Chitosan-Abwasserbehandlung

In herkömmlichen Wasseraufbereitungssystemen sind Aluminium- und Eisensalze die am häufigsten verwendeten Flockungsmittel. Im aufbereiteten Wasser verbleibende Aluminiumsalze gefährden die menschliche Gesundheit und die restlichen Eisensalze beeinflussen die Wasserfarbe usw.; in den meisten Abwasseraufbereitungssystemen sind Sekundärverschmutzungsprobleme wie große Schlammmengen und deren schwierige Entsorgung schwer zu lösen. Deshalb ist die Suche nach einem natürlichen Produkt, das keine Sekundärverschmutzung der Umwelt verursacht, um Aluminium- und Eisensalz-Flockungsmittel zu ersetzen, heute ein Muss für die Umsetzung nachhaltiger Entwicklungsstrategien. Natürliche Polymerflockungsmittel haben unter vielen Flockungsmitteln aufgrund ihrer reichlichen Rohstoffquellen, ihres niedrigen Preises, ihrer guten Selektivität, ihrer geringen Dosierung, ihrer Sicherheit und Ungiftigkeit sowie ihrer vollständigen biologischen Abbaubarkeit große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Nach Jahrzehnten der Entwicklung ist eine große Anzahl natürlicher Polymerflockungsmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten entstanden, von denen Stärke, Lignin, Chitosan und Pflanzenleim derzeit weit verbreitet sind.

ChitosanEigenschaften

Chitosan ist ein weißer, amorpher, durchscheinender, flockiger Feststoff, der in Wasser unlöslich, aber in Säure löslich ist und das Deacetylierungsprodukt von Chitin ist. 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 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 Wasserstoffbrücken oder Ionenbindungen auch netzwerkartige Strukturen bilden können. Käfigmoleküle, wodurch viele giftige und schädliche Schwermetallionen komplexiert und entfernt werden. Chitosan und seine Derivate haben ein breites Anwendungsspektrum und finden nicht nur in der Textil-, Druck- und Färbeindustrie, Papierherstellung, Medizin, Nahrungsmittelindustrie, chemischen Industrie, Biologie und Landwirtschaft sowie in vielen anderen Bereichen vielfältige Anwendungswerte, sondern können auch in der Wasseraufbereitung als Adsorptionsmittel, Flockungsmittel, Fungizid, Ionenaustauscher, Membranpräparate usw. eingesetzt werden. Aufgrund seiner einzigartigen Vorteile in der Wasserversorgung und Wasseraufbereitung wurde Chitosan von der US-Umweltschutzbehörde als Reinigungsmittel für Trinkwasser zugelassen.

Anwendung vonChitosanin der Wasseraufbereitung

(1) Entfernung von Schwebstoffen aus dem Wasserkörper. In natürlichem Wasser wird es aufgrund der Existenz von Tonbakterien usw. zu einem negativ geladenen Kolloidsystem. Als langkettiges kationisches Polymer kann Chitosan die Doppelfunktion der elektrischen Neutralisation und Koagulation sowie der Adsorption und Brückenbildung erfüllen und hat eine starke Koagulationswirkung auf Schwebstoffe. Verglichen mit herkömmlichen Flockungsmitteln wie Alaun und Polyacrylamid hat Chitosan eine bessere Klärwirkung. RAVID et al. untersuchten die Wirkung der Flockungsbehandlung einer einzelnen Kaolin-Wasserverteilung bei einem Chitosan-pH-Wert von 5–9 und fanden heraus, 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 gebildeten Flocken sind grob und schnell, und die gesamte Flockungssedimentationszeit überschreitet nicht 1 Stunde; Bei sinkendem oder steigendem pH-Wert nimmt jedoch die Flockungseffizienz ab. Dies deutet darauf hin, dass Chitosan nur in einem sehr engen pH-Bereich eine gute Polymerisation mit Kaolinpartikeln eingehen kann. Studien haben gezeigt, dass bei der Behandlung einer geflockten Bentonitsuspension mit Chitosan ein breiter pH-Bereich geeignet ist. Daher ist es bei trübem Wasser mit kaolinähnlichen Partikeln notwendig, eine entsprechende Menge Bentonit als Koagulans zuzugeben, um die Polymerisation zu verbessern.Chitosanauf die Partikel. Später fanden RAVID et al. heraus, dass

Enthält die Kaolin- oder Titandioxid-Suspension Humus, lässt sich dieser mit Chitosan leicht ausflocken und ausfällen, da der negativ geladene Humus an der Oberfläche der Partikel haftet und die pH-Wert-Einstellung erleichtert. Chitosan zeigte auch in natürlichen Gewässern mit unterschiedlicher Trübung und Alkalität hervorragende Flockungseigenschaften.

(2) Entfernung von Algen und Bakterien aus dem Gewässer. In den letzten Jahren wurde im Ausland die Adsorption und Flockung von Chitosan an biologischen Kolloidsystemen wie Algen und Bakterien untersucht. Chitosan wirkt algenabscheidend auf Süßwasseralgen, insbesondere Spirulina, Oszillatoralgen, Chlorella und Blaualgen. Studien haben gezeigt, dass die Entfernung von Süßwasseralgen bei einem pH-Wert von 7 am besten gelingt; bei Meeresalgen liegt der pH-Wert niedriger. Die geeignete Chitosan-Dosierung hängt von der Algenkonzentration im Gewässer ab. Je höher die Algenkonzentration, desto mehr Chitosan muss zugegeben werden. Eine Erhöhung der Chitosan-Dosierung führt tendenziell zu schnellerer Flockung und Ausfällung. Die Algenabscheidung kann anhand der Trübung gemessen werden. Bei einem pH-Wert von 7, 5 mg/lChitosankann 90 % der Trübung im Wasser entfernen, und je höher die Algenkonzentration, desto gröber die Flockenpartikel und desto besser die Sedimentationsleistung.

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

(3) Entfernung von Aluminiumrückständen und Reinigung des Trinkwassers. Aluminiumsalze und Polyaluminium-Flockungsmittel werden häufig in der Leitungswasseraufbereitung eingesetzt. Die Verwendung von Aluminiumsalz-Flockungsmitteln kann jedoch zu einem erhöhten Aluminiumgehalt im Trinkwasser führen. Aluminiumrückstände im Trinkwasser stellen eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Obwohl auch Chitosan mit Wasserrückständen behaftet ist, sind diese Rückstände, da es sich um ein natürliches, ungiftiges alkalisches Aminopolysaccharid handelt, unschädlich für den menschlichen Körper und können im nachfolgenden Aufbereitungsprozess entfernt werden. Darüber hinaus kann die kombinierte Verwendung von Chitosan und anorganischen Flockungsmitteln wie Polyaluminiumchlorid den Gehalt an Aluminiumrückständen reduzieren. Daher bietet Chitosan in der Trinkwasseraufbereitung Vorteile, die andere synthetische organische Polymerflockungsmittel nicht ersetzen können.

Anwendung von Chitosan in der Abwasserbehandlung

(1) Entfernen Sie Metallionen. Die Molekülkette vonChitosanund seine Derivate enthalten eine große Zahl von Aminogruppen und Hydroxygruppen, sodass sie eine chelatbildende Wirkung auf viele Metallionen haben und Schwermetallionen in der Lösung wirksam adsorbieren oder binden können. Studien von Catherine A. Eiden und anderen haben gezeigt, dass die Adsorptionskapazität von Chitosan für Pb2+ und Cr3+ (in Chitosaneinheiten) 0,2 mmol/g bzw. 0,25 mmol/g erreicht und somit 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 von Kupferionen in der Wasserprobe von weniger als 100 mg/l die Kupferentfernungsrate über 99 % lag; die Massenkonzentration beträgt 400 mg/l und die Massenkonzentration von Kupferionen in der Restflüssigkeit entspricht noch immer dem nationalen Abwasserstandard. Ein weiteres Experiment zeigte, 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) Behandlung von Abwasser mit hohem Proteingehalt, wie z. B. Lebensmittelabwasser. Bei der Lebensmittelverarbeitung wird Abwasser mit hohen Schwebstoffanteilen abgeleitet. Das Chitosanmolekül enthält Amid-, Amino- und Hydroxygruppen. Durch die Protonierung der Aminogruppe fungiert es als kationischer Polyelektrolyt, der nicht nur eine chelatbildende Wirkung auf Schwermetalle hat, sondern auch negativ geladene Feinpartikel im Wasser effektiv flocken und adsorbieren kann. Chitin und Chitosan können durch Wasserstoffbrückenbindungen Komplexe mit Proteinen, Aminosäuren, Fettsäuren usw. bilden. Fang Zhimin et al. verwendetenChitosan, Aluminiumsulfat, Eisensulfat und Polypropylenphthalamid als Flockungsmittel zur Rückgewinnung von Proteinen aus Abwässern der Meeresfrüchteverarbeitung. Es werden hohe Proteinrückgewinnungsraten und eine hohe Lichtdurchlässigkeit des Abwassers erreicht. Da Chitosan selbst ungiftig ist und keine Sekundärverschmutzung verursacht, kann es zur Rückgewinnung nützlicher Substanzen wie Protein und Stärke aus Abwässern von Lebensmittelverarbeitungsbetrieben zur Weiterverarbeitung und Wiederverwendung, beispielsweise als Zusatz zu Futtermitteln, eingesetzt werden.

(3) Behandlung von Druck- und Färbeabwässern. Druck- und Färbeabwässer sind Abwässer, die bei der Vorbehandlung, Färbung, Bedruckung und Veredelung von Textilien wie Baumwolle, Wolle, Chemiefasern usw. anfallen. Sie enthalten üblicherweise Salze, organische Tenside und Farbstoffe, sind komplex aufgebaut, weisen eine hohe Farbsättigung und einen hohen CSB-Wert auf und wirken antioxidativ und biologisch abbaubar, was äußerst schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt ist. Chitosan enthält Amino- und Hydroxygruppen und hat eine starke Adsorptionswirkung auf Farbstoffe, darunter physikalische, chemische und Ionenaustauschadsorption, hauptsächlich durch Wasserstoffbrücken, elektrostatische Anziehung, Ionenaustausch, Van-der-Waals-Kräfte und hydrophobe Wechselwirkungen. Gleichzeitig enthält die Molekülstruktur von Chitosan eine große Anzahl primärer Aminogruppen, die durch Koordinationsbindungen einen hervorragenden Polymerchelatbildner bilden, der Farbstoffe im Abwasser agglutinieren kann. Chitosan ist ungiftig und verursacht keine Sekundärverschmutzung.

(4) Anwendung in der Schlammentwässerung. Derzeit wird in den meisten städtischen Kläranlagen kationisches Polyacrylamid zur Schlammbehandlung eingesetzt. Die Praxis hat gezeigt, dass dieses Mittel eine gute Flockungswirkung hat und sich Schlamm leicht entwässern lässt, seine Rückstände, insbesondere Acrylamidmonomer, sind jedoch stark krebserregend. Daher ist die Suche nach einem Ersatz sehr sinnvoll. Chitosan ist ein guter Schlammkonditionierer, der die Bildung von Belebtschlammbakterienmizellen fördert, die negativ geladene Schwebstoffe und organische Stoffe in der Lösung agglomerieren und so die Behandlungseffizienz des Belebtschlammprozesses verbessern können. Studien haben gezeigt, dass das Flockungsmittel aus Polyaluminiumchlorid und Chitosan nicht nur eine deutliche Wirkung bei der Schlammkonditionierung hat, sondern auch, dass im Vergleich zur Verwendung von PAC oder Chitosan allein der spezifische Schlammwiderstand zunächst einen niedrigeren Wert erreicht und die Filtrationsrate höher ist. Es ist schneller und ein besserer Konditionierer; Darüber hinaus wurden drei Arten von Carboxymethylchitosan (N-Carboxymethylchitosan, N,O-Carboxymethylchitosan und O-Carboxymethylchitosan) als Flockungsmittel verwendet und auf ihre Entwässerungsleistung für den Schlamm getestet. Dabei stellte sich heraus, dass die gebildeten Flocken stark waren und nicht leicht aufbrachen. Dies deutet darauf hin, dass die Wirkung des Flockungsmittels auf die Schlammentwässerung deutlich besser war als die von gewöhnlichen Flockungsmitteln.

Chitosanund seine Derivate sind rohstoffreich, natürlich, ungiftig, abbaubar und verfügen über vielfältige Eigenschaften. Sie sind umweltfreundliche Mittel zur Wasseraufbereitung. Der Rohstoff Chitin ist die zweitgrößte natürliche organische Verbindung der Welt. Daher hat die Entwicklung von Chitosan in der Wasseraufbereitung in den letzten Jahren einen deutlichen Wachstumsschub erfahren. Als natürliches Polymer, das Abfall in wertvolle Stoffe verwandelt, wurde Chitosan zunächst in vielen Bereichen eingesetzt, doch Leistung und Anwendung einheimischer Produkte weisen im Vergleich zu anderen hochentwickelten Ländern noch gewisse Lücken auf. Mit der Vertiefung der Forschung zu Chitosan und seinen Derivaten, insbesondere zu modifiziertem 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 Anwendungsspektrum werden einen sehr großen Marktwert und große Anwendungsaussichten haben.

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