CJEE , 12(6), 1619-1628; doi:10.12030/j.cjee.201711071

基于油酸钙加强析出及微生物絮凝剂GA1去除孔雀石绿的方法
Method for malachite green removal by enhanced precipitation of calcium oleate and microbial flocculant GA1 flocculation
肖 怀香 1,2, 杨 朝晖 1,2,*, 宋 佩佩 3, 徐 锐 1,2, 熊 炜平 1,2, 李 鑫 1,2 , 张 燕茹 1,2
Huaixiang XIAO, Zhaohui YANG, Peipei SONG, Rui XU, Weiping XIONG, Xin LI , Yanru ZHANG
湖南大学环境科学与工程学院 长沙 410082
College of Environmental Science and Engineering, Hunan UniversityChangsha410082China
湖南大学环境生物与控制教育部重点实验室 长沙 410082
Key Laboratory of Environmental Biology and Pollution ControlMinistry of EducationHunan UniversityChangsha 410082China
山东农业大学资源与环境学院 泰安 271018
College of Resources and EnvironmentShandong Agricultural UniversityTai'an 271018China
第一作者:肖怀香(1990—),女,硕士研究生,研究方向:水污染控制技术。E-mail: 309808916@qq.com
*
通信作者,E-mail:yzh@hnu.edu.cn
Received: 9 November 2017 / Accepted: 14 March 2018 / Published: 1 June 2018

Abstract

:
提出利用油酸钙(Ca(OL)2)加强析出和微生物絮凝剂GA1(MBFGA1)絮凝作用去除水溶液中阳离子染料孔雀石绿(MG)的方法。该方法将油酸纳(NaOL)对MG的增溶作用和Ca2+对增溶了MG的NaOL胶团(NaOL-MG胶团)的作用结合起来,使MG以吸附在Ca(OL)2上的悬浮颗粒物的形式从水溶液中析出,随后利用微生物絮凝剂GA1(MBFGA1)将其絮凝沉降。考察了各因素NaOL、Ca2+、MBFGA1的投加量对MG去除率及NaOL与Ca2+相互作用的影响。基于这些研究,利用响应面分析法(RSM)和环境扫描电镜分析(ESEM)对MG去除机理及NaOL与Ca2+之间结合机理进行了探讨。在最优的反应条件下,MG 0.14 mmol·L−1,NaOL 9 mmol·L−1,Ca2+ 9 mmol·L−1,MBFGA1 4 mL,MG去除率可达98.13%。实验结果显示该方法高效环保,在实际染料废水处理中具有较大的应用潜力。

Trans Abstract

:
Malachite green (MG), a hazardous cationic dye, was removed from aqueous solution by a novel method containing calcium oleate (Ca(OL)2) enhanced precipitation and microbial flocculant GA1 (MBFGA1) flocculation. This method combined the solubilization effect of sodium oleate (NaOL) micelles on MG and the Ca2+ effect on NaOL micelles including the solubilized MG (NaOL-MG micelles) to make MG separated out from aqueous solution in a form of suspended particles, which then were flocculated and settled out by MBFGA1. The effects of factors, including NaOL, Ca2+, and MBFGA1 dosage, on the MG removal and the interaction between NaOL and Ca2+ were investigated. Based on these investigations, MG removal mechanism and the interactive mechanism between NaOL and Ca2+ were discussed and confirmed by the response surface methodology (RSM) and environmental scanning electron microscope (ESEM). Under the optimum conditions of MG initial concentration 0.14 mmol·L−1, NaOL dosage 9 mmol·L−1, Ca2+ dosage 9 mmol·L−1 and MBFGA1 dosage 4 mL, experimental results suggested that the MG removal rate would acquire 98.13%. These results showed that the method was highly efficient and environmentally friendly, and it seemed to hold strong applied potential to the treatment of real dye wastewater.
国家自然科学基金资助项目 (51378189,51578223,51521006)

中图分类号 X703.1
文献标识码 A
Citation 肖怀香, 杨朝晖, 宋佩佩, 等. 基于油酸钙加强析出及微生物絮凝剂GA1去除孔雀石绿的方法[J]. 环境工程学报,2018,12(6),1619-1628.
Citation-en XIAO Huaixiang, YANG Zhaohui, SONG Peipei, et al. Method for malachite green removal by enhanced precipitation of calcium oleate and microbial flocculant GA1 flocculation [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering,2018,12(6):1619-1628, doi: 10.12030/j.cjee.201711071
Crossmark 2018-03-29T11:46:55
AuthorMark 肖怀香
AuthorMarkCite 肖怀香, 杨朝晖, 宋佩佩, 徐锐, 熊炜平, 李鑫, 张燕茹
article-title 基于油酸钙加强析出及微生物絮凝剂GA1去除孔雀石绿的方法
孔雀石绿作为一种阳离子型的偶氮染料,常被大量应用于造纸、皮革、医药、纺织和食品添加等工业[1],另外由于其价格低,杀菌效果好等原因,在水产养殖业和渔业也被广泛地使用[2-3]。但研究结果发现,孔雀石绿具备高毒性、高残留性和难降解性等特性,并且对生物体有高致癌、致畸和致突变作用[2,4-5],因此,对水体中孔雀石绿的处理已经成为近年来关注的热点之一。
微生物絮凝技术具有环保、成本低、效率高和易于操作等优点,且对印染废水的处理具有广泛的应用前景[6-8],但是传统的微生物絮凝技术对水中的高溶解性染料如孔雀石绿(MG)的去除率不高,这成为制约微生物絮凝技术发展的重要原因[9-11],因此,为提高MG的去除效果,在应用微生物絮凝技术前降低MG的溶解性显得特别重要。
研究表明,在表面活性剂浓度大于或等于临界胶束浓度(critical micelle concentration, CMC)时,表面活性剂单体会不断聚集形成表面活性剂胶团,进而增溶有机污染物到胶团内核或表面[12-14],而油酸钠(NaOL)作为一种阴离子表面活性剂,能被应用到增溶有机污染物MG[15-17]。另外,NaOL与Ca2+之间的相互作用明显,NaOL能与Ca2+反应生成油酸钙(Ca(OL)2)沉淀[18]。本研究首次将NaOL对MG的增溶作用及Ca2+和NaOL的相互作用结合起来降低水溶液中MG的溶解性,使MG以吸附在Ca(OL)2悬浮颗粒的形式从水溶液中析出,最终利用微生物絮凝剂GA1(MBFGA1)将其絮凝沉降。本研究探讨了NaOL、Ca2+、MBFGA1投加量等对MG去除率的影响,应用响应面分析方法对各个影响因素进行优化,寻找最优的反应条件,且针对整个体系中MG去除机制及NaOL和Ca2+之间相互作用机理进行了研究。

1 材料与方法

1.1 实验试剂

配制CaCl2、MG和NaOL储备液,其浓度分别为90、2.7和124 mmol·L−1的分析纯试剂,在实验中投加各试剂时,按需要稀释该储备液。MBFGA1发酵液由多黏类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa) GA1产生获得,有效成分浓度为15.56 g·L−1[19-20]

1.2 实验过程

根据每个实验设计,将一定量的NaOL、CaCl2溶液和MBFGA1发酵液按顺序加入到盛有0.14 mmol·L−1 MG溶液的烧杯中,烧杯中投加的试剂所形成的混合液的体积1 000 mL,不进行pH调节。随后将烧杯固定在六联搅拌器上面,开始200 r·min−1快搅5 min,然后40 r·min−1慢搅30 min,最后静置沉降2 h。等待沉降完成之后,在距离上液面2 cm处取水样进行检测。取出水样一部分被直接进行MG浓度和Zeta电位的测定,其余部分通过0.45 μm滤膜过滤之后再对NaOL残余量和Ca2+残余量进行测定。

1.3 测量与分析

MG浓度利用紫外-可见分光光度计在波长618 nm处测得;NaOL和Ca2+浓度分别用两相滴定法[21-22]和EDTA滴定法测得。MG去除率按如下公式计算:
R = ( C a C b ) / C a × 100 %
(1)
式中:R为MG的去除率,%;CaCb分别为初始的和反应完成后的MG浓度,mmol·L−1
环境扫描电镜分析(ESEM):通过实验获得絮体之后,进行冷冻真空干燥,跟着放入环境扫描电子显微镜上查看絮体表面形态。ESEM仪器工作电压为20 kV。

1.4 响应面分析

采用中心复合设计(CCD)[23-25],以MG去除率为响应值,应用Design-expert 8.0.6软件对NaOL(X1)、 Ca2+(X2)和MBFGA1(X3)3因素进行优化,CCD的二阶模型如下所示:
y = β 0 + i = 1 m β i X i + i < j m β i j X i X j + i = 1 m β i i X i 2
(2)
式中:y 为响应值;XiXj 为相互独立的影响因子;β0 为偏移项;βiXi 的线性效应;βiiXi 的二次效应;βijXiXj 之间的交互作用效应。

2 结果与讨论

2.1 NaOL投加量的影响

2.1.1 NaOL投加量对MG去除率的影响

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,MBFGA1投加量为4 mL,当Ca2+投加量分别为9、11和13 mmol·L−1时,NaOL投加量对溶液中MG去除率的影响如图1(a)所示。随着NaOL投加量的不断提高,3条曲线对MG去除率变化的方向大体保持一致。当Ca2+投加量为9 mmol·L−1时,随着NaOL剂量从2 mmol·L−1增加到9 mmol·L−1,MG去除率从45.5%上升到98.13%;随着NaOL剂量从9 mmol·L−1持续增加到23 mmol·L−1时,MG去除率从98.13%迅速降低到0%。
图1(a)所示,在Ca2+投加量是9 mmol·L−1、投入9 mmol·L−1 NaOL时,MG去除率不断上升并取得最大值98.13%。这是因为当NaOL浓度超过2.1×10−3 mol·L−1 (1 CMC )时[26],随着NaOL单体不断形成胶团,形成的胶团能够增溶大部分MG分子,形成NaOL-MG胶团[13],而已形成的NaOL-MG胶团会部分解体为吸附着MG的NaOL单体(NaOL-MG单体),并和NaOL-MG单体在体系中保持着动态平衡[27]。根据之前的研究结果可知,Ca2+和NaOL单体之间能发生反应生成Ca(OL)2沉淀[18],因此,可推测在本体系中,Ca2+则会与体系中的NaOL-MG单体反应生成吸附着MG的Ca(OL)2颗粒(Ca(OL)2-MG颗粒),而该生成的Ca(OL)2-MG悬浮颗粒最后在MBFGA1的作用下被絮凝沉降。由上可知,这整个系统里,只要Ca2+的浓度足量,在Ca2+的影响下,NaOL-MG胶团会接连解体成NaOL-MG单体,Ca(OL)2-MG颗粒也会相应持续地生成。从图1(a)可知,9 mmol·L−1 Ca2+投加量相对于9 mmol·L−1 NaOL剂量是足量的,且在9 mmol·L−1 NaOL投加量处,Ca2+已经和系统里的NaOL-MG单体发生完全反应。因此,当NaOL投加量比9 mmol·L−1低时,伴随着NaOL投加量的增大,被NaOL增溶的MG也会不断地增多,而且Ca(OL)2-MG颗粒在Ca2+的作用下也会不断增加,因而MG的去除率不断增加;当NaOL投加量等于9 mmol·L−1时,大量的MG增溶到NaOL胶团,进而在MBFGA1絮凝沉降的作用下,MG以Ca(OL)2-MG颗粒的形式被除去,MG获得最大的去除率98.13%。
图1(a)可看出,在NaOL投加量从9 mmol·L−1上升到37 mmol·L−1时,MG去除率由98.13%迅速降低到0%。而且实验现象显示,在烧杯底部絮体的颜色由绿色变为白色,烧杯中溶液的浊度不断增加。说明在这个阶段,NaOL投加量的持续增加,会逐渐复溶大部分吸附在Ca(OL)2颗粒上的MG分子。原因可能是在NaOL投加量高于9 mmol·L−1时,9 mmol·L−1 Ca2+相对于NaOL的投加量已不足量,因此,随着NaOL投加量不断提高,上层液相中的NaOL胶团会不断地增溶吸附在Ca(OL)2颗粒上面的MG分子,导致MG去除率的降低和絮体颜色的改变,这种现象就是我们所说的MG的复溶现象。另外,在此阶段,随着NaOL投加量不断增加,在上层液相中形成的NaOL胶团能够和溶液里残留的Ca2+发生反应生成Ca(OL)2颗粒,使得烧杯中絮体量和浊度增加。图1(b)所示的上层液相中Ca2+残余量的变化曲线也恰好验证了上述论点。
图1(a)可知,当Ca2+投加量在11 mmol·L−1和13 mmol·L−1时,MG去除率的变化与Ca2+投加量是9 mmol·L−1时的变化方向大体相近,但分别在13 mmol·L−1和17 mmol·L−1 NaOL投加量时达到MG去除率最大值98.92%与99.23%。这表明当NaOL投加量分别为13 mmol·L−1和17 mmol·L−1时,相对应的11 mmol·L−1和13 mmol·L−1 Ca2+是足量的,并且能与体系中的NaOL-MG单体充分反应。由此可得NaOL和Ca2+之间的相互作用主要依赖于NaOL和Ca2+之间的相对浓度。

2.1.2 NaOL投加量对NaOL和Ca2+之间相互作用的影响

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,MBFGA1投加量为4 mL和Ca2+投加量分别为9、11和13 mmol·L−1时,从图1(b)可以看出NaOL投加量对上层液相中Ca2+残余量的影响,当NaOL投加量从2 mmol·L−1增至37 mmol·L−1时,3条曲线的走势基本保持一致。随着NaOL投加量的增大,上层液相中Ca2+残余量开始先不断降低到最小点,最终维持稳定,这与2.1.1节中结论相同,即随着NaOL投加量的增大,溶液中形成的NaOL-MG单体会和Ca2+发生反应生成Ca(OL)2-MG颗粒,这使得上层液相中Ca2+残余量逐渐降低;随着NaOL投加量进一步的增加,这时溶液中的主要行为是上层液相中形成的NaOL胶团开始和溶液中残留的Ca2+反应生成Ca(OL)2颗粒,使得上层液相中Ca2+残留量进一步降低,最后保持不变。
图1 NaOL投加量对MG去除率及上层液相中Ca2+残余量的影响
Fig. 1 Effects of NaOL dosage on MG removal and Ca2+ residue in supernatant
图1 NaOL投加量对MG去除率及上层液相中Ca2+残余量的影响
Fig. 1 Effects of NaOL dosage on MG removal and Ca2+ residue in supernatant
Cjee 201711071 t1

2.2 Ca2+投加量的影响

2.2.1 Ca2+投加量对MG去除率的影响

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,MBFGA1投加量为4 mL和NaOL投加量分别为9、11和13 mmol·L−1时,从图2(a)可以看出Ca2+投加量对溶液中MG去除率的影响。图2(a)中3条曲线的走势基本保持一致,随着Ca2+投加量的增加,MG的去除率首先不断增加到最大值,然后保持不变。当投入的Ca2+剂量不断变大,在Ca2+的影响下,NaOL-MG胶团会逐渐解体变成NaOL-MG单体,而Ca2+不断与NaOL-MG单体反应生成Ca(OL)2-MG颗粒,直到二者之间发生彻底反应,最后在MBFGA1的吸附架桥作用下[28],溶液中大部分MG被去除,使得MG的去除率先不断增加,然后在最大值处保持不变。从图2(a)可以看出,当NaOL投加量为9、11和13 mmol·L−1时,MG去除率分别在9、10和11 mmol·L−1 Ca2+投加量处取得最大值98.13%、98.55%和98.81%,这说明9、10和11 mmol·L−1 Ca2+及溶液中的NaOL-MG单体之间刚好能发生充分反应,进而在MBFGA1的作用下,使得溶液中大部分MG被去除。

2.2.2 Ca2+投加量对NaOL和Ca2+相互作用的影响

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,MBFGA1投加量为4 mL、NaOL投加量分别为9、11和13 mmol·L−1时,通过图2(b)可以看出Ca2+投加量对上层液相中NaOL残余量的影响。图2(b)中3条曲线的变化趋势基本保持一致,在Ca2+的作用下,上层液相中NaOL残留量先降至最低值,最后保持不变。以9 mmol·L−1 NaOL投加量为例,虽然当Ca2+投加剂量不断上升到9 mmol·L−1时,NaOL不断被消耗,使得上层液相中NaOL残留量不断降低,MG去除率达到最大值(如2.2.1节所述),但当Ca2+投加剂量由9 mmol·L−1持续增大时,上层液相中NaOL残留量仍有小幅度降低,原因可能是在体系中的NaOL-MG单体完全被Ca2+消耗后,仍然存在部分未与MG结合的NaOL单体,它们能继续与Ca2+反应生成Ca(OL)2颗粒。
图2 Ca2+投加量对MG去除率及上层液相中NaOL残余量的影响F
Fig.2 Effects of Ca2+ dosage on MG removal and NaOL residue in supernatant
图2 Ca2+投加量对MG去除率及上层液相中NaOL残余量的影响F
Fig.2 Effects of Ca2+ dosage on MG removal and NaOL residue in supernatant
Cjee 201711071 t2

2.3 MBFGA1投加量的影响

2.3.1 MBFGA1投加量对MG去除率的影响

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,NaOL和Ca2+投加量均为9 mmol·L−1时,MBFGA1投加量对溶液中MG去除率及Zeta电位的影响如图3(a)所示。随着MBFGA1投加量从1 mL升至4 mL,MG去除率持续增大到最高点98.13%。这显示MBFGA1的投加量越多,就能吸附更多的悬浮Ca(OL)2-MG颗粒,生成的絮体越大,MG的去除率就更高。但随着MBFGA1投加量高于4 mL时,过量的MBFGA1使体系中的负电荷过多,使得颗粒间的斥力增强,小絮体无法凝聚成大的絮体,导致体系复稳[29-30],从而MG去除率下降。另外,从图3(a)可知,当增大MBFGA1的投加量,Zeta电位不断减小,且总是为负数,原因应该在于MBFGA1与Ca(OL)2-MG颗粒皆带负电荷[31],在Zeta电位为−20 mV时,MG去除率获得最大值,这表明该过程中吸附架桥是主要的絮凝机理[28-29,32]

2.3.2 MBFGA1投加量对NaOL和Ca2+相互作用的影响

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,NaOL和Ca2+投加量均为9 mmol·L−1时,通过图3(b)可以看出MBFGA1投加量对上层液相中NaOL与Ca2+残余量的影响。当MBFGA1投加量从1 mL升到9 mL,上层液相中NaOL和Ca2+残余量先降低,后上升。这可能是因为在Ca(OL)2-MG悬浮颗粒生成后,MBFGA1能够吸附在上清液中残余的Ca2+[31],而当吸附的Ca2+到达一定量时,会继续与残余在上清液中的NaOL反应生成Ca(OL)2颗粒,因而对上层液相中NaOL与Ca2+残余量产生影响,最后在MBFGA1的吸附架桥的作用下,这些Ca(OL)2颗粒被去除。因此,在整个过程中,MBFGA1一方面不仅能够絮凝沉降先前生成的Ca(OL)2-MG颗粒,另一方面可能还会促进残余的NaOL和Ca2+之间的反应,进而促进了NaOL的去除,降低了二次污染。
图3 MBFGA1投加量对MG去除率、Zeta电位及上层液相中NaOL和Ca2+残余量的影响
Fig.3 Effects of MBFGA1 dosage on MG removal,Zeta potential, NaOL and Ca2+ residue in supernatant
图3 MBFGA1投加量对MG去除率、Zeta电位及上层液相中NaOL和Ca2+残余量的影响
Fig.3 Effects of MBFGA1 dosage on MG removal,Zeta potential, NaOL and Ca2+ residue in supernatant
Cjee 201711071 t3

2.4 响应面优化

本研究使用CCD来优化各个因素,并探讨各个因素对MG去除率的交互影响[23-25]。根据各个因素的分析可知,NaOL投加量、Ca2+投加量与MBFGA1投加量的最优值分别是9 mmol·L−1、9 mmol·L−1和4 mL,这里将其作为CCD分析的中心值。CCD设计的实验组合及结果如表 1所示。根据实验结果建立的二次回归模型如式(3)所示。对模型进行方差分析(ANOVA)结果显示:P<0.000 1,明显低于0.05;决定系数R2=0.976 4表明模型显著,各个独立变量间有很好的相关性。
Y = 77.53 + 11.58 X 1 + 14.54 X 2 + 14.42 X 3 + 0.65 X 1 X 2 + 0.08 X 1 X 3 + 0.07 X 2 X 3 0.99 X 1 2 0.80 X 2 2 1.86 X 3 2
(3)
式中:X1X2X3分别代表NaOL投加量、Ca2+投加量与MBFGA1投加量这3个变量之间的实际值,Y即为MG去除率。
设定MG浓度为0.14 mmol·L−1,3因素对MG去除率的交互影响如图4所示。当MBFGA1投加量设定为中心值4 mL时,随着NaOL投加量和Ca2+投加量的变化,图4(a)显示NaOL投加量和Ca2+投加量对MG去除率交互作用明显。当Ca2+投加量在较低水平时,不断增大NaOL的投加量,MG的去除率呈现开始增加随后减少的趋势,体系中只需投加较少的NaOL即可达到明显的去除效果,投入过多的NaOL反而会使去除率下降;而当Ca2+投加量在较高水平时,则需投加更多的NaOL才能取得最高去除率,这与2.1节的结论相符,并进一步佐证了2.1节关于MG的去除机理和NaOL与Ca2+之间相互作用的分析结果。而且,由图4(b)和图4(c)可以看出,MBFGA1投加剂量对MG的去除具有显著的二次效应。将100%设定为MG去除率目标值,根据二次模型可得到最优反应条件为NaOL 9.1 mmol·L−1、Ca2+ 9.2 mmol·L−1和MBFGA1 4.5 mL,且在此最优条件下进行验证实验,实验结果表明MG去除率可达99.12%。
表1 中心组合设计及实验结果
Table 1 CCD design and experimental result
表1 中心组合设计及实验结果
Table 1 CCD design and experimental result
序号
因素实际值
响应值
X1/(mmol·L−1)
X2/(mmol·L−1)
X3/mL
MG去除率/%
1
9
9
4
98.11
2
5
5
6
43.51
3
13
5
2
20.72
4
9
9
7.36
86.72
5
13
13
6
97.72
6
5
13
2
81.12
7
5
5
2
47.32
8
13
13
2
96.93
9
9
9
4
98.12
10
15.73
9
4
58.85
11
9
9
4
98.13
12
2.27
9
4
51.2
13
9
9
4
98.14
14
9
2.27
4
28.89
15
9
15.73
4
98.15
16
9
9
4
98.15
17
9
9
4
98.17
18
9
9
0.64
70.83
19
13
13
6
19.91
20
5
5
6
80.11
图4 各变量之间对MG去除率交互影响的响应曲面图
Fig.4 Surface graphs of MG removal showing combined effects between variables
图4 各变量之间对MG去除率交互影响的响应曲面图
Fig.4 Surface graphs of MG removal showing combined effects between variables
Cjee 201711071 t4

2.5 环境扫描电镜分析

MG溶液浓度为0.14 mmol·L−1,Ca2+和MBFGA1投加量分别为9 mmol·L−1和4 mL,当NaOL投加量为9、15和21 mmol·L−1时,反应所生成絮体的ESEM图谱如图5所示。图5(a)所示絮体具有较松散的块状结构;图5(b)所示絮体呈较紧实的块状结构;而图5(c)所示絮体呈现更大且更紧密的块状结构。因此,结合2.1节的分析可知,随着体系中吸附在Ca(OL)2-MG颗粒上MG的复溶,絮体中NaOL与Ca2+之间的作用力逐渐变大。
图5 不同NaOL投加量下形成絮体的环境扫描电镜分析图谱
Fig.5 ESEM micrographs of generated flocs at different NaOL dosages
图5 不同NaOL投加量下形成絮体的环境扫描电镜分析图谱
Fig.5 ESEM micrographs of generated flocs at different NaOL dosages
Cjee 201711071 t5

2.6 MG去除机理分析

根据分析可知,当NaOL浓度≥2.1×10−3 mol·L−1时,NaOL单体会聚合形成NaOL胶团,进而增溶MG分子形成NaOL-MG胶团[12-13],而NaOL-MG胶团同时也会部分解体为NaOL-MG单体,二者在体系中保持着动态平衡[27]。同时,体系中的Ca2+会与NaOL-MG单体反应生成Ca(OL)2-MG颗粒,因此,如图6(a)所示,在整个体系中,NaOL-MG胶团、NaOL-MG单体与Ca(OL)2-MG颗粒颗粒三者间保持着动态平衡[27]
当溶液中Ca2+浓度相对足量时,造成NaOL-MG胶团接连解体,Ca(OL)2-MG颗粒持续形成,平衡就会向着图6(a)中生成Ca(OL)2-MG颗粒的方向移动,而生成的Ca(OL)2-MG悬浮颗粒在MBFGA1吸附架桥的作用下被絮凝沉降,从而MG最终被去除。在整个体系中MG的去除过程如图6(b)所示。
图6 反应过程中的平衡示意图和MG去除机理图
Fig.6 Schematic diagram of equilibrium in reaction process and MG removal process
图6 反应过程中的平衡示意图和MG去除机理图
Fig.6 Schematic diagram of equilibrium in reaction process and MG removal process
Cjee 201711071 t6

3 结论

1)本研究提出了一种去除可溶性染料孔雀石绿(MG)的新方法。在此方法中,首次将NaOL胶团对MG的增溶作用以及Ca2+对NaOL-MG胶团的作用结合起来,使得可溶性染料MG以吸附在Ca(OL)2-MG悬浮颗粒上的形式从水溶液中析出,进而在微生物絮凝剂GA1的作用下被絮凝沉降。本方法在一定程度上解除了传统絮凝方法不能有效去除可溶性染料的限制。
2)本研究表明NaOL和Ca2+之间的相互作用对MG去除率的影响,主要依赖于NaOL和Ca2+的相对浓度,这对本结论进行拓展性研究具有一定的指导意义。
3)利用本方法,在最优条件下(NaOL 9 mmol·L−1,Ca2+ 9 mmol·L−1,MBFGA1 4 mL),可使MG去除率高达98.13%,且使用的MBFGA1环境友好、无二次污染,容易生物降解,因此,本方法具有高效、简单、无二次污染等优势,具有广泛的应用前景。

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