常规水处理系统中，应用最广泛的絮凝剂是铝盐和铁盐，处理后水中残留的铝盐会危害人体健康，残留的铁盐会影响水的色度等；在大多数废水处理中，难以克服污泥量大、污泥处置难等二次污染问题。因此，寻求一种不对环境造成二次污染的天然产品来替代铝盐和铁盐絮凝剂是当今实施可持续发展战略的需要。天然高分子絮凝剂因其原料来源丰富、价格低廉、选择性好、用量小、安全无毒、生物降解完全等特点，在众多絮凝剂中备受关注。经过几十年的发展，出现了一大批不同性能和用途的天然高分子絮凝剂，其中目前应用广泛的有淀粉、木质素、壳聚糖和植物胶等。
壳聚糖特性
壳聚糖是一种白色无定形、半透明片状固体，不溶于水，溶于酸，是甲壳素的脱乙酰化产物。一般来说，当甲壳素中的N-乙酰基被除去55%以上时，才能称为壳聚糖。甲壳素是动物和昆虫外骨骼的主要成分，是地球上仅次于纤维素的第二大天然有机化合物。作为絮凝剂，壳聚糖天然、无毒、可降解。壳聚糖大分子链上分布着许多羟基、氨基和部分N-乙酰氨基，在酸性溶液中可以形成电荷密度较高的阳离子聚电解质，也可以通过氢键或离子形成网状结构。债券。笼住分子，从而络合去除许多有毒有害的重金属离子。壳聚糖及其衍生物用途广泛，不仅在纺织、印染、造纸、医药、食品、化工、生物和农业等诸多领域有许多应用价值，而且在水处理方面，可用于作为吸附剂、絮凝剂、杀菌剂、离子交换剂、膜制剂等。壳聚糖因其在供水应用和水处理方面的独特优势，已被美国环境保护局批准作为饮用水净化剂。
(1)去除水体中的悬浮物。在天然水中，由于粘土细菌等的存在，成为带负电的胶体体系。壳聚糖作为一种长链阳离子聚合物，能起到电中和、混凝和吸附架桥的双重功能，具有很强的混凝作用。对悬浮物质的影响。与传统的明矾和聚丙烯酰胺作为絮凝剂相比，壳聚糖具有更好的澄清效果。拉维德等人。研究了壳聚糖pH值为5-9时单一高岭土配水的絮凝处理效果，发现絮凝受pH值影响较大，有效除浊pH值为7.0-7.5。1mg/L絮凝剂，除浊率超过90%，产生的絮凝体粗而快，总絮凝沉降时间不超过1h；但当pH值降低或升高时，絮凝效率降低，表明只有在很窄的pH范围内，壳聚糖才能与高岭土颗粒形成良好的聚合。有研究发现，絮凝膨润土悬浮液用壳聚糖处理时，适宜的pH值范围较宽。因此，当浑水中含有类似高岭土的颗粒时，需要添加适量的膨润土作为混凝剂，以提高其聚合效果。壳聚糖在颗粒上。后来，RAVID 等人。发现
如果高岭土或二氧化钛悬浮液中存在腐殖质，则很容易用壳聚糖将其絮凝沉淀，因为带负电荷的腐殖质附着在颗粒表面，腐殖质易于调节pH值。壳聚糖对于不同浊度和碱度的天然水体仍表现出优越的絮凝性能。
(2)去除水体中的藻类和细菌。近年来，国外有人开始研究壳聚糖对藻类、细菌等生物胶体体系的吸附和絮凝作用。壳聚糖对淡水藻类，即螺旋藻、振荡藻、小球藻和蓝绿藻有去除作用。研究表明，对于淡水藻类，pH 值为 7 时去除效果最佳；对于海藻来说，pH 值较低。壳聚糖的合适用量取决于水体中藻类的浓度。藻类浓度越高，需要添加的壳聚糖用量越多，壳聚糖用量增加容易引起絮凝沉淀。快点。浊度可以衡量藻类的去除情况。pH值为7时，5mg/L壳聚糖可去除水中90%的浊度，且藻类浓度越高，絮体颗粒越粗，沉降性能越好。
显微镜检查显示，通过絮凝沉淀去除的藻类只是聚集、粘附在一起，仍处于完整的活性状态。由于壳聚糖不会对水中的物种造成任何负面影响，因此处理后的水仍然可以用于淡水养殖，这与用于水处理的其他合成絮凝剂不同。壳聚糖对细菌的去除机制比较复杂。通过研究壳聚糖对大肠杆菌的絮凝，发现不平衡桥联机制是絮凝体系的主要机制，壳聚糖在细胞碎片上产生氢键。另一项研究表明，壳聚糖絮凝大肠杆菌的效率不仅取决于电介质的带电性，还取决于其水力尺寸。
(3)去除残铝，净化饮用水。铝盐和聚合铝絮凝剂广泛应用于自来水处理工艺中，但使用铝盐絮凝剂会导致饮用水中铝含量增加。饮用水中残留的铝严重危害人体健康。虽然壳聚糖也存在水残留的问题，但由于它是天然无毒的碱性氨基多糖，残留物不会对人体造成危害，并且可以在后续的处理过程中去除。另外，壳聚糖与聚合氯化铝等无机絮凝剂联合使用，可降低残留铝的含量。因此，在饮用水处理中，壳聚糖具有其他合成有机高分子絮凝剂无法替代的优点。
壳聚糖在废水处理中的应用
(1)去除金属离子。分子链为壳聚糖其衍生物含有大量的氨基和羟基，因此对许多金属离子具有螯合作用，能有效吸附或捕获溶液中的重金属离子。Catherine A. Eiden等研究表明，壳聚糖对Pb2+和Cr3+（以壳聚糖为单位）的吸附能力分别达到0.2 mmol/g和0.25 mmol/g，具有很强的吸附能力。张廷安等.使用脱乙酰壳聚糖通过絮凝去除铜。结果表明，当pH值为8.0、水样中铜离子质量浓度低于100 mg/L时，铜去除率在99%以上；质量浓度为400mg/L，残液中铜离子质量浓度仍符合国家废水排放标准。另有实验证明，当pH=5.0、吸附时间为2h时，壳聚糖对吸附化学镀镍废液中Ni2+的去除率可达72.25%。
(2)处理食品废水等蛋白质含量高的废水。食品加工过程中会排放含有大量悬浮物的废水。壳聚糖分子含有酰胺基、氨基和羟基。随着氨基的质子化，表现出阳离子聚电解质的作用，不仅对重金属有螯合作用，而且能有效絮凝、吸附水中带负电的细小颗粒。甲壳素和壳聚糖可与蛋白质、氨基酸、脂肪酸等通过氢键形成复合物。方志敏等。用过的壳聚糖、硫酸铝、硫酸铁和聚丙烯邻苯二甲酰胺作为絮凝剂，从海鲜加工废水中回收蛋白质。可获得较高的蛋白质回收率和出水透光率。由于壳聚糖本身无毒，无二次污染，可用于回收食品加工厂废水中的蛋白质、淀粉等有用物质进行加工再利用，如添加到饲料中作为动物饲料。
(3)印染废水处理。印染废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在前处理、染色、印花和后整理过程中排出的废水。通常含有盐类、有机表面活性剂和染料等，成分复杂、色度大、COD高。，并向抗氧化、抗生物降解方向发展，这对人体健康和环境危害极大。壳聚糖含有氨基和羟基，对染料有很强的吸附作用，包括：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附，主要通过氢键、静电引力、离子交换、范德华力、疏水作用等。影响。同时，壳聚糖分子结构中含有大量伯氨基，通过配位键形成优良的高分子螯合剂，可以凝集废水中的染料，且无毒，不产生二次污染。
(4)在污泥脱水中的应用。目前，绝大多数城市污水处理厂采用阳离子聚丙烯酰胺处理污泥。实践证明，该药剂絮凝效果好，易于污泥脱水，但其残留物，特别是丙烯酰胺单体是强致癌物。因此，寻求其替代品是一项非常有意义的工作。壳聚糖是良好的污泥调理剂，有助于形成活性污泥菌胶束，使溶液中带负电的悬浮物和有机物凝聚，提高活性污泥工艺的处理效率。研究表明，聚合氯化铝/壳聚糖复合絮凝剂不仅对污泥调理效果明显，而且与使用单一PAC或壳聚糖相比，污泥比阻首先达到低点，滤速较高。它速度快，是一种更好的调理剂；另外，采用三种羧甲基壳聚糖（N-羧甲基壳聚糖、N,O-羧甲基壳聚糖和O-羧甲基壳聚糖）作为絮凝剂对污泥的脱水性能进行测试，发现形成的絮凝体坚固且不易破碎，表明该絮凝剂对污泥脱水的效果明显优于普通絮凝剂。
壳聚糖其衍生物资源丰富，天然、无毒、可降解，同时具有多种性能。它们是绿色水处理剂。其原料甲壳素是地球上第二大天然有机化合物。因此，近年来，壳聚糖在水处理方面的发展有着明显的增长势头。壳聚糖作为一种变废为宝的天然高分子化合物，已初步在多个领域得到应用，但国内产品的性能和应用与其他先进国家相比仍有一定差距。随着壳聚糖及其衍生物研究的不断深入，特别是具有优异合成性能的改性壳聚糖，越来越具有应用价值。探索壳聚糖在水处理中的应用技术，开发应用范围更广的壳聚糖衍生物环保产品，将具有非常广阔的市场价值和应用前景。
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发布时间：2022年8月9日