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壳聚糖絮凝剂在水处理中的应用

摘要：由壳聚糖，聚氯化铝（PAC）和硅酸盐制备新型复合壳聚糖絮凝剂。与常规絮凝剂如PAC相比，使用该新型复合壳聚糖絮凝剂处理水去除COD，SS和Al³ 的百分比分别提高了1.8-23.7％，50％和61.2-85.5％，其成本降了7-34％。因此，这种复合壳聚糖絮凝剂在水处理中比常规絮凝剂具有更好的环境和经济效益。

关键词：壳聚糖；复合絮凝剂；水处理

1.前言

壳聚糖作为一种阳离子聚糖是水处理中重要的高分子絮凝剂^[1]。我们知道，在壳聚糖的分子结构中，在分子链上有许多氨基（-NH₂）和羟基（-OH）。这些-OH和-NH₂基团含有可以提供电子对到金属离子的空d轨迹的单对电子; 然后它们螯合成稳定的络合物（-N-M-O-）^[2]。壳聚糖因此可以用于去除水中多种不需要的金属离子，例如Al³ ，Zn² ，Cr³ ，Hg² ，Ag ，Pb² ，Ca² ，Cu² 和Cd² 等^[3]。因为壳聚糖分子中的活性氨基（-NH₂）可以用H 在水中质子化成阳离子聚电解质^[4]，该分子具有静态吸引和吸附的能力。因此壳聚糖也可以将颗粒絮凝成更大的絮凝物，沉积。因此，壳聚糖可以有效地用于去除水处理中的COD（有机污染物）^[5]和SS（固体悬浮物质）^[6]。

与传统化学絮凝剂相比，壳聚糖具有以下优点：所需用量少，沉积速度快，去除COD，SS和金属离子的效率更高，污泥处理更容易，没有进一步的污染。然而，壳聚糖作为用于处理水的絮凝剂将具有比传统化学絮凝剂更高的成本。因此，目的是制备一种更便宜的复合壳聚糖絮凝剂材料，并从龙虾壳^[7]和其他化学絮凝剂制备。与单一壳聚糖絮凝剂和传统的化学絮凝剂聚（氯化铝）（PAC）相比，这种复合壳聚糖絮凝剂计划不仅降低絮凝成本，而且改善絮凝功能。

2.实验

2.1污水

中国北京的清华大学污水（COD = 200-400 mg L^-1，SS = 100-300 mg L^-1）; 和来自中国北京高北甸污水处理厂的原水（COD = 1200-1800mL^-1，SS=300-500mL^-1）。

2.2主要试剂

壳聚糖，其粘度和脱乙酰度分别为约30-000mPa·S（在25℃）和85-98％。

其中Al₂O₃大于32％的聚氯化铝（PAC）。PAC的分子式为[AI₂（HO)nCI_6-nXH₂O]m，n= 1-5，m⩽10是用于水处理的传统絮凝剂。氯化铝的配方是AlCl₃，它是单体，不是聚合物，不适合用于水处理，它只是合成PAC的原料。聚合硫酸亚铁（PFS），其中Fe的含量大于22％。PFS的分子式为[Fe₂（OH）₂SO₄）] m，m= 5-10。它由FeSO₄单体制成。它也是常规的絮凝剂。乙酸gt; 99％，用作溶解壳聚糖制备复合壳聚糖絮凝剂的溶剂。

2.3主要仪器

六组合搅拌机；COD自动测量装置；分光光度计；电感耦合等离子体质谱仪。

2.4复合壳聚糖絮凝剂的制备

在1％w / w的HAc水溶液中制备1％w / w的壳聚糖溶液。在25℃搅拌下需要约3-5小时以完全溶解壳聚糖。PAC溶液以2％w / w在水中制备；在25℃下在搅拌下完全溶解PAC需要约5分钟。复合壳聚糖絮凝剂的工作液由1％壳聚糖：2％PAC：促进剂以1：100-200：10-20（w / w）的比例组成。在室温下完全溶解后，复合壳聚糖絮凝剂的工作液为黄色透明液体。

2.5多壳聚糖絮凝剂的应用

将原水pH6-7（500ml）置于1000ml漏斗中，在搅拌下加入3-10g絮凝剂复合物工作液（原水中的COD，SS和金属离子浓度越高，工作液体的剂量越大）。在摇动该漏斗5分钟后，将其保持静置5-30分钟以确保沉积完成。测量上层的COD，SS和金属离子的浓度。

2.6实验方法

原水被分配到500ml的烧杯中，不同的类别，并与150r/min的搅拌速度，加入其它絮凝剂。连续启动10分钟后; 将混合物转移到1000ml分离漏斗中，使絮凝物在水中沉降30分钟。上部液体的等分试样用于测量该液体中的COD，SS和Al³ 的浓度。

2.7比较方法和确认最佳处方

首先，典型的生活污水用纯PAC处理，为了PAC的最佳用量和成本，设计了不同的复合壳聚糖絮凝剂处方，以便廉价。使用这些复合材料提供了数据，以允许有用的比较和建议，与纯PAC相比，实现降低的成本和用最佳复合壳聚糖絮凝剂去除COD，SS和金属离子的增加的速率。

3.结果与讨论

3.1中国清华大学生活污水处理的结果

表1表明，复合絮凝剂对COD的去除率高于纯PAC; 此外，复合絮凝剂中PAC（200ppm）的剂量小于纯PAC（320ppm）的剂量。这种复合壳聚糖絮凝剂不仅可以提高COD的去除效率，而且与纯PAC相比，还可以降低PAC的用量。还表明复合壳聚糖絮凝剂在水中除去SS具有非常明显的优点;在图3的最佳点，不仅其PAC剂量减少约1/3，而且在相同条件下与纯PAC相比，出口水中SS的浓度降低超过50％。与1＃絮凝剂（纯PAC）相比，首先表2显示通过使用2＃絮凝剂，出口水中的[Al³ ]降至61.2％。复合絮凝剂中PAC的用量减少了37.5％，出口水中的23.7％的Al³ 被壳聚糖吸附。因此，证明壳聚糖在水中吸附Al³ 的效果非常明显。其次，表2显示，通过使用4＃絮凝剂，出口水中的COD降低了4％，出口水中的[Al³ ]降低了85.8％。第三，表2中的3＃和4＃的结果表明，向复合絮凝剂中加入少量的PFS可以提高COD和Al³ 的去除率。因此4＃复合壳聚糖絮凝剂的效果和用量最好。

图1显示，与纯PAC相比，复合壳聚糖絮凝剂的COD去除率提高了1.8-23.7％。图2显示与纯PAC相比，复合壳聚糖絮凝剂减少7-34％。

表1絮凝剂用量与COD和固体悬浮液在出水中的去除率的关系

表2复合壳聚糖絮凝剂和PAC的COD和Al³ 去除率的比较