天然絮凝劑殼聚糖對皂素廢水的深度處理實驗

李 莉,劉光東,張衛(wèi)東

天然絮凝劑殼聚糖對皂素廢水的深度處理實驗

李 莉1,劉光東1,張衛(wèi)東2

(1.鄖陽師范高等專科學(xué)?；瘜W(xué)系,湖北丹江口442700;2.湖北省丹江口市環(huán)境監(jiān)測站,湖北丹江口442700)

以殼聚糖為絮凝劑深度處理皂素廢水,測試了絮凝劑投加量、水樣的p H和水溫等因素對絮凝效果的影響。實驗結(jié)果表明:對于CODCr為2000～2400 mg/L的皂素生產(chǎn)廢水,在p H值為6～8,溫度25～35℃,污水中投加11.00～16.5 0 mg/L的殼聚糖,CODCr和濁度去除效果較好。最佳工藝條件為:絮凝劑投加量為13.75 mg/ L、p H值為7、溫度25℃,此時CODCr去除率可達92.91%,濁度去除率為92.91%。最終出水CODCr穩(wěn)定在200 mg/L左右,出水水質(zhì)達到《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

皂素廢水;殼聚糖;絮凝劑

皂素是合成多種甾體激素類藥物的重要原料,由黃姜經(jīng)發(fā)酵、酸解、萃取等工序生產(chǎn)[1]。生產(chǎn)過程中排放的廢水含可溶性糖類、色素、果膠質(zhì)、蛋白脂類等難以生物降解的大分子有機物,屬典型的強酸性高色度高濃度有機廢水,處理難度較大[2-3],一般通過一次生化處理后 CODCr質(zhì)量濃度仍達2000 mg/L左右,不能達到工業(yè)廢水排放的最低標(biāo)準(zhǔn)(≤300 mg/L),需要經(jīng)過后續(xù)深度處理才能達標(biāo)排放。

甲殼素主要存在于蝦、蟹、蛹及昆蟲等動物外殼以及菌類、藻類植物的細胞壁中,殼聚糖是甲殼素經(jīng)濃堿加熱處理脫乙?；兂傻?其溶解性能較甲殼素大大提高[4]。殼聚糖作為吸附劑和絮凝劑,能夠通過分子中的氨基和羥基與有機物和多種金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物,有效地捕集溶液中的重金屬離子和有機物,并可以抑制細菌生長,使污水變清。本文探討了殼聚糖絮凝劑深度處理皂素廢水的影響因素,找出了最佳的處理條件。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

試驗儀器:PHS-3C型酸度計;JJ-4六連同步電動攪拌器;STA-A1Z型濁度儀;分析天平。

化學(xué)藥劑:H2SO4,NaOH,三氯化鐵(1.0 g/ L),果膠(1.1 g/L),殼聚糖(1.1 g/L)。

1.2 測試項目及方法

CODCr:重鉻酸鉀法;濁度:濁度儀測量。

1.3 取樣方式及水質(zhì)

水樣取自經(jīng)一次生化處理(光合細菌-活性污泥預(yù)處理)的皂素廢水,廢水呈淡綠色,CODCr的質(zhì)量濃度在2 080～2150 mg/L,濁度在70～50,p H值在6.5～7.5。取處理后污水水樣定時絮凝沉降后的上清液分析。

1.4 試驗方法

采用燒杯實驗裝置,在六連電動攪拌器上進行。實驗時取200 mL皂素廢水若干份,用稀鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)p H值,然后加入一定量的絮凝劑,在500 r/min的轉(zhuǎn)速下快速攪拌2 min,接著在100 r/ min的轉(zhuǎn)速下慢速攪拌15 min,靜置沉降30 min,于液面下2～3 cm處取上清液測定CODCr和殘余濁度。

2 結(jié)果與討論

2.1 投加量對絮凝效果的影響

取8份200 mL皂素廢水(原水p H值為6.5),分別按 2.75、5.50、8.25、11.00、13.75、16.50、19.25、22.00、24.75 mg/L的量投加殼聚糖,在一定速度下攪拌反應(yīng)。絮凝劑投加量對絮凝效果的影響如圖1所示。

圖1 投加量對絮凝效果的影響

圖1表明,隨著絮凝劑加入量的增加,CODCr和濁度去除率逐漸增大,在殼聚糖投加量為11.00～16.5 0 mg/L時,CODCr和濁度去除率較高,觀察到污水由渾濁變?yōu)橥该?大量懸浮物被絮凝下來了。這是因為絮凝劑加入量少時,絮凝不充分,而絮凝劑用量大時,由于空間位阻效應(yīng)等因素的作用,顆粒又重新處于穩(wěn)定分散狀態(tài),即出現(xiàn)膠體再穩(wěn)現(xiàn)象,致使CODCr和濁度去除率下降[5]。

殼聚糖分子中含有酰胺基及氨基、羥基,隨著氨基的質(zhì)子化,表現(xiàn)出陽離子型聚電解質(zhì)的作用,不僅對重金屬離子有螯合作用,還可有效地絮凝吸附水中帶負電的微細顆粒,表現(xiàn)出良好的絮凝效果。隨著殼聚糖投加量的增加絮凝效果加強,但是加入殼聚糖溶液絮凝劑過多,不但增加了成本,另外因本身過量,也引起殘留的濁度增大,綜合考慮最佳投加量為13.75 mg/L[6]。

2.2 pH值對絮凝效果的影響

p H值對污水中污染物的存在形態(tài)及絮凝劑在污水中的絮凝作用有著密切的關(guān)系,因此污水的p H值是影響絮凝效果的一個重要因素。取6份200 mL皂素廢水,固定殼聚糖的投加量為13.75 mg/L,改變水樣的p H值(用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)),進行絮凝試驗,考察污水p H值對絮凝效果的影響,其結(jié)果見圖2。

圖2 p H值對絮凝效果的影響

圖2表明,p H值在6～8時,絮凝劑對廢水濁度和CODCr去除效果較好,絮體沉降速度快。經(jīng)生化預(yù)處理的皂素廢水p H值一般在6.5-7.5之間,因此用殼聚糖進行皂素廢水的深度處理時,廢水的p H值不必調(diào)節(jié),可節(jié)約成本。

2.3 溫度對絮凝效果的影響

取6份200 mL皂素廢水,固定殼聚糖的投加量為13.75 mg/L,控制p H=6.5,考察溫度對絮凝效果的影響,如圖3所示。

圖3 溫度對絮凝效果的影響

從圖3看出,溫度對皂素廢水的絮凝有影響,當(dāng)超過40℃,由于分子運動加劇而影響絮凝,所以絮凝的溫度以25～35℃為宜,即常溫處理即可[7]。

2.4 正交實驗

依據(jù)單因素實驗結(jié)果分別對殼聚糖投加量、p H值和溫度3個因素取3個水平,以CODCr和濁度的去除率為考察對象,通過極差分析找出處理皂素廢水的最佳方案。正交試驗分析結(jié)果如表1所示。

表1 正交試驗因素水平表

由表1可知,殼聚糖深度處理皂素廢水的影響因素主次順序依次為:投加量、p H值、溫度。根據(jù)k值確定的去除皂素廢水中CODCr和濁度的最佳工藝為:殼聚糖投加量為13.75 mg/L,p H值為7。根據(jù)R值可知溫度對去除率的影響程度較小,結(jié)合單因素實驗結(jié)果,確定最佳溫度為25℃。

2.4 不同絮凝劑深度處理皂素廢水絮凝效果的比較

取6份200 mL皂素廢水,控制p H=6.5,溫度為25℃,200 mL污水中分別投加13.75 mg/L的三氯化鐵(常用絮凝劑),果膠(天然絮凝劑),殼聚糖(天然絮凝劑),比較它們的絮凝能力,見表2。

表2 不同絮凝劑的絮凝能力比較

從表2及實驗結(jié)果可知,用殼聚糖處理水樣時,絮體形成速度最快,絮體體積大,下沉速度快,形成速度較快的固液分離現(xiàn)象;果膠處理時絮體形成的速度較慢,絮體體積小,下沉速度較慢,固液界面不清晰,且濁度和CODCr去除率較低;三氯化鐵處理CODCr去除率較低,而且濁度反而增加。故殼聚糖處理皂素廢水效果最好。

3 結(jié)論

1)深度處理皂素廢水的最佳工藝為:殼聚糖投加量為 13.75 mg/L,p H值為 7,溫度為 25℃, CODCr去除率可達92.91%,處理后的出水水質(zhì)達到《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。利用此絮凝深度處理皂素廢水是可行的,該技術(shù)方法適用于經(jīng)生化處理后皂素廢水的后續(xù)處理。

2)殼聚糖在pH為6～8時范圍內(nèi)處理污水的效果最佳,而經(jīng)生化處理的皂素廢水pH值一般在6.5～7.5之間,因此廢水的pH值不必調(diào)節(jié),可節(jié)約成本。

3)皂素廢水與其他絮凝劑三氯化鐵(常用絮凝劑)和果膠(天然絮凝劑)的對比絮凝實驗表明,皂素廢水的絮凝性能優(yōu)于其它兩種絮凝劑。由于殼聚糖絮凝劑具有制備方法簡單、無毒、不會產(chǎn)生二次污染、用量少、原料來源廣泛以及絮凝效果好等特點,值得推廣應(yīng)用。

[1] 李慶新,蔡鶴生,張小卉,等.皂素生產(chǎn)廢水處理方法比較研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2007,30(3):61-63.

[2] 宋鳳敏,葛紅光.皂素生產(chǎn)廢水后續(xù)處理方法的選擇[J].東華理工學(xué)院學(xué)報,2007,30(3):291-293.

[3] 李慶新,蔡鶴生,周 君,等.UASB+SBR工藝處理皂素生產(chǎn)廢水的快速啟動研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2005,5(5):78-81.

[4] 李建萍.殼聚糖及其衍生物的絮凝作用的應(yīng)用[J].化工技術(shù)與開發(fā),2003 32(5):14-16.

[5] 曾堅賢,石順存,史紅文.絮凝-膜過濾處理生活污水的研究[J].工業(yè)水處理,2004,24(9):39-42.

[6] 陳津津.甲殼素/殼聚糖及其衍生物在環(huán)境領(lǐng)域中的研究進展[J].安徽化工,2003,3:2-4.

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Experiment of Natural Chitosan for Advanced Treatment of Saponin Wastewater

LI Li1,LIU Guang-dong1,ZHANG Wei-dong2

(1.Chemistry Department,Yunyang Teacher's College,Danjiangkou 442700,China;
2.Danjiangkou Environmental Monitoring Station,Danjiangkou 442700,China)

It is studied to advanced treat saponin wastewater with natural chitosan.Conditional experiments are attempted about flocculant dosage,p H value and temperature on the flocculation effect.The results show that the removal rate of CODCrand turbidity were better under the conditions of floceulant dosage 11.00～16.5 0 mg/L(CODCrof saponin wastewater:2000～2400 mg·L-1),p H 6～8,temperatrue 25～35℃;the optimal reaction conditions were as follows:the dosage of flocculant was 13.75 mg/L,the value of p H was7.00 and temperatrue was 25℃.Under the optimal reaction conditions the removal rates of CODCrand turbidity were 92.91%and 92.78%.The concentration of the final effluent CODCrremained about 200 mg/L,which could reach the treatment standard.

saponin wastewater;chitosan;flocculation

X703.1

A

1674-2842(2010)02-0011-03

2009-10-29

鄖陽師范高等?？茖W(xué)校2009年青年項目-黃姜生產(chǎn)皂素廢水的處理研究(2009C06)

李 莉(1975-),女,四川德陽人,碩士,講師,主要從事環(huán)境科學(xué)教學(xué)及科研工作。E-mail:lili-414@163.com