窦培谦等：城市再生水中大肠杆菌在浮选过程中迁移规律 ·671· dC(=-A()C(). (1) 剂PJ053、煤油、，2号油等对大肠杆菌几乎不存在灭活 d 作用，且试验中采用对照组浓度来抵消大肠杆菌自然 式中：C为上清液大肠杆菌浓度，CFUL:为吸附时 衰减带来的误差，因此可以推断再生水中的大肠杆菌 间，minm:入为大肠杆菌衰减速率系数，数学表达式见 的衰减是由矿物颗粒对大肠杆菌的吸附和灭活引起 下式： 的.大肠杆菌能够被矿物颗粒迅速吸附，磨矿过程矿 A(t)=A。em (2) 物颗粒已经完成绝大部分大肠杆菌的吸附.从大肠杆 式中，入。为初始大肠杆菌衰减速率系数：α为大肠杆 菌的时空分布来看，尾矿废水中大肠杆菌浓度远低于 菌衰减阻力系数 《城市污水再生利用工业用水》(GB/T19923一2005) 假设C(0)=C。,则公式(1)可转化为 中的要求，继续回用于浮选流程是安全的，但精矿、中 1nC2=-{ep[-u]-1. (3) 矿、尾矿吸附了大量的大肠杆菌，在特定暴露水平下会 C。 0 对从业人员构成健康风险 式中，C,为对照组大肠杆菌初始浓度，入。、α由公式(3) 矿物颗粒对大肠杆菌的吸附是影响再生水中大肠 用最小二乘迭代法求得 杆菌在浮选过程迁移的主要因素，由于再生水水质不 1.6大肠杆菌解吸附试验 稳定，大肠杆菌浓度较低，而且化学组分复杂，在一定 大肠杆菌解吸附试验用来检验矿物颗粒对大肠杆 程度上会对吸附行为造成干扰，为了进一步揭示矿物 菌的吸附为可逆吸附还是不可逆吸附（灭活）.吸附试 颗粒对大肠杆菌的吸附机理，采用一定浓度的大肠杆 验完成后，将离心管静置2h,无菌注射器小心将上清 菌菌悬液和灭菌矿物按照1.5、1.6节中表述的方法进 液吸净，加入质量分数为3%牛肉膏提取液（其中含 行吸附和解吸附试验，分析大肠杆菌浓度、H、浮选药 0.04molL焦磷酸钠)10mL,涡旋混合，放入摇床振 剂对吸附的影响 荡30min,取上清液测定大肠杆菌浓度C.同样设置只 表1再生水中大肠杆菌浓度在浮选过程中的空间分布 加10mL菌液的离心管作为空白组. C-Cx100%. Table 1 Spatial distribution of E.coli in flotation r= (4) 大肠杆菌浓度/(CFU·L1) 水样 式中：r为大肠杆菌衰减率；C为吸附平衡时对照组 灭菌水磨矿 再生水磨矿 大肠杆菌浓度，CUL;C为吸附平衡时样品上清液 再生水 2.2×104 2.2×104 大肠杆菌浓度，CFUL. 一次粗选泡沫 1.3×103 2.2×102 C 一次粗选矿浆上清液 1000 <10 n-c-Cx100%. (5) 一次扫选泡沫 550 100 式中：，为大肠杆菌回收率；C为吸附平衡时对照组 一次扫选中矿上清液 <10 <10 大肠杆菌浓度，C℉UL';C,为吸附平衡时样品上清液 二次扫选泡沫 200 100 大肠杆菌浓度，CFUL;C·为提取液大肠杆菌浓度， 二次扫选中矿上清液 <10 <10 CFU-L-'. 三次扫选尾矿上清液 <10 <10 5=-1×100%. (6) r 2.2大肠杆菌浓度对吸附的影响 式中，，为大肠杆菌灭活率/不可逆吸附率 取3g矿样，放入50mL离心管，加入菌悬液10ml,改变 大肠杆菌菌悬液浓度(2.63×102、2.63×10"、2.63× 2结果与讨论 10°、2.63×10CFUL)按照1.5节所述方法进行吸 2.1城市再生水中大肠杆菌在浮选过程中的迁移规律 附试验，分析大肠杆菌菌悬液浓度对吸附的影响 由表1试验结果看出，两组试验中铜钼矿三次扫 从图2、表2可以看出，矿物颗粒对大肠杆菌的吸 选过程后，再生水中大肠杆菌浓度逐级减小，一次扫选 附可分为三个阶段，吸附反应开始时，反应速率较快， 之后大肠杆菌浓度均减少至10CFU·L以下，灭菌水 为快反应阶段，大概持续20min.接着反应率减缓进入 磨矿试验中大肠杆菌浓度衰减率(95%)明显低于再 慢反应阶段，然后逐渐达到平衡阶段.随着大肠杆菌 生水磨矿（接近100%），灭菌水磨矿试验中一次粗选 浓度的升高，矿物颗粒对细菌的吸附速率随之下降：衰 泡沫中大肠杆菌浓度为1.3×103CFU·L,一次粗选 减速率系数入由0.314下降到0.097，衰减阻力系数由 矿浆上清液中大肠杆菌浓度为1000C℉U·L1,分别高0.081增加至0.142；大肠杆菌衰减率也随之下降，菌 于再生水磨矿的2.2×102CFUL1和<10CFUL. 悬液浓度在2.63×10~2.63×102CFU-L-1大约在 大肠杆菌存活试验（详见论文2.4部分）表明浮选药 45min左右达到吸附平衡，达到平衡时，大肠杆菌衰减窦培谦等: 城市再生水中大肠杆菌在浮选过程中迁移规律 dC(t) dt = - 姿(t)C(t). (1) 式中: C 为上清液大肠杆菌浓度,CFU·L - 1 ;t 为吸附时 间,min;姿 为大肠杆菌衰减速率系数,数学表达式见 下式: 姿(t) = 姿0 e - 琢t . (2) 式中,姿0 为初始大肠杆菌衰减速率系数;琢 为大肠杆 菌衰减阻力系数. 假设 C(0) = C0 ,则公式(1)可转化为 ln C(t) C0 = - 姿0 琢 {exp [ - 琢t] - 1}. (3) 式中,C0为对照组大肠杆菌初始浓度,姿0 、琢 由公式(3) 用最小二乘迭代法求得. 1郾 6 大肠杆菌解吸附试验 大肠杆菌解吸附试验用来检验矿物颗粒对大肠杆 菌的吸附为可逆吸附还是不可逆吸附(灭活). 吸附试 验完成后,将离心管静置 2 h,无菌注射器小心将上清 液吸净,加入质量分数为 3% 牛肉膏提取液(其中含 0郾 04 mol·L - 1焦磷酸钠)10 mL,涡旋混合,放入摇床振 荡 30 min,取上清液测定大肠杆菌浓度 C. 同样设置只 加 10 mL 菌液的离心管作为空白组. r = Ccon - Ceq Ccon 伊 100% . (4) 式中: r 为大肠杆菌衰减率;Ccon为吸附平衡时对照组 大肠杆菌浓度,CFU·L - 1 ;Ceq为吸附平衡时样品上清液 大肠杆菌浓度,CFU·L - 1 . r1 = C * Ccon - Ceq 伊 100% . (5) 式中: r1为大肠杆菌回收率;Ccon为吸附平衡时对照组 大肠杆菌浓度,CFU·L - 1 ;Ceq为吸附平衡时样品上清液 大肠杆菌浓度,CFU·L - 1 ;C * 为提取液大肠杆菌浓度, CFU·L - 1 . r2 = r - r1 r 伊 100% . (6) 式中,r2为大肠杆菌灭活率/ 不可逆吸附率. 2 结果与讨论 2郾 1 城市再生水中大肠杆菌在浮选过程中的迁移规律 由表 1 试验结果看出,两组试验中铜钼矿三次扫 选过程后,再生水中大肠杆菌浓度逐级减小,一次扫选 之后大肠杆菌浓度均减少至 10 CFU·L - 1以下,灭菌水 磨矿试验中大肠杆菌浓度衰减率(95% ) 明显低于再 生水磨矿(接近 100% ),灭菌水磨矿试验中一次粗选 泡沫中大肠杆菌浓度为 1郾 3 伊 10 3 CFU·L - 1 ,一次粗选 矿浆上清液中大肠杆菌浓度为 1000 CFU·L - 1 ,分别高 于再生水磨矿的 2郾 2 伊 10 2 CFU·L - 1和 < 10 CFU·L - 1 . 大肠杆菌存活试验(详见论文 2郾 4 部分) 表明浮选药 剂 PJ053、煤油、2 号油等对大肠杆菌几乎不存在灭活 作用,且试验中采用对照组浓度来抵消大肠杆菌自然 衰减带来的误差,因此可以推断再生水中的大肠杆菌 的衰减是由矿物颗粒对大肠杆菌的吸附和灭活引起 的. 大肠杆菌能够被矿物颗粒迅速吸附,磨矿过程矿 物颗粒已经完成绝大部分大肠杆菌的吸附. 从大肠杆 菌的时空分布来看,尾矿废水中大肠杆菌浓度远低于 《城市污水再生利用工业用水》 (GB/ T19923—2005) 中的要求,继续回用于浮选流程是安全的,但精矿、中 矿、尾矿吸附了大量的大肠杆菌,在特定暴露水平下会 对从业人员构成健康风险. 矿物颗粒对大肠杆菌的吸附是影响再生水中大肠 杆菌在浮选过程迁移的主要因素,由于再生水水质不 稳定,大肠杆菌浓度较低,而且化学组分复杂,在一定 程度上会对吸附行为造成干扰,为了进一步揭示矿物 颗粒对大肠杆菌的吸附机理,采用一定浓度的大肠杆 菌菌悬液和灭菌矿物按照 1郾 5、1郾 6 节中表述的方法进 行吸附和解吸附试验,分析大肠杆菌浓度、pH、浮选药 剂对吸附的影响. 表 1 再生水中大肠杆菌浓度在浮选过程中的空间分布 Table 1 Spatial distribution of E郾 coli in flotation 水样 大肠杆菌浓度/ (CFU·L - 1 ) 灭菌水磨矿 再生水磨矿 再生水 2郾 2 伊 10 4 2郾 2 伊 10 4 一次粗选泡沫 1郾 3 伊 10 3 2郾 2 伊 10 2 一次粗选矿浆上清液 1000 < 10 一次扫选泡沫 550 100 一次扫选中矿上清液 < 10 < 10 二次扫选泡沫 200 100 二次扫选中矿上清液 < 10 < 10 三次扫选尾矿上清液 < 10 < 10 2郾 2 大肠杆菌浓度对吸附的影响 取3g 矿样,放入50mL 离心管,加入菌悬液10mL,改变 大肠杆菌菌悬液浓度(2郾 63 伊 10 12 、2郾 63 伊 10 11 、2郾 63 伊 10 10 、2郾 63 伊 10 9 CFU·L - 1 )按照 1郾 5 节所述方法进行吸 附试验,分析大肠杆菌菌悬液浓度对吸附的影响. 从图 2、表 2 可以看出,矿物颗粒对大肠杆菌的吸 附可分为三个阶段,吸附反应开始时,反应速率较快, 为快反应阶段,大概持续20 min. 接着反应率减缓进入 慢反应阶段,然后逐渐达到平衡阶段. 随着大肠杆菌 浓度的升高,矿物颗粒对细菌的吸附速率随之下降:衰 减速率系数 姿 由0郾 314 下降到0郾 097,衰减阻力系数由 0郾 081 增加至 0郾 142;大肠杆菌衰减率也随之下降,菌 悬液浓度在 2郾 63 伊 10 11 ~ 2郾 63 伊 10 12 CFU·L - 1大约在 45 min 左右达到吸附平衡,达到平衡时,大肠杆菌衰减 ·671·