16 JSDA對(duì)日本代表性水域中表面活性劑濃度的測(cè)定結(jié)果 （單位：μg/L）

Q21. 下水道和污水處理場(chǎng)的作用

日本《下水道法》中對(duì)下水道的定義是“為排放污水而設(shè)計(jì)的排水管和相關(guān)設(shè)施以及后續(xù)進(jìn)行污水處理的相關(guān)設(shè)施（人糞尿凈化槽除外）、泵等設(shè)施的總稱(chēng)”。即下水道是收集污水的污水管和進(jìn)行污水處理等設(shè)施的總稱(chēng)。

隨著時(shí)代的發(fā)展，下水道發(fā)揮著日益多樣化的作用。現(xiàn)在，下水道已成為收集、處理雨水和污水，確保生活環(huán)境安全、舒適和保護(hù)公共水域水質(zhì)的重要設(shè)施。其具體作用如下：

1. 防止積水（排除雨水）

下水道和河流、道路一樣，具有排送積存雨水的功能。尤其是對(duì)于因綠地或空地減少、造成雨水蓄存能力低下的都市來(lái)說(shuō)，下水道排送積水的作用更為重要。

2. 生活環(huán)境的改善（排除污水）

下水道還具有收集、處理生活和生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的污水的功能，下水道的配備對(duì)于改善城市住宅周邊的環(huán)境大有裨益，而且沖水廁所的普及給居民提供了一個(gè)衛(wèi)生舒適的居住環(huán)境。

3. 保護(hù)公共水域的水質(zhì)

1970年，日本修訂了《下水道法》，其中要求公共下水道必須與污水處理場(chǎng)或流域下水道連通，所有污水只有經(jīng)過(guò)安全處理才可以排向外界水域，從而保證了公共水域的水質(zhì)安全。污水處理場(chǎng)必須對(duì)污水進(jìn)行兩次處理：一次處理主要是除去污水中的大垃圾和可沉淀的小垃圾；二次處理則是通過(guò)添加活性污泥，利用活性污泥中的微生物對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行分解，并通過(guò)污泥的沉淀作用得到透明的凈化水。

現(xiàn)在，對(duì)污水進(jìn)行二次處理已成為一般性的處理措施（圖21）。二次處理不能完全除盡的含氮、磷元素等物質(zhì)，還可以進(jìn)行高級(jí)處理（三次處理）。所謂高級(jí)處理，是指根據(jù)要去除物質(zhì)的不同，通過(guò)化學(xué)處理、逆浸透壓、離子交換、活性炭吸附等多種方法除去二次處理后水中殘留的其他雜質(zhì)，得到清潔度更高的凈化水。日本正在加速開(kāi)發(fā)并普及和推廣這種污水處理方法。

圖21 污水處理場(chǎng)的工作流程

Q22. 日本下水道的普及率怎樣？

在政府的不斷努力下，日本下水道的普及率（使用下水道的人口數(shù)/行政人口數(shù)）仍在逐年上升，2001年3月為62%（圖22）。但是，與下水道普及率更高的歐美等先進(jìn)國(guó)家相比，這還是一個(gè)相當(dāng)?shù)偷臄?shù)字（圖23）。此外，在日本沒(méi)有下水道的地方，污水處理槽的普及率約為10%。因此，為使河流變得更加清澈美麗，還需要繼續(xù)提高下水道的普及率。

圖22 日本下水道普及率變遷情況

圖23 世界各國(guó)下水道的普及率

Q23. 怎樣看待利用廢棄食用油制造肥皂？

Q24. 有對(duì)肥皂和洗滌劑開(kāi)展生命周期的評(píng)價(jià)例子嗎？

家庭產(chǎn)生的廢棄食用油主要來(lái)自炒菜等操作。為避免廢棄食用油直接流入下水管造成水質(zhì)污染，一部分消費(fèi)者團(tuán)體和科研機(jī)構(gòu)嘗試?yán)脧U棄油制造肥皂。然而，除非在設(shè)施很齊全的制皂廠(chǎng)，建議普通消費(fèi)者盡可能不要從事這種操作。

普通家庭用廢棄油制造肥皂存在的問(wèn)題主要有：①制造肥皂通常會(huì)使用苛性堿（NaOH）等強(qiáng)堿性物質(zhì)，而苛性堿在用水溶解時(shí)，會(huì)放出大量熱量，使水沸騰，有可能傷及操作者的眼睛，而且還可能對(duì)皮膚造成強(qiáng)烈刺激。②廢油肥皂中通常會(huì)含有一定量的苛性堿，很難得到高品質(zhì)的肥皂，使用后會(huì)使肌膚粗糙。③制皂過(guò)程中未反應(yīng)的油以及夾雜在廢油中的飯?jiān)?、米渣等物質(zhì)會(huì)隨著廢油肥皂的使用流入下水管。

由專(zhuān)門(mén)的廢棄食用油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)回收并進(jìn)行集中處理時(shí)，可以通過(guò)濾布和濾紙的過(guò)濾除去廢油中的固體物質(zhì)，并利用廢油處理劑處理后，得到可作為汽車(chē)用燃料制造的原材料。

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是對(duì)產(chǎn)品從原料、制造、輸送、消費(fèi)到廢棄的所有階段進(jìn)行全過(guò)程評(píng)價(jià)的方法。即從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡哪芰亢驮牧鲜褂昧浚ㄝ斎肓浚┖拖虼髿?、水、土壤等環(huán)境廢棄的量（輸出量）進(jìn)行推算，對(duì)降低資源、能量和環(huán)境負(fù)荷量進(jìn)行一系列分析，被簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)CA。利用LCA進(jìn)行評(píng)價(jià)的事例非常多，現(xiàn)在仍有許多與此類(lèi)似的評(píng)價(jià)方法涌現(xiàn)出來(lái)。

表17是按照實(shí)際的市售洗滌劑成分，以每次洗滌（耗用水30L）相當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┝?，?jì)算出的能量消耗量。

從以上數(shù)據(jù)看出，制造肥皂所消耗的能量相當(dāng)于合成洗滌劑的2倍以上，但是，對(duì)表面活性劑以外成分的制造能量消耗和對(duì)水生生物的影響也必須予以考慮。LCA本身還在發(fā)展完善之中，它作為一種綜合性的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法而得到關(guān)注。

表17 市售洗滌劑含有表面活性劑制造的能量消耗

Q25. 《化學(xué)物質(zhì)管理促進(jìn)法》（PRTR法）有針對(duì)肥皂、洗滌劑的內(nèi)容嗎？

《化學(xué)物質(zhì)管理促進(jìn)法》是特定化學(xué)物質(zhì)向環(huán)境排出量的控制及促進(jìn)改善管理的法律的統(tǒng)稱(chēng)，又被稱(chēng)為“化學(xué)物質(zhì)管理促進(jìn)法、化學(xué)物質(zhì)管理法”。該法律于1999年7月公布，并于2001年4月開(kāi)始實(shí)施。制定該法律的目的，是為了有效控制特定化學(xué)物質(zhì)向環(huán)境的排出量，通過(guò)提供特定化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)狀態(tài)及使用方面的信息，改善化學(xué)物質(zhì)的自主管理，防止環(huán)境受到化學(xué)物污染。因此，該法律要求化學(xué)品制造商必須承擔(dān)就特定化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境（大氣、水、土壤）中的排出量和廢棄量向政府呈報(bào)的義務(wù)（PRTR：環(huán)境污染物質(zhì)排出移動(dòng)登錄）；在向購(gòu)買(mǎi)方出售化學(xué)品時(shí)，必須向購(gòu)買(mǎi)方提供該化學(xué)物質(zhì)相關(guān)的情報(bào)（MSDS：化學(xué)物質(zhì)安全性數(shù)據(jù)）兩項(xiàng)義務(wù)。家庭、農(nóng)田、汽車(chē)向環(huán)境排出的特定化學(xué)物質(zhì)量則由行政機(jī)關(guān)推定。

指定化學(xué)物質(zhì)特指對(duì)人體健康具有影響（致癌性、慢性毒性、致突變性、生殖/致畸性、敏感程度）和生態(tài)毒性（藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、水蚤等的影響）等危害（潛在的有害性或物質(zhì)固有的有害性），而且制造量大的化學(xué)物質(zhì)（第1種指定化學(xué)物質(zhì)：100t/年，第2種指定化學(xué)物質(zhì)：1t/年以上）。

在這些指定化學(xué)物質(zhì)中，考慮到表面活性劑中的LAS（烷基苯磺酸及其鹽）和AE等物質(zhì)對(duì)藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、水蚤等水生生物有影響，也被列入其中。但是，洗滌劑等使用的LAS和AE等表面活性劑，經(jīng)過(guò)許多國(guó)家、地方政府和大學(xué)或企業(yè)多方面的探討，已經(jīng)確認(rèn)這些表面活性劑在自然環(huán)境中屬于易降解物質(zhì)，排入環(huán)境中的表面活性劑幾乎會(huì)完全降解，對(duì)水生生物的影響是極低的。在通常的使用條件下，這些表面活性劑對(duì)人體健康的影響也是很低的。由此斷定，洗滌劑中廣泛使用的表面活性劑對(duì)人體與環(huán)境都是沒(méi)有問(wèn)題的。