污泥炭對(duì)水中鹽酸四環(huán)素的吸附凈化研究
羅惠莉1，周靜如1，馮逸軻1，姜良軍2，馬貴權(quán)2，王雅潔2
（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；
（2. 湖南鼎玖能源環(huán)境科技股份有限公司，湖南 長沙 410005）
摘 要：本試驗(yàn)研究了市政污泥炭對(duì)廢水中鹽酸四環(huán)素的吸附凈化研究。在試驗(yàn)中研究了吸附時(shí)間、溫度、pH值三個(gè)因素對(duì)污泥炭吸附鹽酸四環(huán)素的影響。研究結(jié)果表明，污泥炭對(duì)鹽酸四環(huán)素在6h吸附達(dá)到平衡，試驗(yàn)的最佳吸附溫度為 25 ℃，pH值的增加不利于污泥炭對(duì)鹽酸四環(huán)素的吸附。在pH值為8時(shí)，其吸附效果最佳。
關(guān)鍵詞：污泥炭；鹽酸四環(huán)素；吸附；
1 前言
鹽酸四環(huán)素是一種廣譜四環(huán)素類抗生素，它在高濃度時(shí)具殺菌作用；但 Hartman等人的研究表明，抗生素進(jìn)人生物體后，并不被完全吸收，中85%以上以原藥形式排出體外。長期以來鹽酸四環(huán)素類抗生素的濫用，特別是禽畜生產(chǎn)中的大量使用，造成了其在生態(tài)環(huán)境中，尤其是水生系統(tǒng)中的含量過高。如不及時(shí)處理，這些抗生素可通過食物鏈的傳遞，在食品中殘留，可能會(huì)在人體內(nèi)富集，最終損害人的健康因此，環(huán)境的TCs 污染治理備受關(guān)注。鹽酸四環(huán)素是四環(huán)素類的鹽酸鹽,在生產(chǎn)過程中，經(jīng)過進(jìn)一步合成、精制而成，它的純度高，毒理副作用較小，貯存期比較長。具有質(zhì)量較優(yōu)價(jià)格低廉、廣譜性等特點(diǎn),因此在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,而且在生產(chǎn)和使用方面中國位居世界第一。尋求能對(duì)鹽酸四環(huán)素高效去除的方法與技術(shù)具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。鹽酸四環(huán)素依靠其廣譜抗菌性、副作用小、易吸收等優(yōu)點(diǎn)成為目前國內(nèi)外使用最多的抗生素，長期廣泛地應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)及動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)。
目前鹽酸四環(huán)素廢水的處理方法主要有生物法和物理化學(xué)法，但由于生物處理效果不穩(wěn)定，且存在篩選抗藥性病原體并使其流入環(huán)境的潛在危險(xiǎn)，所以在四環(huán)素的處理過程中適宜采用物理化學(xué)的方法。目前關(guān)于吸附鹽酸四環(huán)素的反應(yīng)研究報(bào)道的吸附劑包括市政污泥炭、石墨、蒙脫石和高嶺土黏土等礦物材料。
本文以鹽酸四環(huán)素為去除對(duì)象，研究了在相同的鹽酸四環(huán)素的投加量下，通過改變市政污泥炭的吸附時(shí)間、溶液溫度、和溶液的pH值這三個(gè)參數(shù)，來進(jìn)行市政污泥炭對(duì)廢水溶液中鹽酸四環(huán)素的吸附凈化研究，為市政污泥炭有效吸附去除廢水水體中的鹽酸四環(huán)素提供了理論依據(jù)。
2 試驗(yàn)材料與方法
2.1 試驗(yàn)試劑
鹽酸四環(huán)素（市售）；市政污泥炭來自湖南鼎玖能源環(huán)境科技股份有限公司；鹽酸、氫氧化鈉（均為分析純）；蒸餾水。
2.2 試驗(yàn)儀器
恒溫水浴振蕩器；電子天平；紫外可見分光光度計(jì)；p H 計(jì)。
2.3 吸附凈化試驗(yàn)設(shè)置
分別研究了溶液pH值、吸附時(shí)間及溶液溫度溫度對(duì)污泥炭吸附鹽酸四環(huán)素性能的影響。（1）設(shè)置吸附時(shí)間為0.5、1、2、4、6、8、10h，確定污泥炭吸附鹽酸四環(huán)素的平衡吸附飽和點(diǎn)。（2）溫度設(shè)置分別為20、25、30、35、40℃；（3）設(shè)置pH分別為5、6、7、8、9，取濾液測得不同條件下剩余鹽酸四環(huán)素的吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)算污泥炭的吸附量qt及鹽酸四環(huán)素的吸附去除效率 r。
3 結(jié)果與討論
3.1 吸附時(shí)間對(duì)污泥炭吸附效果的影響
用10ppm的鹽酸四環(huán)素，先取10mL并各加入1g污泥炭；靜置吸附的時(shí)間分別是0.5、1、2、4、6、8、10h；每個(gè)時(shí)間的試驗(yàn)組設(shè)置一個(gè)平行試驗(yàn)。圖2為不同吸附時(shí)間對(duì)污泥炭吸附量的影響。
詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集
圖2 時(shí)間對(duì)吸附量的影響
隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，市政污泥炭對(duì)鹽酸四環(huán)素的吸附量越來越大，而在6h處市政污泥炭基本吸附100%，因此吸附時(shí)間如果再增加12h、24h這兩個(gè)時(shí)間梯度的話，吸附量基本不會(huì)有太大的變化，因?yàn)榇藭r(shí)該鹽酸四環(huán)素溶液所含有的鹽酸四環(huán)素的質(zhì)量為0.1mg，1h可吸附80%，而單位質(zhì)量的污泥炭可以吸附的鹽酸四環(huán)素的量在0.923-0.1000mg之間。由圖還能看出吸附平衡時(shí)間在8到10h之間即吸附平衡飽和點(diǎn)在這個(gè)時(shí)間段處。
3.2 溶液pH值對(duì)污泥炭吸附效果的影響
用0.05ppm的氫氧化鈉和鹽酸進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，設(shè)置pH梯度為5、6、7、8、9，每個(gè)pH試驗(yàn)組設(shè)置平行試驗(yàn)。吸附時(shí)間設(shè)置為6h，吸附溫度為25℃（根據(jù)3.1試驗(yàn)確定）。圖3為不同pH值對(duì)污泥炭吸附量的影響。
詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集
圖3 pH對(duì)吸附量的影響
由圖3表明，弱堿性有利于市政污泥炭對(duì)鹽酸四環(huán)素的吸附反應(yīng)的進(jìn)行，本試驗(yàn)之所以pH值設(shè)置在這個(gè)范圍是因?yàn)�，�?dāng)pH值降低時(shí)，在強(qiáng)酸性條件下，鹽酸四環(huán)素會(huì)降解生成含有鹽酸四環(huán)素的其他物質(zhì)。所以酸性條件下的pH值需要好好地控制。而當(dāng)pH值在弱酸性與中性時(shí)，吸附量相差不遠(yuǎn)，去除效率為66.6%。而在弱堿性時(shí)即pH為8時(shí)，其去除效率為72.8%。因此在弱堿性下，鹽酸四環(huán)素的去除效率稍微較好一些。
3.3 溫度對(duì)污泥炭吸附效果的影響
將單一變量溫度的影響試驗(yàn)設(shè)計(jì)為20、25、30、35、40℃；pH值為9，吸附時(shí)間為6小時(shí)。圖4為不同吸附溫度對(duì)污泥炭吸附量的影響。
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圖4 溫度對(duì)吸附量的影響
本試驗(yàn)的溫度范圍在20-40℃；在25℃時(shí)，鹽酸四環(huán)素的剩余濃度為1.06mg/L，是曲線的最低點(diǎn)，即此時(shí)的吸附量最大，吸附效果最好；20℃的剩余濃度為1.19mg/L吸附性能其次，超過25℃之后，隨著溫度的升高，剩余濃度越來越大，其吸附量越來越小，污泥炭的吸附效果越來越差。隨著溫度的升高分子擴(kuò)散速率加快因此隨著溫度的升高（20-25℃），鹽酸四環(huán)素的去除效率顯著增加。由于吸附過程是一個(gè)放熱過程，高溫不利于放熱反應(yīng)，就會(huì)抑制污泥炭對(duì)水溶液中鹽酸四環(huán)素分子的吸附效果，溶液中剩余四環(huán)素濃度便會(huì)逐漸升高。因此25℃為污泥炭吸附TC的最適溫度，40℃吸附效果最差。
4 結(jié)論
（1）市政污泥炭對(duì)鹽酸四環(huán)素的吸附效率隨著吸附時(shí)間的增加，其剩余濃度逐漸減少，吸附量逐漸增加，但是其單位吸附量反而減小，在1h時(shí)可以吸附80%，并在6 h 達(dá)到吸附平衡，即6h為吸附平衡飽和點(diǎn)。
（2）該吸附試驗(yàn)的最佳吸附溫度為25 ℃ ，25℃吸附效果最好，20℃吸附效果其次；隨著鹽酸四環(huán)素溶液溫度的升高，吸附量越來越小，污泥炭的吸附效果越來越差，在40℃時(shí)吸附效果最差。
（3）在pH為5、6、7時(shí)，pH升高使得吸附量降低，在強(qiáng)酸條件下，鹽酸四環(huán)素會(huì)降解分解生成其他物質(zhì)；而堿性環(huán)境下，pH為8時(shí)吸附量最大。所以最適pH范圍在7-9之間。
5 參考文獻(xiàn)
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詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集
