Chitosan-Abwasserbehandlung

In herkömmlichen Wasseraufbereitungssystemen sind Aluminiumsalze und Eisensalze die am häufigsten verwendeten Flockungsmittel. Die im behandelten Wasser verbleibenden Aluminiumsalze gefährden die menschliche Gesundheit und die restlichen Eisensalze beeinträchtigen die Farbe des Wassers usw.; In den meisten Fällen ist es bei der Abwasserbehandlung schwierig, die sekundären Verschmutzungsprobleme wie große Schlammmengen und schwierige Schlammentsorgung zu überwinden. Daher ist die Suche nach einem Naturprodukt, das keine sekundäre Umweltverschmutzung verursacht, als Ersatz für Aluminiumsalz- und Eisensalz-Flockungsmittel heute die Notwendigkeit für die Umsetzung nachhaltiger Entwicklungsstrategien. Natürliche Polymerflockungsmittel haben aufgrund ihrer reichlichen Rohstoffquellen, ihres niedrigen Preises, ihrer guten Selektivität, ihrer geringen Dosierung, ihrer Sicherheit und Ungiftigkeit sowie ihres vollständigen biologischen Abbaus unter vielen Flockungsmitteln große Aufmerksamkeit erregt. Nach jahrzehntelanger Entwicklung ist eine Vielzahl natürlicher Polymerflockungsmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten entstanden, darunter Stärke, Lignin, Chitosan und Pflanzenleim, die derzeit weit verbreitet sind.

ChitosanEigenschaften

Chitosan ist ein weißer, amorpher, durchscheinender, flockiger Feststoff, unlöslich in Wasser, aber löslich in Säure, dem Deacetylierungsprodukt von Chitin. Im Allgemeinen kann Chitosan als Chitosan bezeichnet werden, wenn die N-Acetylgruppe im Chitin zu mehr als 55 % entfernt ist. Chitin ist der Hauptbestandteil des Exoskeletts von Tieren und Insekten und nach Zellulose die zweitgrößte natürliche organische Verbindung auf der Erde. Als Flockungsmittel ist Chitosan natürlich, ungiftig und abbaubar. Auf der makromolekularen Kette von Chitosan sind viele Hydroxylgruppen, Aminogruppen und einige N-Acetylaminogruppen verteilt, die in sauren Lösungen kationische Polyelektrolyte mit hoher Ladungsdichte bilden können und durch Wasserstoffbrückenbindungen oder ionische Verbindungen auch netzwerkartige Strukturen bilden können Anleihen. Käfigmoleküle, wodurch viele giftige und schädliche Schwermetallionen komplexiert und entfernt werden. Chitosan und seine Derivate haben ein breites Anwendungsspektrum, nicht nur in der Textil-, Druck- und Färberei-, Papierherstellungs-, Medizin-, Lebensmittel-, chemischen Industrie, Biologie und Landwirtschaft und vielen anderen Bereichen mit vielfältigem Anwendungswert, sondern können auch in der Wasseraufbereitung eingesetzt werden als Adsorptionsmittel, Flockungsmittel, Fungizide, Ionenaustauscher, Membranpräparate usw. Chitosan wurde von der US-Umweltschutzbehörde aufgrund seiner einzigartigen Vorteile bei Wasserversorgungsanwendungen und Wasseraufbereitung als Reinigungsmittel für Trinkwasser zugelassen.

Anwendung vonChitosanin der Wasseraufbereitung

(1) Schwebstoffe im Gewässer entfernen. In natürlichem Wasser wird es aufgrund der Existenz von Tonbakterien usw. zu einem negativ geladenen Kolloidsystem. Als langkettiges kationisches Polymer kann Chitosan die Doppelfunktionen elektrische Neutralisierung und Koagulation sowie Adsorption und Brückenbildung erfüllen und verfügt über eine starke Koagulation Wirkung auf Schwebstoffe. Im Vergleich zu herkömmlichen Flockungsmitteln Alaun und Polyacrylamid hat Chitosan eine bessere Klärwirkung. RAVID et al. untersuchten die Wirkung der Flockungsbehandlung der einzelnen Kaolinwasserverteilung bei einem Chitosan-pH-Wert von 5–9 und stellten fest, dass die Flockung stark vom pH-Wert beeinflusst wurde und der effektive pH-Wert zur Trübungsentfernung 7,0–7,5 betrug. 1 mg/L Flockungsmittel, die Trübungsentfernungsrate übersteigt 90 %, die produzierten Flocken sind grob und schnell und die gesamte Flockungssedimentationszeit überschreitet nicht 1 Stunde; Wenn jedoch der pH-Wert sinkt oder steigt, nimmt die Flockungseffizienz ab, was darauf hinweist, dass Chitosan nur in einem sehr engen pH-Bereich eine gute Polymerisation mit Kaolinpartikeln bilden kann. Einige Studien haben ergeben, dass bei der Behandlung von geflockter Bentonitsuspension mit Chitosan ein breiter geeigneter pH-Wert-Bereich vorliegt. Wenn das trübe Wasser kaolinähnliche Partikel enthält, ist es daher notwendig, eine entsprechende Menge Bentonit als Koagulationsmittel zuzusetzen, um die Polymerisation zu verbessernChitosanauf den Partikeln. Später stellten RAVID et al. habe das gefunden

Wenn in der Kaolin- oder Titandioxid-Suspension Humus enthalten ist, lässt sich dieser leicht mit Chitosan ausflocken und ausfällen, da der negativ geladene Humus an der Oberfläche der Partikel haftet und der pH-Wert durch den Humus leicht eingestellt werden kann. Chitosan zeigte immer noch überlegene Flockungseigenschaften für natürliche Gewässer mit unterschiedlicher Trübung und Alkalität.

(2) Algen und Bakterien aus dem Gewässer entfernen. In den letzten Jahren haben einige Leute im Ausland damit begonnen, die Adsorption und Flockung von Chitosan an biologischen Kolloidsystemen wie Algen und Bakterien zu untersuchen. Chitosan hat eine entfernende Wirkung auf Süßwasseralgen, nämlich Spirulina, Oszillatoralgen, Chlorella und Blaualgen. Studien haben gezeigt, dass die Entfernung von Süßwasseralgen bei einem pH-Wert von 7 am besten gelingt; Bei Meeresalgen ist der pH-Wert niedriger. Die geeignete Dosierung von Chitosan richtet sich nach der Algenkonzentration im Gewässer. Je höher die Algenkonzentration, desto mehr Chitosan muss hinzugefügt werden, und eine Erhöhung der Chitosan-Dosis führt tendenziell zu Ausflockung und Ausfällung. Schneller. Die Trübung kann die Entfernung von Algen messen. Bei einem pH-Wert von 7,5 mg/LChitosankann 90 % der Trübungen im Wasser entfernen, und je höher die Algenkonzentration, desto gröber sind die Flockenpartikel und desto besser ist die Sedimentationsleistung.

Die mikroskopische Untersuchung ergab, dass die durch Flockung und Sedimentation entfernten Algen lediglich aggregiert und verklebt waren und sich noch in einem intakten und aktiven Zustand befanden. Da Chitosan keine negativen Auswirkungen auf die Arten im Wasser hat, kann das aufbereitete Wasser im Gegensatz zu anderen synthetischen Flockungsmitteln zur Wasseraufbereitung weiterhin für die Süßwasseraquakultur verwendet werden. Der Entfernungsmechanismus von Chitosan auf Bakterien ist relativ kompliziert. Bei der Untersuchung der Flockung von Escherichia coli mit Chitosan wurde festgestellt, dass der unausgeglichene Brückenmechanismus der Hauptmechanismus des Flockungssystems ist und Chitosan Wasserstoffbrückenbindungen auf Zelltrümmern erzeugt. Eine andere Studie zeigte, dass die Effizienz der Chitosan-Flockung von E. coli nicht nur von der Aufladbarkeit des Dielektrikums abhängt, sondern auch von seiner hydraulischen Dimension.

(3) Restaluminium entfernen und Trinkwasser reinigen. Aluminiumsalze und Polyaluminium-Flockungsmittel werden häufig in Leitungswasseraufbereitungsprozessen eingesetzt, die Verwendung von Aluminiumsalz-Flockungsmitteln kann jedoch zu einem erhöhten Aluminiumgehalt im Trinkwasser führen. Rückstände von Aluminium im Trinkwasser stellen eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Obwohl Chitosan auch das Problem von Wasserrückständen aufweist, da es sich um ein natürliches, ungiftiges alkalisches Aminopolysaccharid handelt, schädigen die Rückstände den menschlichen Körper nicht und können im nachfolgenden Behandlungsprozess entfernt werden. Darüber hinaus kann der kombinierte Einsatz von Chitosan und anorganischen Flockungsmitteln wie Polyaluminiumchlorid den Gehalt an Restaluminium reduzieren. Daher hat Chitosan in der Trinkwasseraufbereitung Vorteile, die andere synthetische organische Polymerflockungsmittel nicht ersetzen können.

Anwendung von Chitosan in der Abwasserbehandlung

(1) Metallionen entfernen. Die Molekülkette vonChitosanund seine Derivate enthalten eine große Anzahl von Aminogruppen und Hydroxylgruppen, sodass es eine chelatbildende Wirkung auf viele Metallionen hat und Schwermetallionen in der Lösung effektiv adsorbieren oder einfangen kann. Catherine A. Eiden und andere Studien haben gezeigt, dass die Adsorptionskapazität von Chitosan an Pb2+ und Cr3+ (in Chitosan-Einheiten) 0,2 mmol/g bzw. 0,25 mmol/g erreicht und eine starke Adsorptionskapazität aufweist. Zhang Ting'an et al. verwendeten deacetyliertes Chitosan, um Kupfer durch Flockung zu entfernen. Die Ergebnisse zeigten, dass bei einem pH-Wert von 8,0 und einer Massenkonzentration an Kupferionen in der Wasserprobe unter 100 mg/L die Kupferentfernungsrate über 99 % lag; Die Massenkonzentration beträgt 400 mg/L und die Massenkonzentration an Kupferionen in der Restflüssigkeit entspricht immer noch dem nationalen Abwasserentsorgungsstandard. Ein anderes Experiment bewies, dass bei einem pH-Wert von 5,0 und einer Adsorptionszeit von 2 Stunden die Entfernungsrate von Chitosan zu Ni2+ in der Abfallflüssigkeit der chemischen Adsorptionsvernickelung 72,25 % erreichen konnte.

(2) Abwasser mit hohem Proteingehalt wie Lebensmittelabwasser behandeln. Bei der Lebensmittelverarbeitung fallen Abwässer an, die große Mengen an Schwebstoffen enthalten. Das Chitosanmolekül enthält eine Amidgruppe, eine Aminogruppe und eine Hydroxylgruppe. Mit der Protonierung der Aminogruppe zeigt es die Rolle eines kationischen Polyelektrolyten, der nicht nur eine chelatbildende Wirkung auf Schwermetalle hat, sondern auch negativ geladene Feinpartikel im Wasser effektiv ausflocken und adsorbieren kann. Chitin und Chitosan können durch Wasserstoffbrückenbindungen mit Proteinen, Aminosäuren, Fettsäuren usw. Komplexe bilden. Fang Zhimin et al. gebrauchtChitosan, Aluminiumsulfat, Eisensulfat und Polypropylenphthalamid als Flockungsmittel zur Proteinrückgewinnung aus Abwasser der Meeresfrüchteverarbeitung. Es können eine hohe Proteinrückgewinnungsrate und eine hohe Lichtdurchlässigkeit des Abwassers erreicht werden. Da Chitosan selbst ungiftig ist und keine Sekundärverschmutzung aufweist, kann es zur Wiederverwertung nützlicher Substanzen wie Protein und Stärke im Abwasser von Lebensmittelverarbeitungsbetrieben zur Verarbeitung und Wiederverwendung, beispielsweise zur Zugabe zu Futtermitteln als Tierfutter, verwendet werden.

(3) Behandlung von Druck- und Färbereiabwässern. Unter Druck- und Färbeabwasser versteht man das Abwasser, das bei der Vorbehandlung, dem Färben, Drucken und Veredeln aus Baumwolle, Wolle, Chemiefasern und anderen Textilprodukten austritt. Es enthält normalerweise Salze, organische Tenside und Farbstoffe usw. mit komplexen Komponenten, großem Chroma und hohem CSB. und entwickeln sich in Richtung Antioxidation und Anti-Biodegradation, was äußerst schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt ist. Chitosan enthält Aminogruppen und Hydroxylgruppen und hat eine starke Adsorptionswirkung auf Farbstoffe, einschließlich: physikalische Adsorption, chemische Adsorption und Ionenaustauschadsorption, hauptsächlich durch Wasserstoffbindung, elektrostatische Anziehung, Ionenaustausch, Van-der-Waals-Kraft, hydrophobe Wechselwirkung usw. Wirkung. Gleichzeitig enthält die Molekülstruktur von Chitosan eine große Anzahl primärer Aminogruppen, die durch Koordinationsbindungen einen hervorragenden Polymer-Chelatbildner bilden, der Farbstoffe im Abwasser agglutinieren kann, ungiftig ist und keine Sekundärverschmutzung erzeugt.

(4) Anwendung bei der Schlammentwässerung. Derzeit verwendet die überwiegende Mehrheit der städtischen Kläranlagen kationisches Polyacrylamid zur Schlammbehandlung. Die Praxis hat gezeigt, dass dieses Mittel eine gute Flockungswirkung hat und sich leicht aus Schlamm entwässern lässt, seine Rückstände, insbesondere Acrylamidmonomer, sind jedoch stark krebserregend. Daher ist es eine sehr sinnvolle Aufgabe, nach einem Ersatz zu suchen. Chitosan ist ein guter Schlammkonditionierer, der zur Bildung von Belebtschlammbakterienmizellen beiträgt, die negativ geladene Schwebstoffe und organische Stoffe in der Lösung agglomerieren und die Behandlungseffizienz des Belebtschlammprozesses verbessern können. Studien haben gezeigt, dass das Polyaluminiumchlorid/Chitosan-Verbundflockungsmittel nicht nur eine offensichtliche Wirkung bei der Schlammkonditionierung hat, sondern auch, dass im Vergleich zur Verwendung eines einzelnen PAC oder Chitosan der spezifische Widerstand des Schlamms zunächst einen Tiefpunkt erreicht und die Filtrationsrate höher ist. Es wirkt schnell und ist ein besserer Conditioner; Darüber hinaus werden drei Arten von Carboxymethylchitosan (N-Carboxymethylchitosan, N,O-Carboxymethylchitosan und O-Carboxymethylchitosan) als Flockungsmittel verwendet. Das Flockungsmittel wurde auf die Entwässerungsleistung des Schlamms getestet und es wurde festgestellt, dass sich Flocken bildeten stark und nicht leicht zu brechen, was darauf hindeutet, dass die Wirkung des Flockungsmittels auf die Schlammentwässerung deutlich besser war als die von gewöhnlichen Flockungsmitteln.

Chitosanund seine Derivate sind ressourcenreich, natürlich, ungiftig, abbaubar und haben gleichzeitig verschiedene Eigenschaften. Sie sind grüne Wasseraufbereitungsmittel. Sein Rohstoff Chitin ist die zweitgrößte natürliche organische Verbindung der Erde. Daher hat die Entwicklung von Chitosan in der Wasseraufbereitung in den letzten Jahren eine offensichtliche Wachstumsdynamik erfahren. Als natürliches Polymer, das Abfall in Schätze verwandelt, wurde Chitosan zunächst in vielen Bereichen eingesetzt, doch die Leistung und Anwendung einheimischer Produkte weist im Vergleich zu anderen fortgeschrittenen Ländern immer noch eine gewisse Lücke auf. Mit der Vertiefung der Forschung zu Chitosan und seinen Derivaten, insbesondere dem modifizierten Chitosan mit hervorragenden Syntheseeigenschaften, gewinnt es immer mehr an Anwendungswert. Die Erforschung der Anwendungstechnologie von Chitosan in der Wasseraufbereitung und die Entwicklung umweltfreundlicher Produkte aus Chitosan-Derivaten mit einem breiteren Anwendungsbereich werden sehr breite Marktwerte und Anwendungsaussichten haben.

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