壳聚糖絮凝剂在水处理中的应用研究进展

窦彤灵

窦彤灵

无锡新吴环保科技有限公司江苏无锡214028

摘要：随着经济的增长以及人们对物质文化追求的日益增加，我国工业的迅速发展，纺织产业、染整行业等规模不断扩大，工业废水污染日趋加剧，所以加强废水污染治理的工作十分紧迫。本文将通过对我国在废水治理中使用的主要药剂材料和存在的问题进行分析，进而探讨壳聚糖作为絮凝剂在水处理中的应用。

关键词：壳聚糖；絮凝剂；废水处理；进展

1前言

壳聚糖对许多物质具有吸附作用，可以用于污水絮凝的处理，达到普通絮凝剂的效果。采用丙烯酰胺改性壳聚糖，经改良后的改性壳聚糖比壳聚糖本身表面结构更加粗糙，对于吸附架桥能力有较大提升，对污水中小颗粒的絮凝作用大大提高。

2目前我国在废水治理中使用的主要药剂材料和存在的问题

2.1无机纳米材料

目前使用最广泛的废水处理的药剂是纳米固载材料，它相对于传统的重金属材料，具有重复利用性高、水体环境下分子存在稳定、对水体污染物的吸收性好等优点，因此，在废水处理中受到了极大的应用和推广。纳米材料在废水处理技术上的应用仍然也存在着一定的问题。譬如纳米粒子在吸收污染物的过程中同时也会释放出有毒离子，对水体环境造成二次伤害和污染，甚至对生物及环境的安全性都有巨大的影响和危害。

2.2有机合成的高分子材料

这种材料的主要作用是作为一种絮凝剂的存在，并通过各种各样的形式对水体中的目标污染物进行获取和捕捉，这些高分子由小到大的进行聚集，产生强烈的重力作用，逐渐下沉。而分子当中携带污染物的絮体则从水体中脱落出来，使污染物很容易的进行分离与去除。但是，虽然这种絮凝剂有着很好的去除效果，仍然存在着一定的不足和缺点，例如，有机分子形成的絮凝剂难以降解、个体分子携带生物毒性和污染的概率较高。

2.3天然高分子材料

这种材料的最大优点是成本低廉，对于工厂节省开支，降低废水处理费用具有很大的优势和好处，因此受到了工厂的普遍青睐。目前常用的天然吸附污染物材料有纤维素及其衍生物、壳聚糖以及腐殖酸等。壳聚糖的特点是在酸性溶液中可溶解，其他条件不溶于水，并且对于重金属产生一定的亲和力，对水体中的半径较大的重金属污染物具有选择性的吸附作用。但是，壳聚糖的机械程度较差，并且对环境的适应范围比较小，只能在酸性环境中溶解，因此在废水处理中也存在着一定的局限性。因而，本文对改性壳聚糖絮凝剂的制备及其在污水处理中的性能进行了研究。

3实验部分

3.1实验材料及设备

实验材料：丙烯酰胺；硝酸铈铵；冰乙酸；无水乙醇；硫酸均为分析纯；壳聚糖（工业级，脱乙酰度≥95%，）。

实验设备：JJ300型电子天平；玻璃仪器；WGZ-I型数字式浊度仪；JJ-4型六联电动搅拌器；S-3000N型扫描电镜；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器；TENSOR27型傅里叶变换红外光谱分析仪。

3.2改性壳聚糖的制备和提纯

启动电热恒温水浴锅，调节到50℃预热至指定温度。将0.5g干燥后的壳聚糖放置于250mL反应瓶中，放入水浴锅加热。移取一定量1.5%冰乙酸溶液和蒸馏水于反应瓶中。搅拌直至壳聚搪完全溶解，通入氮气15~30min，驱除氧气，加入硝酸铈铵（引发剂）溶液，搅拌20min后，加入质量分数为33%丙烯酰胺，搅拌3h。反应结束后在混合溶液中加入少量乙醇，并用NaOH调节pH至弱碱性析出共聚物。产物用无水乙醇洗涤并真空干燥。

3.3污水中COD和浊度的测定

在水中添加葡萄糖、淀粉、油脂和一些细小的悬浮颗粒，经搅拌形成配制好的摸拟污水。人工模拟污水后，测定其初始COD浓度和浊度，然后再用配置好的改性絮凝剂处理污水，再次测定其COD浓度和浊度，依据污水处理前后的浓度数据，计算二者的去除率。

（1）污水COD的测定

接通电源，打开COD恒温加热器电源开关，加热到170℃恒定。在加热管中加入沸石或小瓷粒，20mL混合均匀水样或重蒸馏水，10mL重铬酸钾标准溶液，30mL硫酸-硫酸银溶液，并混匀，使用前小心摇动）。加热器接冷凝管，放入加热器中，沸腾后计时回流两小时，回流结束后进行冷却，用水清洗冷凝管壁，并加水稀释至140mL。加3滴试亚铁灵指示液（溶解0.7g七水合硫酸亚铁于50mL蒸馏水中，加入1.5g邻菲罗啉，搅动至溶解，加水稀释至100mL），用硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定（溶解39g硫酸亚铁铵于水中，冷却后稀释至1000mL），滴定时用恒温磁力搅拌器进行搅拌，使其混合均匀，最终溶液由黄色经蓝绿色至棕褐色为滴定终点。

（2）污水浊度的测定

使用浊度仪测定空白水样以及待测水样。将浊度为零的水倒入试样瓶中直至刻度线。将装好浊度水的试样瓶放置于试样座内，保证试样瓶的刻度线与准试样座上的定位线齐平，盖上遮光盖，待读数稳定后调节调零旋钮。采用同样的方法装置测定待测水样，记录下水样的浊度值。若样品超过100NTU时，需进行稀释测定。

3.4分析计算

污水中CODCr去除率的计算：

CODCr去除率按照式（1）和式（2）计算。上述式中，C，V0，V1，V，CODCr0，CODCr1分别为：标准溶液硫酸亚铁按浓度，mol/L；空白滴定消耗的硫酸亚铁铵标准溶液体积，mL；样品滴定消耗的硫酸亚铁铵标准溶液体积，mL；样品体积，mL；原水的化学需氧量，mg/L；处理后水的化学需氧量，mg/L。

4实验结果与分析

4.1改性壳聚糖对污水中COD的去除效果

分别取50mL模拟污水，调节pH=7，加入不同体积质量分数为1%的改性壳聚糖，絮凝沉淀后取上清液测定其吸光度，并计算COD去除率及浊度去除率。由图1可以看出改性壳聚糖用量对污水的COD去除率有较大影响，污水中COD去除率随改性壳聚糖加入量的增大而增大，当加入量在2mL时，污水的去除率最大，达到81%。这是由于改性壳聚糖属于酸性物质，在水中可以解离出H+，用量大时，溶液pH降低，影响絮凝效果。另外，改性壳聚糖属于高分子有机化合物，存在于水体中被认为是一种消耗氧气的物质，因此投加量过大也会导致COD去除效果下降。

4.2改性壳聚糖对污水中浊度的去除效果

由图2可以看出，随着改性壳聚糖的增加，污水中的浊度去除率随之增加，当投加量达到3mL时，上清液浊度去除率达到93%，此时浊度去除率最高，而随着投加量的继续增大，去除率反而降低。在一定范围内，改性壳聚糖投加量越多，其与污水中悬浮颗粒的接触就会越充分，絮凝效果就越好。随着壳聚糖投加量的不断增加，酸性物质增多，水中pH值降低，导致絮凝效果下降。

5结语

从上述实验结果看，改性后的壳聚糖能有效去除污水中COD和浊度，节省絮凝剂的用量，节约水处理成本，是一种较为优良的水处理剂。

参考文献：

[1]陈夕.壳聚糖在水处理中的应用研究进展[J].贵州化工，2010(04).

[2]吴婷婷.壳聚糖在水处理中的应用进展[J].化工新型材料，2012(03).