应用 基于表面张力检测工业废水和污水处理过程中表面活性剂含量

  热爱可抵万难，在科研中找兴趣点，破译中药“糖密码”——记2024年度全国三八红旗手：珠海澳大科技研究院研究员/澳门大学中药质量研究国家重点实验室博士生导师赵静

  在大多数工业化国家，工业废水在排入污水处理厂之前，法律对排放到污水处理厂的各种物质和物质类别做出了规定。企业一定严格遵守环境法规，并受到官方管制。这也适用于所有使用表面活性剂造成水污染的行业，如起泡剂、洗涤剂、润湿剂、分散剂和其他众多表面活性剂厂家。例如，

  在半导体行业，废水中的表面活性剂是一个特别的挑战；在芯片工厂水处理系统的再循环过程中，必须完全去除废水中的表面活性剂。

  表面活性剂的所有应用都直接或间接地基于在水和疏水物质之间进行调节，并降低水的表面张力或界面张力。由于这种特性，表面活性剂也会攻击微生物的细胞膜，这些微生物在污水处理厂的处理过程中起着及其重要的作用，表面活性剂的存在会杀死它们。因此，在废水被送入污水处理厂之前，必须将表面活性进行初级降解，使之丧失活性。对于大多数已获批准的表面活性剂，不再具有表面活性的降解产物（代谢物）会在污水处理厂中被完全降解。

  由于初级降解和表面张力直接相关，因此能使用表面张力测量来监测该过程。便携式气泡压力张力仪可用于直接在现场检查水是否符合标准限值。使用环法或板法的台式力学法张力仪对实验室样品进行测量也很常见。但是，表面张力测定法不能取代相关物质浓度的测定，因为相关物质浓度的测定有其自身的限值。然而，表面张力的测量可以大大减少耗时和分析测量的数量。

  乍一看，在将表面活性剂送入污水处理厂之前将其分解，然后在处理过程中再次添加，这似乎有些荒谬。然而，活性污泥中的化学生物实际上可以通过有针对性地添加合适的表面活性剂来控制和优化：

  表面活性剂分子在细胞膜上的吸附，如果过量，会破坏膜并杀死细菌，在适度范围内增加生物分子的渗透性，从而加速降解过程。

  表面活性剂减小了注入氧气的气泡大小，从而改善混合效果，并确保气体在储气罐中停留更长时间。

  即使是在电镀或半导体生产过程中进入废水的重金属，使用表面活性剂也能更快更彻底地去除。

  然而，添加的表面活性剂也会被细菌降解，吸附到污泥上也会降低水相中的表面活性活性剂含量。因此，必须定期添加表面活性剂。基于表面张力的变化可以作为密切监测的标准——如果表面张力超出允许的最大值，则需要添加表面活性剂。根据浓度范围，能够正常的使用环法或板法或动态气泡压力测量等经典方法来监控表面活性剂的浓度。便携式气泡压力测量法可在几秒钟内通过单点测量完成测试。

  半导体行业的耗水量特别高。芯片工厂一般都有自己的水循环系统，以便从废水中回收晶圆生产所需的大量超纯水（UPW）。例如，从废水中去除硅片生产所需的表面活性剂。去除表面活性剂在抛光和清洗硅片时也起着及其重要的作用。即使受表面活性剂的污染程度很低，水的表面张力也会发生明显的变化，因此，表面张力是评估水质或确定复杂过滤系统中薄弱环节的重要测试标准。

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