銅綠微囊藻對水中銅離子的吸附研究

＊袁敏 黃小鐘 王崇光 張雯宇 周和平 曾國明＊

（四川理工學院土木工程學院城市建設與環境工程系 四川 643000）

銅綠微囊藻對水中銅離子的吸附研究

＊袁敏 黃小鐘 王崇光 張雯宇 周和平 曾國明＊

（四川理工學院土木工程學院城市建設與環境工程系 四川 643000）

為有效去除水中銅離子，利用銅綠微囊藻對水中銅離子進行生物吸附。采用均勻實驗法研究溶液的pH值、初始銅離子濃度、吸附溫度及吸附時間等因素對銅離子吸附特性的影響。實驗表明：當初始銅離子溶液為21mg/L，溫度為31℃，pH值為4及吸附時間為2h時，銅綠微囊藻對水中銅離子的去除率最高，達到87.13%。表明銅綠微囊藻能有效去除水中銅離子。

銅綠微囊藻；均勻實驗法；銅離子；去除率

近年來，隨著銅鋅礦的開采和冶煉、金屬加工、機械制造、鋼鐵生產等工業的發展，含銅離子的污廢水排放量不斷增多，儼然銅離子成為了廢水中較多的重金屬離子。雖然銅是人體所必需的一種微量元素，攝入量不足會引起缺乏病；但銅也屬重金屬，攝入過多時會對人體產生毒害作用，除此之外還有致癌作用，嚴重影響著人體健康。另外，銅離子具有分布廣泛、應用普遍、無法降解及潛在危害性的特點。因而對于去除水中重金屬銅離子的研究引起了人們的廣泛重視。普遍的方法有生物法、化學方法和物理方法，由于物理方法和化學方法存在著費用較高和二次污染的弊端，所以采用生物法尤以生物吸附法較好。同時，生物吸附法能有效吸附并回收水中重金屬，目前生物吸附劑的材料主要是菌體和藻類。相比之下，藻類具有生物原材料易得、不易產生二次污染、吸附量大、去除率高、適用于低濃度重金屬污廢水等優點。

本文在前人研究的基礎上，采用均勻實驗法得到銅離子去除率最大時的工藝條件，為藻類的生物吸附法去除重金屬奠定理論基礎。

1.實驗部分

(1)材料及試劑

銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa PCC7806）取自中國科學院水生生物研究所藻種收藏中心，無菌條件將其培養在光照培養箱中，溫度（25±1）℃，光強 2000lx～2500lx，光暗比為12h∶12h，靜置培養，每天定時搖動3次，使同一培養基中藻細胞的生長趨于同一個階段，鏡檢細胞正常后進行實驗。銅溶液由分析純銅配置，水為蒸餾水，BG11培養基，詳細配方見表1。

表1 BG11培養基配方

(2)實驗方法

①吸附實驗方法

準確量取處于指數生長期的活藻液200mL于錐形瓶中，再配置所需銅離子濃度，在不同實驗條件下進行吸附實驗。吸附后的樣品經濾膜過濾后，濾液裝入兩支10mL離心管保存送檢。銅離子濃度分析采用原子吸收光譜法。

②均勻設計實驗

在銅綠微囊藻吸附銅離子的過程中，由于銅離子的去除率主要與初始銅離子濃度（X1）、吸附溫度（X2）、銅離子溶液的pH值（X3）、吸附時間（X4）有關，因此本實驗選取上述四者為銅綠微囊藻吸附重金屬均勻優化實驗的四個因素。經查閱資料文獻設定溶液的pH值為4-8，初始銅離子濃度的范圍為5-25mg/L，吸附溫度為15-35℃，吸附時間為2-10h。通過DPS7．5軟件進行均勻實驗設計，預測銅綠微囊藻吸附銅離子的最優工藝參數。

水平因素1 2 3 4 5 X1初始銅離子的濃度（mg/L） 5 10 15 20 25 X2吸附溫度（℃） 15 20 25 30 35

組分 含量（g） 組分 含量（g）NaNO3 0.04 K2PHO4·3H2O 0.04

表2 均勻實驗設計因素水平表

(3)分析方法

①原子吸收光譜法

用此方法測得銅離子濃度，從而得到銅綠微囊藻對銅離子的去除率。檢測儀器為氣相色譜儀Agilent7890。

②統計分析方法

實驗所得數據，用Origin8．0軟件處理系統和DPS7．5數據處理系統軟件進行分析處理。

③銅離子去除率公式計算

其中：q—去除率，%；

C0—原溶液銅離子濃度，mg/L；

C1—吸附后檢測出的濃度，mg/L。

2.結果與分析

均勻實驗法優化實驗方法。根據均勻設計實驗方案進行銅綠微囊藻吸附銅離子試驗，以銅離子去除率為響應值（Y），運用DPS軟件對表中實驗結果進行回歸分析，并考察該模型顯著性差異，尋求最佳條件，實驗結果見表3。

表3 銅綠微囊藻吸附銅離子試驗設計及響應值

參數 偏相關 t值 p值X1 1.049 141.7468 0.0047 X3 -1.0489 108.4849 0.0067

表4 二次多項式逐步回歸處理數據結果

用DPS軟件對表3中實驗結果進行回歸分析，并檢驗該模型的顯著性，方程的復相關系數R=0．99999，F=4926．0819，p=0．0111，剩余標準差SSE=0．4071，說明方程能夠很好的擬合銅綠微囊藻吸附銅離子過程。根據表4顯著性檢驗p值可知，四因素對銅綠微囊藻吸附銅離子的影響為：X1=X12＞X4＞X3X4＞X3＞X32＞X1X4＞X2X4＞X2X3＞X1X2，說明因素之間有一定的相互作用。最佳條件：初始銅離子溶液21mg/L、溫度31℃，pH4及吸附時間2h，在此條件下，銅綠微囊藻對水中銅離子的去除率達到87．13%，由此可見，銅綠微囊藻能有效吸附水中銅離子。

3.結論

利用均勻實驗法對銅綠微囊藻吸附銅離子工藝進行優化。經DPS軟件進行回歸分析，得到最佳工藝參數：初始銅離子溶液為21mg/L，溫度為31℃，pH值為4，吸附時間為2h，銅綠微囊藻對銅離子的去除率為87．13%。銅綠微囊藻不需要特殊的預處理，成本極其低廉，且對銅離子的吸附效果好，有望成為處理含銅離子污廢水的生物吸附劑。

[1]劉慧君．極大螺旋藻對幾種金屬離子生物吸附的研究[D]．安徽師范大學,2004．

[2]葛麗穎．含銅/鎳電鍍廢水的處理與分離研究[D]．貴州大學, 2007．

[3]陶梅平．活性藻類吸附重金屬的實驗研究[D]．華中科技大學, 2008．

[4]程東祥．新型生物吸附劑的制備及凈化重金屬污染水體的應用研究[D]．吉林大學,2008．

Study on the Adsorption of Copper Ions by Microcystis Aeruginosa in Water

Yuan Min, Huang Xiaozhong, Wang Chongguang, Zhang Wenyu, Zhou Heping, Zeng Guoming

（Sichuan Institute of Technology Institute of Civil Engineering Urban Construction and Environmental Engineering, Sichuan, 643000）

For effectively removing copper ions in water, Microcystis aeruginosa was selected as a biological adsorbent for biological adsorption. Uniform experiment method is used to research the solution pH value, initial concentration of copper ion, adsorption temperature and time on the inf uence of copper ion adsorption properties. Experiments show that when the initial copper ion solution for 21mg/L, the temperature of 31℃, pH value of 4 and the adsorption time for 2h, Microcystis aeruginosa removal eff ciency of copper ions in water up to 87.13%. Thus the conclusion is drawn that the Microcystis aeruginosa can effectively remove copper ions in water .

mircocystis aeruginosa；uniform experimental method；copper ion；removal rate

X < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

A

曾國明（1987～)，男，四川理工學院土木工程學院城市建設與環境工程系；研究方向：藻類資源化利用及水體富營養化治理的研究。

(責任編輯：牛玉娟)

四川省教育廳項目（17ZB0299，17ZB0313）；三峽庫區生態環境教育部重點實驗室開放基金（2016ZJSX-003）；四川省大學生創新創業訓練計劃（201610622036）；四川理工學院校級人才引進項目（2016RCL20，2016RCL06，2014RC32）。