Trattamento delle acque reflue con chitosano

Nei sistemi convenzionali di trattamento dell'acqua, i flocculanti più utilizzati sono i sali di alluminio e i sali di ferro, i sali di alluminio rimasti nell'acqua trattata metteranno in pericolo la salute umana e i sali di ferro residui influenzeranno il colore dell'acqua, ecc.;nella maggior parte dei casi nel trattamento delle acque reflue è difficile superare i problemi di inquinamento secondario quali la grande quantità di fanghi e il difficile smaltimento dei fanghi.Pertanto, la ricerca di un prodotto naturale che non causi inquinamento secondario all'ambiente per sostituire il sale di alluminio e i flocculanti del sale di ferro è oggi la necessità di implementare strategie di sviluppo sostenibile.I flocculanti polimerici naturali hanno attirato molta attenzione tra molti flocculanti grazie alle loro abbondanti fonti di materie prime, al prezzo basso, alla buona selettività, al dosaggio ridotto, alla sicurezza, alla non tossicità e alla completa biodegradazione.Dopo decenni di sviluppo, sono emersi un gran numero di flocculanti polimerici naturali con proprietà e usi diversi, tra cui attualmente ampiamente utilizzati amido, lignina, chitosano e colla vegetale.

ChitosanoProprietà

Il chitosano è un solido bianco amorfo, traslucido, traslucido, insolubile in acqua ma solubile in acido, che è il prodotto di deacetilazione della chitina.In generale, il chitosano può essere chiamato chitosano quando il gruppo N-acetile della chitina viene rimosso più del 55%.La chitina è il componente principale dell'esoscheletro di animali e insetti ed è il secondo composto organico naturale più grande sulla terra dopo la cellulosa.Come flocculante, il chitosano è naturale, non tossico e degradabile.Sulla catena macromolecolare del chitosano sono distribuiti molti gruppi idrossilici, gruppi amminici e alcuni gruppi N-acetilammino, che possono formare polielettroliti cationici con elevata densità di carica in soluzioni acide, e possono anche formare strutture reticolari mediante legami idrogeno o ionici obbligazioni.Le molecole ingabbiano, complessando e rimuovendo così molti ioni di metalli pesanti tossici e dannosi.Il chitosano e i suoi derivati ​​hanno una vasta gamma di usi, non solo nel settore tessile, della stampa e della tintura, nella fabbricazione della carta, nella medicina, nell'alimentazione, nell'industria chimica, nella biologia e nell'agricoltura e in molti altri campi hanno molti valori applicativi, ma anche nel trattamento delle acque, possono essere utilizzati come adsorbente, agenti flocculanti, fungicidi, scambiatori di ioni, preparati per membrane, ecc. Il chitosano è stato approvato dalla US Environmental Protection Agency come agente purificante per l'acqua potabile grazie ai suoi vantaggi unici nelle applicazioni di approvvigionamento idrico e nel trattamento dell'acqua.

Applicazione diChitosanonel trattamento delle acque

(1) Rimuovere i solidi sospesi nel corpo idrico.Nell'acqua naturale, diventa un sistema colloidale carico negativamente a causa dell'esistenza di batteri dell'argilla, ecc. Essendo un polimero cationico a catena lunga, il chitosano può svolgere la doppia funzione di neutralizzazione elettrica e coagulazione, adsorbimento e collegamento e ha una forte coagulazione effetto sulle sostanze sospese.Rispetto ai tradizionali allume e poliacrilammide come flocculanti, il chitosano ha un migliore effetto chiarificante.RAVID et al.hanno studiato l'effetto del trattamento di flocculazione della distribuzione dell'acqua con caolino singolo quando il valore pH del chitosano era 5-9 e hanno scoperto che la flocculazione era fortemente influenzata dal valore pH e il valore pH effettivo della rimozione della torbidità era 7,0-7,5.1 mg/l di flocculante, il tasso di rimozione della torbidità supera il 90%, i fiocchi prodotti sono grossolani e veloci e il tempo totale di sedimentazione della flocculazione non supera 1 ora;ma quando il valore del pH diminuisce o aumenta, l'efficienza della flocculazione diminuisce, indicando che solo in un intervallo di pH molto ristretto il chitosano può formare una buona polimerizzazione con particelle di caolino.Alcuni studi hanno scoperto che quando la sospensione flocculata di bentonite viene trattata con chitosano, l'intervallo di valori di pH adatto è ampio.Pertanto, quando l'acqua torbida contiene particelle simili al caolino, è necessario aggiungere un'opportuna quantità di bentonite come coagulante per migliorare la polimerizzazione dell'acqua.chitosanosulle particelle.Successivamente, RAVID et al.trovato quello

Se nella sospensione di caolino o biossido di titanio è presente humus, è facile floccularlo e precipitarlo con chitosano, perché l'humus caricato negativamente è attaccato alla superficie delle particelle e l'humus facilita la regolazione del valore del pH.Il chitosano mostrava ancora proprietà di flocculazione superiori per corpi idrici naturali con diversa torbidità e alcalinità.

(2) Rimuovere alghe e batteri dal corpo idrico.Negli ultimi anni, alcune persone all’estero hanno iniziato a studiare l’adsorbimento e la flocculazione del chitosano su sistemi colloidali biologici come alghe e batteri.Il chitosano ha un effetto di rimozione delle alghe d'acqua dolce, vale a dire Spirulina, alghe oscillatrici, clorella e alghe blu-verdi.Gli studi hanno dimostrato che per le alghe d'acqua dolce, la rimozione è migliore a un pH pari a 7;per le alghe marine il pH è più basso.Il dosaggio appropriato di chitosano dipende dalla concentrazione di alghe nel corpo idrico.Maggiore è la concentrazione di alghe, maggiore è la dose di chitosano da aggiungere e l'aumento del dosaggio di chitosano tende a causare flocculazione e precipitazione.Più veloce.La torbidità può misurare la rimozione delle alghe.Quando il valore del pH è 7, 5 mg/Lchitosanopuò rimuovere il 90% della torbidità nell'acqua e maggiore è la concentrazione di alghe, più grossolane saranno le particelle di fiocchi e migliore sarà la prestazione di sedimentazione.

L'esame microscopico ha evidenziato che le alghe rimosse mediante flocculazione e sedimentazione erano solo aggregate e adese tra loro, ed erano ancora allo stato intatto e attivo.Poiché il chitosano non ha effetti negativi sulle specie presenti nell'acqua, l'acqua trattata può comunque essere utilizzata per l'acquacoltura d'acqua dolce, a differenza di altri flocculanti sintetici per il trattamento dell'acqua.Il meccanismo di rimozione del chitosano sui batteri è relativamente complicato.Studiando la flocculazione di Escherichia coli con chitosano, si è scoperto che il meccanismo di bridging sbilanciato è il meccanismo principale del sistema di flocculazione e il chitosano produce legami idrogeno sui detriti cellulari.Un altro studio ha dimostrato che l'efficienza della flocculazione del chitosano di E. coli dipende non solo dalla caricabilità del dielettrico ma anche dalla sua dimensione idraulica.

(3) Rimuovere l'alluminio residuo e purificare l'acqua potabile.I sali di alluminio e i flocculanti di polialluminio sono ampiamente utilizzati nei processi di trattamento dell'acqua di rubinetto, ma l'uso di flocculanti di sali di alluminio può portare ad un aumento del contenuto di alluminio nell'acqua potabile.L’alluminio residuo nell’acqua potabile costituisce un grave pericolo per la salute umana.Sebbene il chitosano presenti anche il problema dei residui di acqua, poiché è un amminopolisaccaride alcalino naturale non tossico, il residuo non causerà danni al corpo umano e potrà essere rimosso nel successivo processo di trattamento.Inoltre, l'uso combinato di chitosano e flocculanti inorganici come il cloruro di polialluminio può ridurre il contenuto di alluminio residuo.Pertanto, nel trattamento dell'acqua potabile, il chitosano presenta i vantaggi che altri flocculanti polimerici organici sintetici non possono sostituire.

Applicazione del chitosano nel trattamento delle acque reflue

(1) Rimuovere gli ioni metallici.La catena molecolare dichitosanoe i suoi derivati ​​contengono un gran numero di gruppi amminici e gruppi idrossilici, quindi ha un effetto chelante su molti ioni metallici e può assorbire o catturare efficacemente ioni di metalli pesanti nella soluzione.Catherine A. Eiden e altri studi hanno dimostrato che la capacità di adsorbimento del chitosano a Pb2+ e Cr3+ (in unità di chitosano) raggiunge rispettivamente 0,2 mmol/g e 0,25 mmol/g e ha una forte capacità di adsorbimento.Zhang Ting'an et al.utilizzato chitosano deacetilato per rimuovere il rame mediante flocculazione.I risultati hanno mostrato che quando il valore del pH era 8,0 e la concentrazione in massa di ioni rame nel campione di acqua era inferiore a 100 mg/L, il tasso di rimozione del rame era superiore al 99%;La concentrazione di massa è di 400 mg/l e la concentrazione di massa di ioni rame nel liquido residuo soddisfa ancora lo standard nazionale sullo scarico delle acque reflue.Un altro esperimento ha dimostrato che quando pH=5,0 e tempo di adsorbimento era di 2 ore, il tasso di rimozione del chitosano in Ni2+ nel liquido di scarto della nichelatura chimica ad adsorbimento poteva raggiungere il 72,25%.

(2) Trattare le acque reflue ad alto contenuto proteico come le acque reflue alimentari.Durante la lavorazione degli alimenti vengono scaricate acque reflue contenenti una grande quantità di solidi sospesi.La molecola di chitosano contiene il gruppo ammidico, il gruppo amminico e il gruppo ossidrile.Con la protonazione del gruppo amminico, mostra il ruolo del polielettrolita cationico, che non solo ha un effetto chelante sui metalli pesanti, ma può anche flocculare e adsorbire efficacemente particelle fini caricate negativamente nell'acqua.Chitina e chitosano possono formare complessi mediante legami idrogeno con proteine, amminoacidi, acidi grassi, ecc. Fang Zhimin et al.usatochitosano, solfato di alluminio, solfato ferrico e polipropilene ftalammide come flocculanti per recuperare proteine ​​dalle acque reflue della lavorazione dei prodotti ittici.È possibile ottenere un tasso di recupero proteico elevato e una trasmissione luminosa dell'effluente.Poiché il chitosano stesso non è tossico e non presenta inquinamento secondario, può essere utilizzato per riciclare sostanze utili come proteine ​​e amido nelle acque reflue degli impianti di lavorazione alimentare per la lavorazione e il riutilizzo, ad esempio aggiungendoli ai mangimi per animali.

(3) Trattamento delle acque reflue di stampa e tintura.Le acque reflue di stampa e tintura si riferiscono alle acque reflue scaricate da cotone, lana, fibre chimiche e altri prodotti tessili nel processo di pretrattamento, tintura, stampa e finissaggio.Solitamente contiene sali, tensioattivi organici e coloranti, ecc., con componenti complessi, ampio croma e elevato COD.e svilupparsi nella direzione dell'antiossidazione e dell'antibiodegradazione, che è estremamente dannoso per la salute umana e l'ambiente.Il chitosano contiene gruppi amminici e gruppi idrossilici e ha un forte effetto di adsorbimento sui coloranti, tra cui: adsorbimento fisico, adsorbimento chimico e adsorbimento a scambio ionico, principalmente attraverso il legame idrogeno, l'attrazione elettrostatica, lo scambio ionico, la forza di van der Waals, l'interazione idrofobica, ecc. effetto.Allo stesso tempo, la struttura molecolare del chitosano contiene un gran numero di gruppi amminici primari, che formano un eccellente agente chelante polimerico attraverso legami di coordinazione, che può agglutinare i coloranti nelle acque reflue, non è tossico e non produce inquinamento secondario.

(4) Applicazione nella disidratazione dei fanghi.Attualmente, la stragrande maggioranza degli impianti di trattamento delle acque reflue urbane utilizza la poliacrilammide cationica per trattare i fanghi.La pratica ha dimostrato che questo agente ha un buon effetto flocculante ed è facile da disidratare i fanghi, ma i suoi residui, in particolare il monomero di acrilammide, sono un forte cancerogeno.Pertanto, è un lavoro molto significativo cercare la sua sostituzione.Il chitosano è un buon condizionatore dei fanghi, che aiuta a formare micelle di batteri dei fanghi attivi, che possono agglomerare la materia sospesa caricata negativamente e la materia organica nella soluzione e migliorare l'efficienza del trattamento del processo a fanghi attivi.Gli studi hanno dimostrato che il flocculante composito di policloruro di alluminio/chitosano non solo ha un effetto evidente nel condizionamento dei fanghi, ma anche rispetto all'uso di un singolo PAC o chitosano, la resistenza specifica dei fanghi raggiunge prima un punto basso e la velocità di filtrazione è più elevata.È veloce ed è un balsamo migliore;inoltre, vengono utilizzati tre tipi di carbossimetil chitosano (N-carbossimetil chitosano, N, O-carbossimetil chitosano e O-carbossimetil chitosano). Il flocculante è stato testato sulle prestazioni di disidratazione dei fanghi e si è riscontrato che i fiocchi formatisi erano forte e non facile da rompere, indicando che l'effetto del flocculante sulla disidratazione dei fanghi era significativamente migliore di quello dei normali flocculanti.

Chitosanoe i suoi derivati ​​sono ricchi di risorse, naturali, non tossici, degradabili e hanno diverse proprietà contemporaneamente.Sono agenti per il trattamento delle acque verdi.La sua materia prima, la chitina, è il secondo composto organico naturale più grande sulla terra.Pertanto, negli ultimi anni, lo sviluppo del chitosano nel trattamento delle acque ha registrato un evidente slancio di crescita.Essendo un polimero naturale che trasforma i rifiuti in tesori, il chitosano è stato inizialmente applicato in molti campi, ma le prestazioni e l’applicazione dei prodotti nazionali presentano ancora un certo divario rispetto ad altri paesi avanzati.Con l'approfondimento della ricerca sul chitosano e sui suoi derivati, in particolare il chitosano modificato con eccellenti proprietà di sintesi, esso assume sempre più valore applicativo.L’esplorazione della tecnologia di applicazione del chitosano nel trattamento delle acque e lo sviluppo di prodotti rispettosi dell’ambiente dei derivati ​​del chitosano con una gamma di applicazioni più ampia avranno un valore di mercato e prospettive di applicazione molto ampi.

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