壳聚糖絮凝剂在硫酸软骨素废水处理中的应用
2007-12-19 00:01:41 来源：食品与发酵工业 评论：0 点击：
【摘 要】 硫酸软骨素生产过程中，会产生含有大量有机物的工业废水。本文选用壳聚糖作为絮凝剂，以絮凝剂用量 、絮凝温度、絮凝时间、絮凝pH值为因素作正交试验L9（34），通过正交试验来分析影响絮凝效果的主要因素，确定最佳的絮凝工艺条件。实验表明，壳聚糖处理后的COD去除率达65%左右。
【关键词】 硫酸软骨素；壳聚糖；废水处理
【关键词】 硫酸软骨素；壳聚糖；废水处理
1 前言
硫酸软骨素广泛分布于人和动物的组织中，是构成动物软骨、肌腱、血管壁、皮肤等组织的组成部分。目前，硫酸软骨素已用于治疗冠心病、某些神经性头痛、关节痛、偏头痛、动脉粥样硬化等症状及链霉素引起的听觉障碍及肝炎的辅助治疗。但硫酸软骨素的生产过程中要排放大量有机物的废水，主要成分为乙醇、油脂碎肉和可溶性小分子肽、氨基酸类有机物以及大量氯离子，其废水的化学需氧量CODCr高达105mg/L，五天生化需氧量BOD5也时常高达104mg/L，废水色度深，时间稍长就伴有恶臭，对水体环境造成了较严重的污染。废水中的固体杂质可以过滤除去,溶解在其中的有机蛋白质等则要用化学方法处理。
目前，国内对硫酸软骨素过程中产生的废水中，蛋白质回收处理方法有生化法、超滤法、絮凝沉淀法等，其中生化法和超滤法具有很大的难度，且运行费用比较高。而絮凝沉淀法作为一种较为有效的分离技术，因其操作简单、投资少，已广泛地用于水和废水处理。絮凝剂的合理选用是絮凝技术应用是否成功的一个重要因素。目前，传统的絮凝剂有聚合氯化铝 （PAC）、聚合氯化铝铁 (PAFC)、聚合硫酸铝铁 (PAFS)、聚合硫酸铝 （PAS）、聚合硫酸氯化铝铁 (PAFCS)等，但它们的缺点也很多，如用药剂量大、操作繁杂、残留物有毒性等。而天然高分子絮凝剂由于价廉、易得、无毒、对某些废水有独到的处理效果，己被环境界所重视。天然高分子絮凝剂，如淀粉类、木质素类、壳聚糖类、植物胶类、蛋白质类和藻类等。二十世纪80年代发展的淀粉类、木质素类絮凝剂逐渐被具有多功能性、生物相容性、稳定性的壳聚糖絮凝剂所取代，近年来得到了空前的应用和发展，成为从液体中分离和回收蛋白质的理想絮凝剂。
本文选用壳聚糖作为絮凝剂，以絮凝剂用量 、絮凝温度、絮凝时间、絮凝pH值为因素作正交试验L9（34），通过正交试验来分析影响絮凝效果的主要因素，确定最佳的絮凝工艺条件。
2 药品和仪器
2.1 药品
壳聚糖（CTS）：白色粉末状；水分6.5%；灰分小于1%；不溶物小于1%；平均分子量7.3×105，脱乙酰度87%；将其溶解于1%乙酸溶液中，浓度为10g/L，随用随配；硼酸（分析纯）；98%浓硫酸（分析纯）；盐酸（分析纯）；溴甲酚绿（分析纯）；95%乙醇（分析纯）；邻菲罗啉（分析纯）等。
2.2 仪器
DK-600S型三用恒温水箱；PHS-3B精密PH计；KDN-08C数控消化炉； HG101-1型电热鼓风干燥箱； SHY-2A型水浴恒温振荡器；722N可见光光度计等。
3 研究内容
3.1 壳聚糖投加量对絮凝效果的影响
在室温条件下，取50mL硫酸软骨素生产废水，用1mol/LHCl调废水pH为6，分别加入浓度为10g/L壳聚糖溶液1，2，3，4，5，6mL（即分别为200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L、1200 mg/L）。搅拌30min，静置1h，离心后取上清液测水样的絮凝率（FR）。原始数据如下表1所示。
絮凝率（FR）的测定:用分光光度计在660nm处（660nm为肠衣废水的吸收峰值），分别测定絮凝水样前后的吸光度A。根据以下公式：
FR（%）=（A0-A）/ A0×100
式中：A0--为原来废水的吸光度；
A--为处理废水的吸光度。
吸光度越大，絮凝效果越差，吸光度越小，絮凝效果越好。
图1 壳聚糖的加入量对絮凝效果的影响
由图1可知，当10g/L壳聚糖的最佳加入量为4mL（即800mg/L）时，废水絮凝效果最好。继续增加壳聚糖用量，过多的絮凝剂可能会迅速对胶粒形成包卷作用，使胶体重新稳定，絮凝率反而降低，絮凝率也不再增加。
3.2 pH值对絮凝效果的影响
在室温条件下，分别取50mL硫酸软骨素生产废水样，用1mol/LHCl或1mol/LNaOH调废水pH值为3、4、5、6、7、8，加入10g/L壳聚糖4mL，搅拌30min，静置1h，离心取上清液测絮凝率（FR）。原始数据如下表2所示。
对表2作图，pH不同对硫酸软骨素生产废水蛋白质絮凝效果的影响如图2所示。
图2 pH值对絮凝率的影响
由图2可知，在此条件下,pH6.0为废水絮凝最佳pH值，废水的絮凝效果最好。
3.3 温度对絮凝效果的影响
用1mol/LHCl调废水pH6.0，各取50mL的硫酸软骨素生产废水，在硫酸软骨素生产废水水样中投加壳聚糖4mL，搅拌30min，静置1h，离心取上清液测絮凝率（FR）。原始数据如下表3所示。
对表3作图，壳聚糖加入量不同对硫酸软骨素生产废水中蛋白质絮凝效果的影响如图3所示。
图3 温度不同对絮凝效果的影响
由图3可知，控制废水pH6.0、硫酸软骨素生产废水中投加壳聚糖4mL、搅拌30min絮凝静置1h的条件下，控制不同的温度进行絮凝实验，但效果相差不大，在40℃时吸光度最低，絮凝效果好。
3.4 絮凝时间对絮凝效果的影响
在室温条件下，各取50mL的硫酸软骨素生产废水，用1mol/LHCl调废水pH为6.0，分别加入浓度为10g/L壳聚糖4mL，分别在不同时间下絮凝，取上清液测吸光度，原始数据见表4。
从表4中可以看出，在室温条件下，调废水pH为6.0，加入浓度为10g/L壳聚糖4mL，絮凝时间在30min以后时，絮凝率变化缓慢，但仍然呈上升趋势。
4 絮凝工艺条件的优化
以絮凝剂（壳聚糖）用量 A、絮凝温度B、絮凝时间C、絮凝pH值 D为因素作正交试验L9（34），通过正交试验来分析影响絮凝效果的主要因素，确定最佳的水平组合，结果见表5和表6。
设计正交实验，列正交实验表。见下表。
由表6可知，硫酸软骨素生产废水中蛋白质的最优絮凝工艺条件为A1B3C3D2，即絮凝剂壳聚糖用量为4mL（即800mg/L），絮凝温度为40℃，絮凝时间为60min，絮凝pH值为6.0。因素主次关系为A>D>C>B，即絮凝剂用量为主要因素，其次为絮凝pH值、絮凝时间和絮凝温度。
5 最佳工艺条件下硫酸软骨素生产废水处理结果
在最佳的絮凝条件下,即: 絮凝剂用量为50mL的硫酸软骨素生产废水加入浓度为10g/L壳聚糖4mL，絮凝pH值为6、絮凝时间60min和絮凝温度为30。处理前后的水质有了较大的变化, 废水中的COD去除率、色度都能够有效地降低，而且可以回收废水中的蛋白质,结果如表7所示。
由表7可知，壳聚糖处理后COD去除率达64.7%，废水呈一
定的清亮色、略带浅黄，色度也降为 <50，使废水对环境的污染程度大大减轻。
参 考 文 献
[1] 蒋挺大,壳聚糖[M].北京:化学工业出版社,2001,312-320.
[2] 陈慧光,贺立敏等.壳聚糖制备及其在渔业废水处理中的应用[J].大连铁道学院学报,1998,19(2):52-55.
[3] 杨智宽.羧甲基壳聚糖对水溶性染料废水的脱色研究[J].环境科学与技术,1999,(2):8-15.
[4] 陈鹏，谭天伟.壳聚糖水处理剂对含Gr3+废水的处理[J].工业水处理,2000,20(6):16-19.
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【作者简介】丁兴华（1966-），男，副教授，研究方向：化学分析。
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