壳聚糖复合絮凝剂应用于生活污水处理

Posted 2023-01-12 污水处理

篇首语：富贵必从勤苦得，男儿须读五车书。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了壳聚糖复合絮凝剂应用于生活污水处理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

壳聚糖作为一种天然有机高分子絮凝剂在城市生活污水处理中有着独特的功效和作用，它与传统的化学絮凝剂相比，具有投加量少、沉降速度快、去除效率高、污泥易处理、无二次污染等特点，我们利用废弃的虾(蟹)壳先制备出壳聚糖，然后将此壳聚糖与其他絮凝剂和助剂按一定配方和工艺配制成壳聚糖复合絮凝剂，将其应用于城市生活污水的一级强化处理，与传统的化学絮凝剂(如常用的聚合氯化铝PAC)相比，化学耗氧量(COD)的去除率提高了7—13%，固体悬浮物(SS)的去除率提高了3—10%，铝离子浓度[Al3+]下降了61—85%，药剂加量减少了76—82%，因此，该絮凝剂在城市生活污水处理中具有重要的推广应用价值。

1 生活污水及絮凝剂

(1)城市生活污水水样　清华大学西北小区生活污水(COD=315mg•l-1，SS=125mg•l-1);济南市水质净化一厂原水(COD=155mg•l-1，SS=188mg•l-1);北京市高碑店污水处理厂二沉池出水(COD=82mg•l-1，SS=18mg•l-1)。
(2)絮凝剂　壳聚糖(CTS，自制，脱乙酰度93%，粘均分子量940000u);壳聚糖复合絮凝剂(自制);聚合氯化铝(PAC，工业一级);乙酸(工业一级)。

2　试验方法

(1)絮凝剂的配制　将粉状壳聚糖复合絮凝剂与015%的HAc水溶液混配成10%以下的液体絮凝剂，在室温下搅拌约10min后得到一淡黄色透明液体，即为壳聚糖复合絮凝剂添加液。同理，将PAC固态粉末与蒸馏水配制成5%以下的液体絮凝剂，即为PAC絮凝剂添加液，与壳聚糖复合絮凝剂作对比试验用。

(2)试验方法　将水样分别置于6个500ml的烧杯中至500ml，在转速为150r•min-1的六联搅拌下，分别向杯中滴加不同质量或不同种类的絮凝剂添加液，加毕继续搅拌10min，絮凝反应完毕，将溶液再分别倒入6个1000ml的梨形分液漏斗中静置分层。30min后，用移液管从漏斗的上层清液中取出一定体积的上层清液，分别用污水COD速测仪测定其COD值和用滤纸重量法测定其SS值，用电感耦合等离子体质谱仪测定其铝离子浓度[Al3+]。

(3)对比试验　先用PAC絮凝剂对某一生活污水进行絮凝试验，找出其COD和SS去除率达到最高时之加量，即PAC最佳加量;然后在低于此PAC最佳加量之成本的前提下，设计出不同加量和不同配方的壳聚糖复合絮凝剂对此生活污水进行对比试验，以确定壳聚糖复合絮凝剂的最佳配方或种类，并对铝离子浓度[Al3+]进行比较测定。

3　三种不同来源的生活污水的处理结果及讨论

(1)从表1—表3的处理结果可以看出，3#CTS复合絮凝剂的效果最好，其加量大小与污水中COD浓度大小有直接的关系。从表2和表3还可以看出，当污水中COD浓度较大，CTS复合絮凝剂的投加量也随之增大，反之亦然。在一般情况下污水中COD值与3#CTS复合絮凝剂的最佳投加量存在以下比例关系:COD值(mg•l-1)∶3#CTS复合絮凝剂的最佳投加量(mg•l-1)=812—817∶1。

(2)从以上三种生活污水的对比试验结果可以看出，壳聚糖复合絮凝剂的主要技术经济指标均明显优于传统絮凝剂PAC，其中以3#CTS复合絮凝剂效果最佳，它与传统絮凝剂PAC同比:COD去除率提高7—13%，SS去除率提高3—10%，[Al3+]下降61—85%，药剂加量减少76—82%，且这种效果随着生活污水COD浓度的增加而增加。

(3)从壳聚糖的分子结构可以看出，在壳聚糖线性分子链上含有多个羟基(—OH)和氨基(—NH2)，这些含有剩余电子对的—OH和—NH2可将电子提供给含有空d轨道的金属离子Mn+(一般为非碱或非碱土金属离子)螯合成稳定的内络盐(—N—M—O—)[2]，使之可去除水中诸如:Al3+，Zn2+，Cr6+，Hg2+，Pb2+，Cu2+等多种有害金属离子[3—5]。另一方面，壳聚糖中的活泼—NH2可与水中H+加质子化形成阳离子型聚电解质[5]，通过静电吸引和吸附将水中的粗细粒子凝聚成大絮体而沉降下来，从而达到去除水中COD和SS之目的[6—8]。此外，在壳聚糖复合絮凝剂中加入适量硫酸盐有助于胶体脱稳、聚沉速度加快，因为阳离子型壳聚糖与SO2-4之间可形成化学架桥，中和并降低了胶体微粒的表面电荷，压缩了胶体微粒的双电层，使胶体微粒凝聚脱稳，更易絮凝沉降[3]。溶液的pH值对壳聚糖的絮凝效果也有直接影响，当pH值太高(8以上)时，大多数金属离子会水解成羟基络合物，空d轨道被占据，导致CTS的吸附量下降;当pH值太低(6以下)时，—NH2被大量质子化成—NH+3，大大削弱了氨基的螯合作用，使其吸附量降低，所以壳聚糖复合絮凝剂所处理溶液的pH值应为pH=6—8，当pH=7时絮凝效果最佳[4]。。

(4)从处理结果可以看出，出水中铝离子浓度降低幅度最大，达61—85%，这一结果应用于城市生活污水处理中，将大大减少处理后的污水和污泥中的铝离子对环境造成的二次污染。

综上所述，壳聚糖复合絮凝剂用于城市生活污水处理与传统絮凝剂PAC相比，COD去除率提高7—13%，SS去除率提高3—10%，[Al3+]下降61—85%，药剂加量减少76—82%，在我国城市生活污水处理行业具有重要的推广应用价值。（）