Trattamento delle acque reflue del chitosano

Nei sistemi di trattamento delle acque convenzionali, i flocculanti più utilizzati sono sali di alluminio e sali di ferro, i sali di alluminio rimanenti 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 trattamenti per le acque reflue, è difficile superare i problemi di inquinamento secondari come una grande quantità di fanghi e difficile smaltimento dei fanghi. Pertanto, cercare un prodotto naturale che non causa l'inquinamento secondario all'ambiente per sostituire i flocculanti di sale e sale di ferro è la necessità di implementare strategie di sviluppo sostenibile oggi. I flocculanti polimerici naturali hanno attirato molta attenzione tra molti flocculanti a causa delle loro abbondanti fonti di materie prime, basso prezzo, buona selettività, dosaggio piccolo, sicurezza e non tossicità e biodegradazione completa. Dopo decenni di sviluppo, sono emersi un gran numero di flocculanti polimerici naturali con proprietà e usi diversi, tra cui l'amido, la lignina, il chitosano e la colla vegetale sono attualmente ampiamente utilizzati.

ChitosanoProprietà

Il chitosano è un solido amorfo bianco e 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 in chitina viene rimosso di oltre il 55%. La chitina è la componente principale degli esoscheletri di animali e insetti, ed è il secondo più grande composto organico naturale sulla Terra dopo la cellulosa. Come flocculante, il chitosano è naturale, non tossico e degradabile. Esistono molti gruppi idrossilici, gruppi amminici e alcuni gruppi N-acetilammino distribuiti sulla catena macromolecolare di chitosano, che possono formare polielettroliti cationici con alta densità di carica in soluzioni acide e può anche formare strutture simili a una rete mediante legami idrogeno o legami ionici. Molecole in gabbia, complessando così e rimuovendo molti ioni tossici e dannosi di metalli pesanti. Il chitosano e i suoi derivati ​​hanno una vasta gamma di usi, non solo in tessile, stampa e tintura, marsiatura, medicina, cibo, industria chimica, biologia e agricoltura e molti altri campi hanno molti valori di applicazione, ma anche nel trattamento delle acque, sono stati usati gli agenti di floccolamento degli Stati Uniti. Come agente purificante per l'acqua potabile grazie ai suoi vantaggi unici nelle applicazioni di approvvigionamento idrico e nel trattamento delle acque.

Applicazione diChitosanonel trattamento delle acque

(1) Rimuovere i solidi sospesi nel corpo idrico. Nell'acqua naturale, diventa un sistema colloide caricato negativamente a causa dell'esistenza di batteri argillosi, ecc. Come polimero cationico a catena lunga, il chitosano può svolgere le doppie funzioni della neutralizzazione elettrica e della coagulazione e dell'adsorbimento e del ponte e ha un forte effetto di coagulazione su sostanze sospette. Rispetto all'allume tradizionale e alla poliacrilammide come flocculanti, il chitosano ha un effetto chiarificante meglio. Ravid et al. ha studiato l'effetto del trattamento di flocculazione della distribuzione dell'acqua singola caolina quando il valore del pH di chitosano era 5-9 e ha scoperto che la flocculazione era fortemente influenzata dal valore del pH e il valore effettivo del pH della rimozione della torbidità era 7,0-7,5. 1 mg/l flocculante, il tasso di rimozione della torbidità supera il 90%e i floc prodotti sono grossolani e veloci e il tempo di sedimentazione della flocculazione totale 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 stretto, il chitosano può formare una buona polimerizzazione con particelle di caolino. Alcuni studi hanno scoperto che quando la sospensione di bentonite flocculata viene trattata con chitosano, la gamma di valori di pH adatta è ampia. Pertanto, quando l'acqua torbida contiene particelle simili al caolino, è necessario aggiungere una quantità adeguata di bentonite come coagulante per migliorare la polimerizzazione dichitosanosulle particelle. Più tardi, Ravid et al. Ho trovato quello

Se c'è un humus nella sospensione di biossido di caolino o in titanio, è facile floccollo e precipitarlo con il chitosano, perché l'humus caricato negativamente è attaccato alla superficie delle particelle e l'humus rende facile regolare il valore del pH. Il chitosano ha ancora mostrato proprietà di flocculazione superiori per corpi idrici naturali con torbidità e alcalinità diverse.

(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 colloidi biologici come alghe e batteri. Il chitosano ha un effetto di rimozione sulle alghe d'acqua dolce, vale a dire spirulina, alghe oscillator, clorella e alghe blu-verdi. Gli studi hanno dimostrato che per le alghe d'acqua dolce, la rimozione è la migliore a un pH di 7; Per le alghe marine, il pH è più basso. Il dosaggio appropriato del chitosano dipende dalla concentrazione di alghe nel corpo idrico. Maggiore è la concentrazione di alghe, maggiore è il dosaggio del chitosano e l'aumento del dosaggio del 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 in acqua e maggiore è la concentrazione di alghe, più grossolane le particelle di floc e migliori sono le prestazioni di sedimentazione.

L'esame microscopico ha mostrato che le alghe che sono state rimosse mediante flocculazione e sedimentazione sono state aggregate e aderite insieme e erano ancora in uno stato intatto e attivo. Poiché il chitosano non causa effetti negativi sulle specie nell'acqua, l'acqua trattata può ancora 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 ponte sbilanciato è il principale meccanismo 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 polialumini sono ampiamente utilizzati nei processi di trattamento dell'acqua del rubinetto, ma l'uso di flocculanti di sale in alluminio può portare ad un aumento del contenuto di alluminio nell'acqua potabile. L'alluminio residuo nell'acqua potabile è un grave pericolo per la salute umana. Sebbene il chitosano abbia anche il problema dei residui d'acqua, poiché è un aminopolisaccaride alcalino non tossico naturale, il residuo non causerà danni al corpo umano e può essere rimosso nel successivo processo di trattamento. Inoltre, l'uso combinato di flocculanti di chitosano e inorganici come il cloruro di polialuminio può ridurre il contenuto di alluminio residuo. Pertanto, nel trattamento dell'acqua potabile, il chitosano ha 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 ​​contiene un gran numero di gruppi amminici e gruppi idrossilici, quindi ha un effetto chelante su molti ioni metallici e può effettivamente assorbire o catturare ioni 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 il chitosano deacetilato per rimuovere il rame mediante flocculazione. I risultati hanno mostrato che quando il valore del pH era 8,0 e la concentrazione di massa degli ioni rame nel campione d'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 di rame nel liquido residuo soddisfa ancora lo standard di scarico nazionale delle acque reflue. Un altro esperimento ha dimostrato che quando il pH = 5,0 e il tempo di adsorbimento erano 2h, il tasso di rimozione del chitosano a Ni2+ nel liquido per rifiuti di placcatura chimica di adsorbimento potrebbe raggiungere il 72,25%.

(2) Trattare le acque reflue con elevato contenuti proteici come le acque reflue degli alimenti. Durante la lavorazione degli alimenti, vengono scaricate le acque reflue contenenti una grande quantità di solidi sospesi. La molecola di chitosano contiene gruppo ammide, gruppo amino e idrossile. 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 floculare efficacemente e adsorb di particelle fini cariche negativamente in acqua. La chitina e il chitosano possono formare complessi mediante legame idrogeno con proteine, aminoacidi, acidi grassi, ecc. Fang Zhimin et al. usatochitosano, solfato di alluminio, solfato ferrico e polipropilene ftalamide come flocculanti per recuperare le proteine ​​dalle acque reflue della trasformazione dei frutti di mare. È possibile ottenere un alto tasso di recupero delle proteine ​​e trasmittanza della luce dell'effluente. Poiché il chitosano stesso è non tossico e non ha inquinamento secondario, può essere usato per riciclare sostanze utili come proteine ​​e amido nelle acque reflue dalle piante di trasformazione degli alimenti per la lavorazione e il riutilizzo, come l'aggiunta di alimentazione come alimentazione animale.

(3) Trattamento delle acque reflue della stampa e della tintura. Le acque reflue della stampa e della tintura si riferiscono alle acque reflue scaricate da cotone, lana, fibre chimiche e altri prodotti tessili nel processo di pretrattamento, tintura, stampa e finitura. Di solito contiene sali, tensioattivi organici e coloranti, ecc., Con componenti complessi, croma di grandi dimensioni e merluzzo elevato. e sviluppa nella direzione dell'antiossidazione e dell'anti-biodegradazione, 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 degli scambi ionici, principalmente attraverso il legame idrogeno, l'attrazione elettrostatica, lo scambio di ioni, la forza di van der Waals, l'effetto idrofobico, 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 coordinamento, che possono aggluinare i coloranti nelle acque reflue ed è non tossico e non produce inquinamento secondario.

(4) Applicazione nella disidratazione dei fanghi. Al momento, la stragrande maggioranza degli impianti di trattamento delle acque reflue urbane usa la poliacrilammide cationica per trattare i fanghi. La pratica ha dimostrato che questo agente ha un buon effetto di flocculazione ed è facile per disordinare i fanghi, ma il suo residuo, in particolare il monomero di acrilamide, è un forte cancerogeno. Pertanto, è un lavoro molto significativo cercare la sua sostituzione. Il chitosano è un buon balsamo per fanghi, che aiuta a formare micelle di batteri a fanghi attivati, che possono agglomerarsi in agglomerazione della materia sospesa e organica caricati negativamente nella soluzione e migliorare l'efficienza del trattamento del processo di fanghi attivi. Studi hanno dimostrato che il flocculante composito di cloruro/chitosano polialumino non ha solo un evidente effetto nel condizionamento dei fanghi, ma anche rispetto all'uso di un singolo PAC o chitosano, la resistenza specifica per i fanghi raggiunge prima un punto basso e la velocità di filtrazione è più alta. È veloce ed è un balsamo migliore; in addition, three kinds of carboxymethyl chitosan (N-carboxymethyl chitosan, N, O-carboxymethyl chitosan and O-carboxymethyl chitosan) are used as The flocculant was tested on the dewatering performance of the sludge, and it was found that the flocs formed were strong and not easy to break, indicating that the effect of the flocculant on sludge dewatering was significantly meglio di quello dei flocculanti ordinari.

Chitosanoe i suoi derivati ​​sono ricchi di risorse, naturali, non tossici, degradabili e hanno varie proprietà allo stesso tempo. Sono agenti per il trattamento delle acque verdi. La sua materia prima, chitina, è il secondo più grande composto organico naturale sulla terra. Pertanto, negli ultimi anni, lo sviluppo del chitosano nel trattamento delle acque ha un evidente momento di crescita. Come polimero naturale che trasforma gli sprechi in tesoro, il chitosano è stato inizialmente applicato in molti campi, ma le prestazioni e l'applicazione dei prodotti domestici hanno 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, ha sempre più valore dell'applicazione. Esplorare la tecnologia delle applicazioni del chitosano nel trattamento delle acque e lo sviluppo di prodotti ecologici di derivati ​​di chitosano con una gamma di applicazioni più ampia avrà un valore di mercato molto ampio e prospettive di applicazioni.

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