活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻的去除工藝研究

譚淼，張金璽，解子強(qiáng)，魏奇科，曾國明,*

（1.重慶科技學(xué)院，重慶 401331；2.中冶建工集團(tuán)有限公司，重慶 643000）

目前，由于工業(yè)發(fā)展速度較快，水中各種營養(yǎng)鹽類含量超標(biāo)[1-3]，藻類因此大量繁殖。其種群結(jié)構(gòu)以及污染指示是對(duì)湖泊營養(yǎng)型進(jìn)行判斷的重要指標(biāo)，尤其是某種特定環(huán)境條件下能大量生存的藻類。污染程度受藻類的種類和數(shù)量影響，在一定程度上可以直接反映出水體的受污染狀況以及環(huán)境條件的變化[4]。水質(zhì)的惡化、水體功能的衰弱以及水中生物的死亡等嚴(yán)重后果是富營養(yǎng)化水體的主要特征，直接影響著水資源的持續(xù)性利用、人類和水生生物的生存健康以及經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展[5-7]。

常用的物理、生物、化學(xué)方法去除銅綠微囊藻，主要包括超聲波技術(shù)、投加水楊酸、溶藻細(xì)菌去除法以及季銨鹽改性黏土去除法等[8-9]。本實(shí)驗(yàn)采用活性碳纖維（ACF）對(duì)其去除。這種方法相比于傳統(tǒng)的水處理方法，具有更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的特性，在未來水處理的應(yīng)用中有著廣闊的市場(chǎng)和前景[10]。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

材料：活性碳纖維由成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)，銅綠微囊藻藻液由中國科學(xué)院研究所藻種收藏中心保存。

試劑：酒精、丙酮、HCl、NaOH均為分析純，由成都市科龍化工試劑廠提供。

儀器：WP-UP-YJ-20型實(shí)驗(yàn)室專用超純水機(jī)，四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司；EDJHJS型真空抽濾裝置，上?，樮帉?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；BS 224 S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；HH-6S型雙列六孔水浴鍋，科辰實(shí)驗(yàn)儀器；H-1850R型萬用電爐，北京市泰和格潤儀器有限公司；101-1A電熱鼓風(fēng)干燥箱，龍口市先科儀器公司；FY-1H-N高可靠性真空泵，飛越科學(xué)儀器有限公司；YE5K670918移液槍，Dragon-lab有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)

單因素實(shí)驗(yàn)探討了pH值、活性碳纖維的質(zhì)量、吸附時(shí)間對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響，每個(gè)因素取5個(gè)水平，用銅綠微囊藻的吸光度作為響應(yīng)值，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最佳pH值、活性碳纖維的最佳投加質(zhì)量以及最佳吸附時(shí)間，表1為實(shí)驗(yàn)因素水平表。

表1 單因素實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.2 響應(yīng)面分析法

選取單因素實(shí)驗(yàn)中每個(gè)因素的3個(gè)最優(yōu)水平進(jìn)行響應(yīng)曲面因素分析，得到最優(yōu)吸附條件，對(duì)其進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，驗(yàn)證去除率。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻的去除率按照公式1計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 pH值對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響

表2為pH值對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響。當(dāng)pH值為7時(shí)，活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻的去除效率最高，當(dāng)pH為8和9時(shí)，銅綠微囊藻的去除效率最低，比原樣的吸光度還高，這可能與pH值偏堿性時(shí)銅綠微囊藻生長旺盛有關(guān)

表2 pH值對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響

2.1.2 活性碳纖維質(zhì)量對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響

表3為活性碳纖維質(zhì)量對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響，在pH值為7的基礎(chǔ)上，當(dāng)活性碳纖維質(zhì)量達(dá)到1.0 g時(shí)去除效率達(dá)到最高，理論上投加量越多，去除效率越好，但是可能由于實(shí)驗(yàn)過程中用玻璃真空過濾裝置進(jìn)行抽濾時(shí)，過多的活性碳纖維中細(xì)小成分對(duì)其造成了堵塞，且當(dāng)活性碳纖維投加量約為1.0 g時(shí)，對(duì)于銅綠微囊藻的去除已經(jīng)達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，即最佳的活性碳纖維投加量為1.0 g。

表3 活性碳纖維質(zhì)量對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響

2.1.3 吸附時(shí)間對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響

表4為吸附時(shí)間對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響，在最佳的pH值和活性碳纖維質(zhì)量基礎(chǔ)上，最佳吸附時(shí)間為6 h，4 h的吸附效果相對(duì)較差，6 h后隨著時(shí)間的延長，吸附能力相對(duì)增強(qiáng)，但是波動(dòng)范圍并不大，這可能與藻類隨時(shí)間的延長自身的繁殖有關(guān)。

表4 吸附時(shí)間對(duì)銅綠微囊藻去除效果的影響

2.2 響應(yīng)面分析法結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)曲面因素水平設(shè)計(jì)

如表5所示，由單因素實(shí)驗(yàn)得出的最佳pH值、活性碳纖維質(zhì)量、吸附時(shí)間，用響應(yīng)曲面法進(jìn)行三因素三水平設(shè)計(jì)。

表5 響應(yīng)曲面因素水平表

2.2.2 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表6所示，為響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)中活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻的去除率，最佳條件為A1B2C3，該條件下的活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻藻液的去除率為93.75%。注：原樣吸光度為1.293 5

表6 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

如表7所示，在最佳條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻藻液的平均去除率為93.44%。

3 結(jié)論

（1）單因素實(shí)驗(yàn)得出活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻藻液吸附的最優(yōu)條件為：pH值為7，活性碳纖維質(zhì)量為1.0 g、吸附時(shí)間為6 h。

表7 最優(yōu)條件下的重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（2）采用響應(yīng)面法優(yōu)化活性碳纖維吸附銅綠微囊藻藻液的條件，得出最佳吸附效果的條件組合為：活性碳纖維質(zhì)量1.0 g，pH為6，吸附時(shí)間為8 h。經(jīng)驗(yàn)證，該條件下活性碳纖維對(duì)銅綠微囊藻藻液的去除率為93.44%。