活性碳纤维对铜绿微囊藻的去除工艺研究

2020-05-18谭淼张金玺解子强魏奇科曾国明

生物化工 2020年2期

谭淼，张金玺，解子强，魏奇科，曾国明,*

（1.重庆科技学院，重庆 401331；2.中冶建工集团有限公司，重庆 643000）

目前，由于工业发展速度较快，水中各种营养盐类含量超标[1-3]，藻类因此大量繁殖。其种群结构以及污染指示是对湖泊营养型进行判断的重要指标，尤其是某种特定环境条件下能大量生存的藻类。污染程度受藻类的种类和数量影响，在一定程度上可以直接反映出水体的受污染状况以及环境条件的变化[4]。水质的恶化、水体功能的衰弱以及水中生物的死亡等严重后果是富营养化水体的主要特征，直接影响着水资源的持续性利用、人类和水生生物的生存健康以及经济的持续发展[5-7]。

常用的物理、生物、化学方法去除铜绿微囊藻，主要包括超声波技术、投加水杨酸、溶藻细菌去除法以及季铵盐改性黏土去除法等[8-9]。本实验采用活性碳纤维（ACF）对其去除。这种方法相比于传统的水处理方法，具有更加环保、经济的特性，在未来水处理的应用中有着广阔的市场和前景[10]。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

材料：活性碳纤维由成都市科龙化工试剂厂生产，铜绿微囊藻藻液由中国科学院研究所藻种收藏中心保存。

试剂：酒精、丙酮、HCl、NaOH均为分析纯，由成都市科龙化工试剂厂提供。

仪器：WP-UP-YJ-20型实验室专用超纯水机，四川沃特尔水处理设备有限公司；EDJHJS型真空抽滤装置，上海琅轩实验设备有限公司；BS 224 S型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HH-6S型双列六孔水浴锅，科辰实验仪器；H-1850R型万用电炉，北京市泰和格润仪器有限公司；101-1A电热鼓风干燥箱，龙口市先科仪器公司；FY-1H-N高可靠性真空泵，飞越科学仪器有限公司；YE5K670918移液枪，Dragon-lab有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素试验

单因素实验探讨了pH值、活性碳纤维的质量、吸附时间对铜绿微囊藻去除效果的影响，每个因素取5个水平，用铜绿微囊藻的吸光度作为响应值，分别进行实验，确定最佳pH值、活性碳纤维的最佳投加质量以及最佳吸附时间，表1为实验因素水平表。

表1 单因素实验因素水平表

1.2.2 响应面分析法

选取单因素实验中每个因素的3个最优水平进行响应曲面因素分析，得到最优吸附条件，对其进行3次平行试验，验证去除率。

1.3 数据分析方法

活性碳纤维对铜绿微囊藻的去除率按照公式1计算。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 pH值对铜绿微囊藻去除效果的影响

表2为pH值对铜绿微囊藻去除效果的影响。当pH值为7时，活性碳纤维对铜绿微囊藻的去除效率最高，当pH为8和9时，铜绿微囊藻的去除效率最低，比原样的吸光度还高，这可能与pH值偏碱性时铜绿微囊藻生长旺盛有关

表2 pH值对铜绿微囊藻去除效果的影响

2.1.2 活性碳纤维质量对铜绿微囊藻去除效果的影响

表3为活性碳纤维质量对铜绿微囊藻去除效果的影响，在pH值为7的基础上，当活性碳纤维质量达到1.0 g时去除效率达到最高，理论上投加量越多，去除效率越好，但是可能由于实验过程中用玻璃真空过滤装置进行抽滤时，过多的活性碳纤维中细小成分对其造成了堵塞，且当活性碳纤维投加量约为1.0 g时，对于铜绿微囊藻的去除已经达到了动态平衡，即最佳的活性碳纤维投加量为1.0 g。