滅菌污泥對環丙沙星吸附性能研究

馮福綠，仇愛迪，肖 馳，馬 暢，陳偉毅，仉春華

(大連民族大學，遼寧 大連 116600)

1 引言

隨著人們對個人護理用品及藥物需求量的增加，也增加了一類“新型”環境污染物，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、發膠、染發劑和殺菌劑等[1]。抗生素在我國是使用最多的藥物之一[2]，在人體內只有少部分被吸收利用，大部分排出體外，進入生活污水中[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化的有效途徑之一。本論文通過研究滅菌污泥對喹諾酮類抗生素環丙沙星的吸附性能，以初步了解環丙沙星在活性污泥處理工藝中的遷移轉化途徑。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器

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

2.2 實驗材料

活性污泥取自污水處理廠二沉池的回流污泥，經布氏漏斗抽濾進行泥水分離，將污泥在冷凍干燥機中低溫干燥后，研磨，用150目篩子進行篩分，滅菌后裝入到棕色瓶中，置于干燥器中儲存，待用。標準品：環丙沙星(CAS號：85721-33-1)(純度>95. 0%)(Sigma公司)；乙腈(色譜純)(Oceanpak公司)；磷酸和三乙胺為優級純。其他試劑為分析純，實驗用水為超純水(由美國 Millipore 公司超純水儀制備)。

2.3 分析方法

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

3 結果與討論

3.1 吸附平衡時間的確定

將濃度為32 mg/L的環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，設置轉速為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0.45 μm濾膜過濾后，HPLC分析，結果如圖1所示。

圖1 吸附平衡時間

由圖1可以看出，隨著吸附時間的增加，處理水中環丙沙星的濃度逐漸降低，在48 h以后基本保持不變，說明48 h時已經達到了吸附平衡，確定吸附平衡時間為48 h。

3.2 pH值對吸附的影響

用1%的磷酸和1%的三乙胺調節將32 mg/L的環丙沙星溶液的pH值分別為3、5、7、9、11。將調節好pH值的環丙沙星溶液分別加入裝有100 g滅菌污泥的錐形瓶中，轉速為135 r/min，溫度調節到25 ℃避光，恒溫振蕩48 h，取樣經0.45 μm濾膜過濾后，HPLC分析，結果如圖2所示。

圖2 pH值對吸附的影響

由圖2可知，pH=3和pH=5時時，環丙沙星去除率分別為最小和最大，隨著pH值的進一步提高，環丙沙星的去除率又逐漸降低。這說明環丙沙星溶液的pH值明顯影響活性污泥的吸附容量，pH值過低和過高，都不利于活性污泥對環丙沙星的吸附。

3.3 吸附等溫式

Langmuir吸附等溫式是假設在吸附劑表面具有均勻的吸附能力[4]，所有的吸附機理相同，被吸附的吸附質分子之間沒有相互作用力，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。

Frenudlich吸附等溫式為經驗公式，其表達式為：

(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，K與吸附劑對吸附質的吸附容量有關。K值越大吸附容量Qe越大，1/n值越小吸附作用越強。通常認為1/n在0.1～0.5，表示易吸附；1/n>2時則難吸附[6]。

分別采用Langmuir、Frenudlich吸附等溫方程和進行數據擬合處理，結果如圖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，Frenudlich吸附等溫式擬合曲線的R2為0.9778，說明滅菌活性污泥對環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，其表達式為：

(3)

4 結語

滅菌污泥對環丙沙星溶液吸附的最佳時間為48 h，在pH值為5時吸附性能最好，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。