肥皂洗涤剂的安全性与环境影响问答（四）

肥皂洗涤剂的安全性与环境影响问答（四）

A 综述-3 对环境的影响

编者按：针对消费者关心的肥皂和洗涤剂基础知识、洗涤剂的人体安全性及其对环境的影响等问题，日本肥皂洗涤剂工业协会于1974年编辑出版了《肥皂、洗涤剂知识问答》一书，并于1994年进行了全面修订。此后，日本肥皂洗涤剂工业协会根据社会环境变化和新技术发展情况不断对该书加以补充修订。本文内容摘编自该书最新一版。

Q18. 什么是生物降解？

食物残渣和洗涤剂中的表面活性剂等有机物进入微生物体内，同化成为微生物体的一部分，并成为微生物的能量来源。然后，有机物会被最终分解为无机物——水和CO2。这一过程被称为生物降解。生活污水直接排放至河流等水域，污水中的有机物会被河水、湖泊和海水中的微生物分解；排往污水处理场中的污水，则会在污水处理场活性污泥中微生物的作用下，发生生物分解。

为了考察肥皂和洗涤剂对河流和湖泊水质的影响，必须首先分析其主要成分——表面活性剂的生物降解性。表面活性剂的生物降解性分为一次性生物降解和最终生物降解两类：一次性生物降解指的是表面活性剂分子的一部分发生变化，从而使表面活性剂的表面活性丧失；最终生物降解指的是表面活性剂彻底分解为终极产物（水和CO2），或者被微生物摄入体内，成为菌体的组成成分（图16）。当河流等水域没有出现由表面活性剂引起的长期性泡沫，并且对水生生物和水环境不产生不良影响时，则可以认为表面活性剂发生了“环境受容性生物降解”。

图16 生物降解的概念

Q19. 实验室如何测定表面活性剂的生物分解度？

实验室测定表面活性剂的生物降解性，是把微生物接种至含有表面活性剂的培养基中，在一定条件下培养一段时间后，按照指定的方法测定表面活性剂的生物降解度。其中，以起泡力为指标的物理学测定法和专用于阴离子表面活性剂（a-SAA）的亚甲蓝活性物质（MBAS）测定等是最有代表性的化学分析测定法。上述方法适用于表面活性剂的一次性生物降解度的测定。在很多场合，一次性生物降解与环境受容性生物降解是一致的，因而经常将上述方法用于表面活性剂的环境受容性调查。当微生物对表面活性剂进行分解时，可以通过微生物的耗氧量来测定表面活性剂的降解度（BOD法）。没有被分解的表面活性剂则可通过热分解方法测定，即由热分解产生的CO2测出有机物的量（TOC法）。这些方法常被用于表面活性剂最终生物降解度的测定。

由于每个试验所用培养基和微生物接种条件的不同以及分析方法上的差异，对表面活性剂生物降解性的评价结果会有所不同。因此，在讨论某种物质的生物降解性时，必须以一定的试验及分析方法为前提。

在日本，进行测定试验时，使用最多的方法是《JIS K 3363 合成洗涤剂生物降解度试验法》和《化学物质的审查与制造等的规定（化审法）》中所规定的方法。

1. JIS（日本工业标准）法

JIS法是针对污水处理场进行生物降解度研究的试验方法。一般从污水处理厂的污水入口采样，因为该处的污浊物几乎与处理场的污水同质，微生物在这样的污泥中最适宜被驯化。测定前，在含表面活性剂的培养基中多次添加驯化污泥对微生物进行培养。然后，阴离子表面活性剂时测定亚甲蓝活性物质（MBAS）、非离子表面活性剂时测定硫氰酸钴活性物质（CTAS），进而确定表面活性剂的生物降解度（图17）。

图17 JIS生物降解度试验法

2.《化审法》规定的方法

该方法使用电量计。首先，在无机培养基中加入试验用表面活性剂和未驯化的活性污泥进行培养。当污泥中的微生物对表面活性剂进行分解时，就会产生与消耗氧量相当的CO2量；用碱石灰吸收CO2，使反应容器中产生负压；经气压表检测出由此产生的压力差。由压力差引起的电流通过电流回路，促使硫酸铜溶液发生电解，产生氧，并向反应容器供给所需的氧气。当由CO2产生引起的压力差消失后，硫酸铜的电解氧过程随即中止。即：由微生物耗氧引起的电流变化，可计算出微生物分解表面活性剂时的耗氧量，从而求出生化需氧量（图18）。利用该方法，除了可以测出生化需氧量（BOD）外，还可以对残余试验物的浓度和有机碳浓度（TOC）进行测定，从而获得多项关于表面活性剂生物降解性的指标。

此外，作为模拟实际环境的试验法还有针对河流和湖泊水的Die-away-test法。下面举例说明对于表面活性剂生物降解性的分析。

表面活性剂的生物降解度随着试验条件（如被试验物质的浓度、微生物种类和浓度、温度等因素）的不同而变化。如图20所示，被试验物质的浓度和微生物量（活性污泥）对表面活性剂的生物降解速度有很大影响。

图18 《化审法》测定表面活性剂生物降解度的方法

图19 各种表面活性剂的生物降解性比较

图20 表面活性剂浓度和微生物量对表面活性剂生物降解性的影响

因此，在评价表面活性剂的生物降解性时，充分理解和精确控制试验条件对确保评价结果的准确性十分重要。

Q20. 如何测定河流、湖泊等水域中表面活性剂的浓度？MBAS指标的含义是什么？

合成洗涤剂的主成分——阴离子表面活性剂会与阳离子系色素亚甲蓝反应，形成复合体，这种活性体被称为亚甲蓝活性物（Methylene Blue Active Substances，MBAS）。利用该性质可对水环境中阴离子表面活性剂的浓度进行测定，通常以每升水中含有的MBAS毫克数（mg/L）表示。

MBAS除了用于测定水环境中的阴离子表面活性剂以外，还可以检测出硝酸根、硫氰根、胺类等物质。研究证实，由MBAS测得环境水中的阴离子表面活性剂的浓度要比其在水中的实际浓度高得多，换言之，实际环境中的洗涤剂浓度要比MBAS值小许多。对肥皂而言，由于它不与亚甲基反应，因而也无法利用MBAS进行检测。

由于MBAS无法准确测定表面活性剂的实际浓度，研究人员为此相继开发出多种分析方法，利用仪器正确测定环境水中的表面活性剂的浓度。日本肥皂洗涤剂工业协会（JSDA）推荐采用以下分析方法来测定环境水中的表面活性剂含量：直链烷基苯磺酸盐（LAS）采用高效液相色谱（HPLC）测定；非离子表面活性剂中的聚氧乙烯烷基醚（AE）和阳离子表面活性剂（二烷基二甲基氯化铵，DADMAC）采用高效液相色谱——质量分析计（LC-MS）测定。表16是JSDA对日本代表性都市周边河流（上游和中游）中表面活性剂浓度的测定结果（1998～2000年）。

表16 JSDA对日本代表性水域中表面活性剂浓度的测定结果 （单位：μg/L）

Q21. 下水道和污水处理场的作用

日本《下水道法》中对下水道的定义是“为排放污水而设计的排水管和相关设施以及后续进行污水处理的相关设施（人粪尿净化槽除外）、泵等设施的总称”。即下水道是收集污水的污水管和进行污水处理等设施的总称。

随着时代的发展，下水道发挥着日益多样化的作用。现在，下水道已成为收集、处理雨水和污水，确保生活环境安全、舒适和保护公共水域水质的重要设施。其具体作用如下：

1. 防止积水（排除雨水）

下水道和河流、道路一样，具有排送积存雨水的功能。尤其是对于因绿地或空地减少、造成雨水蓄存能力低下的都市来说，下水道排送积水的作用更为重要。

2. 生活环境的改善（排除污水）

下水道还具有收集、处理生活和生产活动产生的污水的功能，下水道的配备对于改善城市住宅周边的环境大有裨益，而且冲水厕所的普及给居民提供了一个卫生舒适的居住环境。

3. 保护公共水域的水质

1970年，日本修订了《下水道法》，其中要求公共下水道必须与污水处理场或流域下水道连通，所有污水只有经过安全处理才可以排向外界水域，从而保证了公共水域的水质安全。污水处理场必须对污水进行两次处理：一次处理主要是除去污水中的大垃圾和可沉淀的小垃圾；二次处理则是通过添加活性污泥，利用活性污泥中的微生物对污水中的有机物进行分解，并通过污泥的沉淀作用得到透明的净化水。

现在，对污水进行二次处理已成为一般性的处理措施（图21）。二次处理不能完全除尽的含氮、磷元素等物质，还可以进行高级处理（三次处理）。所谓高级处理，是指根据要去除物质的不同，通过化学处理、逆浸透压、离子交换、活性炭吸附等多种方法除去二次处理后水中残留的其他杂质，得到清洁度更高的净化水。日本正在加速开发并普及和推广这种污水处理方法。

图21 污水处理场的工作流程

Q22. 日本下水道的普及率怎样？

在政府的不断努力下，日本下水道的普及率（使用下水道的人口数/行政人口数）仍在逐年上升，2001年3月为62%（图22）。但是，与下水道普及率更高的欧美等先进国家相比，这还是一个相当低的数字（图23）。此外，在日本没有下水道的地方，污水处理槽的普及率约为10%。因此，为使河流变得更加清澈美丽，还需要继续提高下水道的普及率。

图22 日本下水道普及率变迁情况

图23 世界各国下水道的普及率

Q23. 怎样看待利用废弃食用油制造肥皂？

Q24. 有对肥皂和洗涤剂开展生命周期的评价例子吗？

家庭产生的废弃食用油主要来自炒菜等操作。为避免废弃食用油直接流入下水管造成水质污染，一部分消费者团体和科研机构尝试利用废弃油制造肥皂。然而，除非在设施很齐全的制皂厂，建议普通消费者尽可能不要从事这种操作。

普通家庭用废弃油制造肥皂存在的问题主要有：①制造肥皂通常会使用苛性碱（NaOH）等强碱性物质，而苛性碱在用水溶解时，会放出大量热量，使水沸腾，有可能伤及操作者的眼睛，而且还可能对皮肤造成强烈刺激。②废油肥皂中通常会含有一定量的苛性碱，很难得到高品质的肥皂，使用后会使肌肤粗糙。③制皂过程中未反应的油以及夹杂在废油中的饭渣、米渣等物质会随着废油肥皂的使用流入下水管。

由专门的废弃食用油机构系统回收并进行集中处理时，可以通过滤布和滤纸的过滤除去废油中的固体物质，并利用废油处理剂处理后，得到可作为汽车用燃料制造的原材料。

生命周期评价（LCA）是对产品从原料、制造、输送、消费到废弃的所有阶段进行全过程评价的方法。即从“摇篮”到“坟墓”的能量和原材料使用量（输入量）和向大气、水、土壤等环境废弃的量（输出量）进行推算，对降低资源、能量和环境负荷量进行一系列分析，被简称为LCA。利用LCA进行评价的事例非常多，现在仍有许多与此类似的评价方法涌现出来。

表17是按照实际的市售洗涤剂成分，以每次洗涤（耗用水30L）相当的表面活性剂量，计算出的能量消耗量。

从以上数据看出，制造肥皂所消耗的能量相当于合成洗涤剂的2倍以上，但是，对表面活性剂以外成分的制造能量消耗和对水生生物的影响也必须予以考虑。LCA本身还在发展完善之中，它作为一种综合性的环境影响评价方法而得到关注。

表17 市售洗涤剂含有表面活性剂制造的能量消耗

Q25. 《化学物质管理促进法》（PRTR法）有针对肥皂、洗涤剂的内容吗？

《化学物质管理促进法》是特定化学物质向环境排出量的控制及促进改善管理的法律的统称，又被称为“化学物质管理促进法、化学物质管理法”。该法律于1999年7月公布，并于2001年4月开始实施。制定该法律的目的，是为了有效控制特定化学物质向环境的排出量，通过提供特定化学物质的性质状态及使用方面的信息，改善化学物质的自主管理，防止环境受到化学物污染。因此，该法律要求化学品制造商必须承担就特定化学物质在环境（大气、水、土壤）中的排出量和废弃量向政府呈报的义务（PRTR：环境污染物质排出移动登录）；在向购买方出售化学品时，必须向购买方提供该化学物质相关的情报（MSDS：化学物质安全性数据）两项义务。家庭、农田、汽车向环境排出的特定化学物质量则由行政机关推定。

指定化学物质特指对人体健康具有影响（致癌性、慢性毒性、致突变性、生殖/致畸性、敏感程度）和生态毒性（藻类、鱼类、水蚤等的影响）等危害（潜在的有害性或物质固有的有害性），而且制造量大的化学物质（第1种指定化学物质：100t/年，第2种指定化学物质：1t/年以上）。

在这些指定化学物质中，考虑到表面活性剂中的LAS（烷基苯磺酸及其盐）和AE等物质对藻类、鱼类、水蚤等水生生物有影响，也被列入其中。但是，洗涤剂等使用的LAS和AE等表面活性剂，经过许多国家、地方政府和大学或企业多方面的探讨，已经确认这些表面活性剂在自然环境中属于易降解物质，排入环境中的表面活性剂几乎会完全降解，对水生生物的影响是极低的。在通常的使用条件下，这些表面活性剂对人体健康的影响也是很低的。由此断定，洗涤剂中广泛使用的表面活性剂对人体与环境都是没有问题的。