《Journal of Chemical Technology & Biotechnology》：Biosurfactant-assisted recovery and remediation of hydrocarbons from oily sludge using a mobile aerated washing system
编辑推荐：
**摘要**
**背景**：石油工业产生含油污泥，其积累构成严重的环境问题。传统方法需要高昂成本、专业设备和合格人员。此类废弃物可利用生物表面活性剂进行处理。本研究采用生物表面活性剂处理含油污泥样品，旨在回收和/或降解其中存在的烃类。该生物表面活性剂由酵母菌
**摘要**
**背景**：石油工业产生含油污泥，其积累构成严重的环境问题。传统方法需要高昂成本、专业设备和合格人员。此类废弃物可利用生物表面活性剂进行处理。本研究采用生物表面活性剂处理含油污泥样品，旨在回收和/或降解其中存在的烃类。该生物表面活性剂由酵母菌 *Starmerella bombicola* ATCC 22214 产生，培养于含粗棉籽油和蔗糖的培养基中。
**结果**：生物表面活性剂产量达到 63.9 ± 0.5 g/L，表面张力为 32.08 ± 1.06 mN/m。分离后的生物表面活性剂经结构表征为阴离子糖脂，其临界胶束浓度（CMC）为 650 mg/L，对应表面张力为 31.78 ± 0.3 mN/m。该生物分子在较宽的pH范围、不同温度及不同NaCl浓度下，其表面张力变化很小。它对卷心菜、樱桃番茄及微甲壳类受试生物（*Artemia salina*）无毒性，并且在静态条件下以及波浪扰动模拟应用中，均能分散海水中80%的油。通过微生物生长动力学研究，证明了其作为石油烃修复辅助剂的潜力。最后，该生物表面活性剂在自行构建的移动曝气污泥洗涤系统（MASWS）中进行了测试，该系统用于模拟含油污泥处理的原位应用，洗涤效率达到75.05%。
**结论**：因此，所生产的阴离子糖脂作为生物技术添加剂，在减轻石油工业的环境影响方面表现出可行性。? 2026 The Author(s). *Journal of Chemical Technology and Biotechnology* published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry (SCI).
**论文解读：基于*Starmerella bombicola* ATCC 22214生物表面活性剂的含油污泥处理与移动曝气洗涤系统研究**
**一、研究背景与问题**
石油工业在生产、加工和储运过程中会产生大量含油污泥，其 accumulation 已成为严峻的环境问题。含油污泥通常含有30%–50%的烃类、30%–50%的水以及10%–12%的固体，并含有芳香烃和重金属等有毒物质，被美国环境保护署（USEPA）列为危险废弃物。传统处理方法如稳定化、脱水、焚烧、热洗涤、热解、溶剂萃取等，普遍存在成本高昂、需要专业设备和人员、易产生二次污染等缺陷。生物修复（bioremediation）虽为低成本策略，但烃类的水溶性低限制了其生物降解效率。合成表面活性剂虽可提高烃类生物可利用性，但其本身往往对环境有害。因此，寻找环境友好、高效且经济的表面活性剂成为研究热点。生物表面活性剂（biosurfactant）作为微生物产生的两亲性分子，具有降低界面张力、增溶疏水化合物、促进烃类降解等特性，在含油污泥处理中展现出应用潜力。然而，如何将生物表面活性剂与新型机械技术结合，实现含油污泥的原位高效处理，仍是亟待探索的方向。本研究旨在利用酵母*Starmerella bombicola* ATCC 22214产生的生物表面活性剂对含油污泥中的残留烃类进行回收和/或降解，并评估其在自行设计的移动曝气污泥洗涤系统（MASWS）中的应用效果。
**二、研究技术方法概述**
研究人员从巴西伯南布哥州伊波茹卡市SUAPE工业区Abreu e Lima炼油厂采集含油污泥样品，表征其含油率、含水率、密度和pH。采用*S. bombicola* ATCC 22214，在含粗棉籽油和蔗糖的改良培养基（替代原配方中的油酸）中于30°C、200 rpm条件下发酵192 h生产生物表面活性剂。通过乙酸乙酯萃取分离并干燥得到生物表面活性剂，利用Du Noüy环法测定表面张力和临界胶束浓度（CMC），通过琼脂双扩散法判定离子类型，采用Kjeldahl法、苯酚-硫酸法等测定化学组成，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析官能团。进一步评估了生物表面活性剂在不同温度、NaCl浓度和pH条件下的稳定性，以*Artemia salina*幼虫及卷心菜（*Brassica oleracea*）和樱桃番茄（*Solanum lycopersicum*）种子进行毒性和植物毒性测试。通过静态和模拟波浪条件（圆柱瓶试验）测试其对石油烃的分散能力。在海水+含油污泥体系中添加不同浓度（1/2xCMC、CMC、2xCMC）生物表面活性剂，采用最大可能数（MPN）法监测细菌、丝状真菌和酵母菌30天内的生长动态，并通过重量法测定残余油含量。最后，自主设计并构建了移动曝气污泥洗涤系统（MASWS），该系统基于气浮和机械搅拌原理，由圆柱形丙烯酸罐、微孔扩散器、外部气泵和离心电机驱动搅拌桨组成，在实验室规模下进行洗涤效率测试，采用紫外-可见分光光度法（370 nm）间接评估处理效果。所有实验均设三次重复，采用方差分析和Tukey检验（P≤0.05）进行统计分析。
**三、研究结果**
**1. 含油污泥的表征**：采集的含油污泥约含81%油和9%水，pH为4.43，密度为0.96402 g/cm3。与文献报道的类似样品（含油率86%、69%等）相比，油含量较高，表明该样品具有回收价值。同时观察到样品在实验过程中因风化和驯化发生外观变化，这归因于蒸发、光氧化和自然生物降解等过程。
**2. 生物表面活性剂的生产**：*S. bombicola* ATCC 22214在含粗棉籽油和蔗糖的培养基中发酵192 h，将培养基表面张力从65.02 ± 1.01 mN/m降至32.08 ± 1.06 mN/m，产量达63.9 ± 0.5 g/L，生物量达600 mg/L，pH轻微变化至6.2。该产量显著高于文献中同类酵母（如10 g/L、40.82 g/L、7.72 g/L），表明粗棉籽油和蔗糖是经济有效的底物组合。
**3. 生物表面活性剂的表征**：化学组成分析显示该生物表面活性剂为糖脂（glycolipid），含53%碳水化合物和45%脂质。琼脂双扩散试验表明其与阳离子化合物（氯化钡）形成沉淀，而与阴离子化合物（SDS）无沉淀，证明其为阴离子型表面活性剂。FTIR光谱显示3390 cm?1（OH/NH）、2926和2855 cm?1（CH）、1738 cm?1（C=O）、1368/1243/1074 cm?1（CO、COC、CN）等特征峰，证实其为糖脂结构。该生物表面活性剂的CMC为650 mg/L，可将水的表面张力从72.91 ± 1.22 mN/m降至31.08 ± 0.3 mN/m（降幅57.37%），与文献报道的*S. bombicola*产物相当。
**4. 乳化活性测定**：在柴油、煤油和发动机油为疏水底物的测试中，该生物表面活性剂在所有测试浓度（1/2xCMC、CMC、2xCMC）下均未形成稳定乳液。这归因于其低分子量（糖脂类为低分子量生物表面活性剂），低分子量分子不利于形成稳定乳液，但这并不影响其降低表面张力的能力。
**5. 稳定性评价**：该生物表面活性剂在pH 2–12范围内，表面张力仅轻微变化（酸性pH 4时最高33.19 ± 0.17 mN/m；碱性条件下从35.72±0.20 mN/m变化至36.82±0.13 mN/m）。在5–120°C温度范围内，表面张力从32.277±0.037 mN/m小幅升至32.975±0.054 mN/m。在2%–10% NaCl浓度下，表面张力从32.67±0.006 mN/m微变至32.91±0.003 mN/m。结果表明该生物表面活性剂具有优异的耐极端条件能力，适用于高温、高盐等工业及海洋环境。
**6. 毒性评估**：植物毒性测试显示，在1/2xCMC浓度下，樱桃番茄和卷心菜的种子发芽率分别为90.0%±0.60%和84.6%±0.3%；发芽指数（GI）大于80%表明无植物毒性。对*A. salina*幼虫的毒性测试中，所有测试浓度下死亡率均未超过20%，证明该生物表面活性剂无生态毒性。
**7. 疏水化合物的分散实验**：在静态条件下，该生物表面活性剂对海水表面油膜的分散率达82.5%±5.3%（1/2xCMC）、79.9%±4.2%（CMC）和84.8%±7.1%（2xCMC）。在模拟波浪扰动的圆柱瓶试验中，当油/生物表面活性剂比例为1:20（v/v）时，油去除率达83.67%±3.1%；1:8时为83.39%±3.1%；1:2时为62.94%±4.5%。这表明该生物表面活性剂在静态和动态条件下均能有效分散石油烃。
**8. 海洋环境中含油污泥残留烃的修复**：微生物生长动力学监测显示，在含海水和含油污泥的体系中，添加CMC浓度的生物表面活性剂对细菌生长刺激最显著，30天后仍保持增长；1/2xCMC浓度下生长逐渐增强；而2xCMC浓度在7天后出现抑制。丝状真菌和酵母菌在2xCMC浓度下生长最明显。30天后通过重量法测定残余油，去除效率分别为：CMC为56.8%、1/2xCMC为64.9%、2xCMC为78.7%。所有添加生物表面活性剂的条件均比对照（无生物表面活性剂）显著降低了残留烃质量，证实了其在生物修复中的有效性。
**9. 移动曝气污泥洗涤系统（MASWS）的应用**：研究人员设计并构建了基于气浮和机械搅拌原理的MASWS原型。在该系统中，加入750 mL CMC浓度的生物表面活性剂和150 mL含油污泥，运行后静置10 min，取底部样品测定吸光度。纯生物表面活性剂吸光度为0.473±0.5，处理后样品吸光度升高至1.896±0.7，表明烃类从污泥转移至液相。经计算，污泥洗涤效率约为75.05%，证明了该原型系统的可行性。结合曝气、机械搅拌和生物表面活性剂的作用，有效增加了疏水污染物与生物分子的接触面积，促进了烃类的增溶和分离。
**四、总结与讨论**
研究结果表明，*S. bombicola* ATCC 22214以粗棉籽油和蔗糖为底物可高效生产阴离子糖脂类生物表面活性剂，该产物具有高产量、低CMC、优异的稳定性（耐宽pH、高温、高盐）、无毒性及高效的石油烃分散能力。在海洋环境修复实验中，该生物表面活性剂促进了土著微生物对含油污泥中烃类的降解，且去除效率与浓度相关，其中2xCMC条件下获得最高去除效率（78.7%），表明超CMC浓度的胶束增溶作用可强化烃类去除。MASWS系统的设计实现了含油污泥的原位处理潜力，通过气浮和机械搅拌强化了生物表面活性剂的洗涤效率（75.05%），为石油工业含油污泥治理提供了创新且可持续的技术方案。该研究证实了天然生物表面活性剂与新型机械技术结合的可行性，为后续工业化放大和实际场地应用奠定了基础。
**五、研究结论**
酵母*S. bombicola* ATCC 22214产生的生物表面活性剂效果显著，其表面张力值与文献中公认的高效产剂微生物相当。该生物表面活性剂在生产培养基中获得了良好产量，且在极端条件下仍保持稳定，可应用于采油、海上溢油生物修复及其他涉及高温的工业过程。其无毒性且无植物毒性，确认了其在工业与环境应用中的安全性。该生物分子也被证明是疏水性化合物的高效分散剂，其作为含油污泥中残留烃类修复剂的表现令人满意。MASWS系统的设计是一项重要的技术贡献，为含油污泥的原位修复提供了一种可行且高效的解决方案。该系统具有技术创新性，并凸显了未来进行工业规模研究以改进其性能的重要性。因此，应用*S. bombicola* ATCC 22214产生的生物表面活性剂，是解决需使用表面活性剂的环境问题的创新且可持续的方案。进一步的研究将为实验室条件下获得的结果提供额外验证。
