灭菌污泥对环丙沙星吸附性能研究

冯福绿，仇爱迪，肖 驰，马 畅，陈伟毅，仉春华

(大连民族大学，辽宁 大连 116600)

1 引言

随着人们对个人护理用品及药物需求量的增加，也增加了一类“新型”环境污染物，即PPCPs(Pharmaceutical and Personal Care Products)。PPCPs种类繁杂，包括各类抗生素、人工合成麝香、止痛药、降压药、避孕药、催眠药、减肥药、发胶、染发剂和杀菌剂等[1]。抗生素在我国是使用最多的药物之一[2]，在人体内只有少部分被吸收利用，大部分排出体外，进入生活污水中[3]。目前大部分城市污水厂采用活性污泥法处理工艺。活性污泥具有大的比表面积，有很好的吸附能力，对抗生素有一定的吸附作用，是城市生活污水中抗生素迁移转化的有效途径之一。本论文通过研究灭菌污泥对喹诺酮类抗生素环丙沙星的吸附性能，以初步了解环丙沙星在活性污泥处理工艺中的迁移转化途径。

2 实验部分

2.1 实验仪器

高效液相色谱仪：Agilent1100型，紫外检测器；色谱柱(250 mm × 4. 6 mm，5 μm)；冷冻干燥机(Thermo Scientific 有限公司)；PB-10 pH 计(德国赛多利斯公司)；AL204-IC电子天平(瑞士梅特勒-托利多公司)；恒温摇床(常州智博瑞仪器制造有限公司)，高压蒸汽灭菌器(三洋电机)。

2.2 实验材料

活性污泥取自污水处理厂二沉池的回流污泥，经布氏漏斗抽滤进行泥水分离，将污泥在冷冻干燥机中低温干燥后，研磨，用150目筛子进行筛分，灭菌后装入到棕色瓶中，置于干燥器中储存，待用。标准品：环丙沙星(CAS号：85721-33-1)(纯度>95. 0%)(Sigma公司)；乙腈(色谱纯)(Oceanpak公司)；磷酸和三乙胺为优级纯。其他试剂为分析纯，实验用水为超纯水(由美国 Millipore 公司超纯水仪制备)。

2.3 分析方法

环丙沙星采用高效液相色谱分析法。流动相A为0. 025 mol/L磷酸(超纯水配制，三乙胺调节pH=2.5)；流动相B为乙腈；两者的体积比为50∶50；流速：1.0 mL/min；进样量：10 μL；柱温：40 ℃；检测波长：278 nm。

3 结果与讨论

3.1 吸附平衡时间的确定

将浓度为32 mg/L的环丙沙星溶液加入装有100 g灭菌污泥的锥形瓶中，用牛皮纸封口，放入摇床中，设置转速为135 r/min，温度为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取样，经0.45 μm滤膜过滤后，HPLC分析，结果如图1所示。

图1 吸附平衡时间

由图1可以看出，随着吸附时间的增加，处理水中环丙沙星的浓度逐渐降低，在48 h以后基本保持不变，说明48 h时已经达到了吸附平衡，确定吸附平衡时间为48 h。

3.2 pH值对吸附的影响

用1%的磷酸和1%的三乙胺调节将32 mg/L的环丙沙星溶液的pH值分别为3、5、7、9、11。将调节好pH值的环丙沙星溶液分别加入装有100 g灭菌污泥的锥形瓶中，转速为135 r/min，温度调节到25 ℃避光，恒温振荡48 h，取样经0.45 μm滤膜过滤后，HPLC分析，结果如图2所示。

图2 pH值对吸附的影响

由图2可知，pH=3和pH=5时时，环丙沙星去除率分别为最小和最大，随着pH值的进一步提高，环丙沙星的去除率又逐渐降低。这说明环丙沙星溶液的pH值明显影响活性污泥的吸附容量，pH值过低和过高，都不利于活性污泥对环丙沙星的吸附。

3.3 吸附等温式

Langmuir吸附等温式是假设在吸附剂表面具有均匀的吸附能力[4]，所有的吸附机理相同，被吸附的吸附质分子之间没有相互作用力，也不影响分子的吸附，在吸附剂表面只形成单分子层吸附[5]。其表达式为：

(1)

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

Frenudlich吸附等温式为经验公式，其表达式为：

(2)

式(2)中：Ce-吸附平衡浓度(mg/L)；Qe-平衡吸附量(mg/g) ；K、1/n-Frenudlich常数，K与吸附剂对吸附质的吸附容量有关。K值越大吸附容量Qe越大，1/n值越小吸附作用越强。通常认为1/n在0.1～0.5，表示易吸附；1/n>2时则难吸附[6]。

分别采用Langmuir、Frenudlich吸附等温方程和进行数据拟合处理，结果如图3、图4所示。

图3 Langmuir吸附等温式的拟合曲线 图4 Frenudlich吸附等温式的拟合曲线

由图3、图4可以看出，Langmuir吸附等温式拟合曲线的R2为0.1484，Frenudlich吸附等温式拟合曲线的R2为0.9778，说明灭菌活性污泥对环丙沙星的吸附等温符合Frenudlich吸附等温式，属于多分子层的物理吸附，吸附作用主要为范德华力，其表达式为：

(3)

4 结语

灭菌污泥对环丙沙星溶液吸附的最佳时间为48 h，在pH值为5时吸附性能最好，吸附等温方程符合Frenudlich吸附等温式，属于多分子层的物理吸附，吸附作用主要为范德华力。