滅菌污泥對(duì)環(huán)丙沙星吸附性能研究

馮福綠，仇愛(ài)迪，肖 馳，馬 暢，陳偉毅，仉春華

(大連民族大學(xué)，遼寧 大連 116600)

1 引言

隨著人們對(duì)個(gè)人護(hù)理用品及藥物需求量的增加，也增加了一類“新型”環(huán)境污染物，即PPCPs(Pharmaceutical and Personal Care Products)。PPCPs種類繁雜，包括各類抗生素、人工合成麝香、止痛藥、降壓藥、避孕藥、催眠藥、減肥藥、發(fā)膠、染發(fā)劑和殺菌劑等[1]。抗生素在我國(guó)是使用最多的藥物之一[2]，在人體內(nèi)只有少部分被吸收利用，大部分排出體外，進(jìn)入生活污水中[3]。目前大部分城市污水廠采用活性污泥法處理工藝。活性污泥具有大的比表面積，有很好的吸附能力，對(duì)抗生素有一定的吸附作用，是城市生活污水中抗生素遷移轉(zhuǎn)化的有效途徑之一。本論文通過(guò)研究滅菌污泥對(duì)喹諾酮類抗生素環(huán)丙沙星的吸附性能，以初步了解環(huán)丙沙星在活性污泥處理工藝中的遷移轉(zhuǎn)化途徑。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

高效液相色譜儀：Agilent1100型，紫外檢測(cè)器；色譜柱(250 mm × 4. 6 mm，5 μm)；冷凍干燥機(jī)(Thermo Scientific 有限公司)；PB-10 pH 計(jì)(德國(guó)賽多利斯公司)；AL204-IC電子天平(瑞士梅特勒-托利多公司)；恒溫?fù)u床(常州智博瑞儀器制造有限公司)，高壓蒸汽滅菌器(三洋電機(jī))。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

活性污泥取自污水處理廠二沉池的回流污泥，經(jīng)布氏漏斗抽濾進(jìn)行泥水分離，將污泥在冷凍干燥機(jī)中低溫干燥后，研磨，用150目篩子進(jìn)行篩分，滅菌后裝入到棕色瓶中，置于干燥器中儲(chǔ)存，待用。標(biāo)準(zhǔn)品：環(huán)丙沙星(CAS號(hào)：85721-33-1)(純度>95. 0%)(Sigma公司)；乙腈(色譜純)(Oceanpak公司)；磷酸和三乙胺為優(yōu)級(jí)純。其他試劑為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水(由美國(guó) Millipore 公司超純水儀制備)。

2.3 分析方法

環(huán)丙沙星采用高效液相色譜分析法。流動(dòng)相A為0. 025 mol/L磷酸(超純水配制，三乙胺調(diào)節(jié)pH=2.5)；流動(dòng)相B為乙腈；兩者的體積比為50∶50；流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：10 μL；柱溫：40 ℃；檢測(cè)波長(zhǎng)：278 nm。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附平衡時(shí)間的確定

將濃度為32 mg/L的環(huán)丙沙星溶液加入裝有100 g滅菌污泥的錐形瓶中，用牛皮紙封口，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為135 r/min，溫度為25 ℃，避光；在0.5 h，1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h取樣，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后，HPLC分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 吸附平衡時(shí)間

由圖1可以看出，隨著吸附時(shí)間的增加，處理水中環(huán)丙沙星的濃度逐漸降低，在48 h以后基本保持不變，說(shuō)明48 h時(shí)已經(jīng)達(dá)到了吸附平衡，確定吸附平衡時(shí)間為48 h。

3.2 pH值對(duì)吸附的影響

用1%的磷酸和1%的三乙胺調(diào)節(jié)將32 mg/L的環(huán)丙沙星溶液的pH值分別為3、5、7、9、11。將調(diào)節(jié)好pH值的環(huán)丙沙星溶液分別加入裝有100 g滅菌污泥的錐形瓶中，轉(zhuǎn)速為135 r/min，溫度調(diào)節(jié)到25 ℃避光，恒溫振蕩48 h，取樣經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后，HPLC分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH值對(duì)吸附的影響

由圖2可知，pH=3和pH=5時(shí)時(shí)，環(huán)丙沙星去除率分別為最小和最大，隨著pH值的進(jìn)一步提高，環(huán)丙沙星的去除率又逐漸降低。這說(shuō)明環(huán)丙沙星溶液的pH值明顯影響活性污泥的吸附容量，pH值過(guò)低和過(guò)高，都不利于活性污泥對(duì)環(huán)丙沙星的吸附。

3.3 吸附等溫式

Langmuir吸附等溫式是假設(shè)在吸附劑表面具有均勻的吸附能力[4]，所有的吸附機(jī)理相同，被吸附的吸附質(zhì)分子之間沒(méi)有相互作用力，也不影響分子的吸附，在吸附劑表面只形成單分子層吸附[5]。其表達(dá)式為：

(1)

式(1)中：Ce-吸附平衡濃度(mg/L) ；Qmax-最大吸附能力(mg/g) ；Qe-平衡吸附量(mg/g)；b-Langmuir平衡常數(shù)。

Frenudlich吸附等溫式為經(jīng)驗(yàn)公式，其表達(dá)式為：

(2)

式(2)中：Ce-吸附平衡濃度(mg/L)；Qe-平衡吸附量(mg/g) ；K、1/n-Frenudlich常數(shù)，K與吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附容量有關(guān)。K值越大吸附容量Qe越大，1/n值越小吸附作用越強(qiáng)。通常認(rèn)為1/n在0.1～0.5，表示易吸附；1/n>2時(shí)則難吸附[6]。

分別采用Langmuir、Frenudlich吸附等溫方程和進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 Langmuir吸附等溫式的擬合曲線 圖4 Frenudlich吸附等溫式的擬合曲線

由圖3、圖4可以看出，Langmuir吸附等溫式擬合曲線的R2為0.1484，F(xiàn)renudlich吸附等溫式擬合曲線的R2為0.9778，說(shuō)明滅菌活性污泥對(duì)環(huán)丙沙星的吸附等溫符合Frenudlich吸附等溫式，屬于多分子層的物理吸附，吸附作用主要為范德華力，其表達(dá)式為：

(3)

4 結(jié)語(yǔ)

滅菌污泥對(duì)環(huán)丙沙星溶液吸附的最佳時(shí)間為48 h，在pH值為5時(shí)吸附性能最好，吸附等溫方程符合Frenudlich吸附等溫式，屬于多分子層的物理吸附，吸附作用主要為范德華力。