Tratamento de águas residuais com quitosana

Nos sistemas convencionais de tratamento de água, os floculantes mais utilizados são os sais de alumínio e os sais de ferro, os sais de alumínio remanescentes na água tratada colocarão em perigo a saúde humana e os sais residuais de ferro afetarão a cor da água, etc.; na maioria No tratamento de águas residuais, é difícil superar os problemas de poluição secundária, como grande quantidade de lodo e difícil descarte de lodo. Portanto, buscar um produto natural que não cause poluição secundária ao meio ambiente para substituir o sal de alumínio e os floculantes de sal de ferro é a necessidade para a implementação de estratégias de desenvolvimento sustentável hoje. Os floculantes de polímeros naturais têm atraído muita atenção entre muitos floculantes devido às suas abundantes fontes de matéria-prima, baixo preço, boa seletividade, pequena dosagem, segurança e não toxicidade, e biodegradação completa. Após décadas de desenvolvimento, surgiu um grande número de floculantes de polímeros naturais com diferentes propriedades e utilizações, entre os quais amido, lignina, quitosana e cola vegetal são atualmente amplamente utilizados.

QuitosanaPropriedades

A quitosana é um sólido branco, amorfo, escamoso e translúcido, insolúvel em água, mas solúvel em ácido, que é o produto da desacetilação da quitina. De modo geral, a quitosana pode ser chamada de quitosana quando o grupo N-acetil da quitina é removido em mais de 55%. A quitina é o principal componente dos exoesqueletos de animais e insetos e é o segundo maior composto orgânico natural do planeta, depois da celulose. Como floculante, a quitosana é natural, não tóxica e degradável. Existem muitos grupos hidroxila, grupos amino e alguns grupos N-acetilamino distribuídos na cadeia macromolecular da quitosana, que podem formar polieletrólitos catiônicos com alta densidade de carga em soluções ácidas, e também podem formar estruturas semelhantes a redes por meio de ligações de hidrogênio ou íons. títulos. Moléculas de gaiola, complexando e removendo assim muitos íons de metais pesados ​​tóxicos e prejudiciais. A quitosana e seus derivados têm uma ampla gama de utilizações, não apenas em têxteis, impressão e tingimento, fabricação de papel, medicina, alimentos, indústria química, biologia e agricultura e muitos outros campos têm muitos valores de aplicação, mas também no tratamento de água, podem ser usados como adsorventes, agentes de floculação, fungicidas, trocadores de íons, preparações de membrana, etc. A quitosana foi aprovada pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA como agente purificador de água potável devido às suas vantagens exclusivas em aplicações de abastecimento de água e tratamento de água.

Aplicação deQuitosanaem Tratamento de Água

(1) Remover sólidos suspensos no corpo d’água. Na água natural, torna-se um sistema colóide carregado negativamente devido à existência de bactérias argilosas, etc. Como um polímero catiônico de cadeia longa, a quitosana pode desempenhar as funções duplas de neutralização elétrica e coagulação e adsorção e ponte, e tem uma forte coagulação efeito sobre substâncias em suspensão. Comparada com o alúmen tradicional e a poliacrilamida como floculantes, a quitosana tem melhor efeito clarificador. RAVID et al. estudaram o efeito do tratamento de floculação da distribuição de água de caulim simples quando o valor de pH da quitosana era 5-9 e descobriram que a floculação foi grandemente afetada pelo valor de pH, e o valor de pH efetivo da remoção de turbidez foi de 7,0-7,5. Floculante de 1mg / L, a taxa de remoção de turbidez excede 90%, e os flocos produzidos são grossos e rápidos, e o tempo total de sedimentação da floculação não excede 1h; mas quando o valor do pH diminui ou aumenta, a eficiência da floculação diminui, indicando que apenas em uma faixa de pH muito estreita, a quitosana pode formar uma boa polimerização com partículas de caulim. Alguns estudos descobriram que quando a suspensão floculada de bentonita é tratada com quitosana, a faixa de valores de pH adequada é ampla. Portanto, quando a água turva contém partículas semelhantes ao caulim, é necessário adicionar uma quantidade adequada de bentonita como coagulante para melhorar a polimerização doquitosananas partículas. Mais tarde, RAVID et al. descobri que

Se houver húmus na suspensão de caulim ou dióxido de titânio, é fácil floculá-lo e precipitá-lo com quitosana, porque o húmus carregado negativamente fica preso à superfície das partículas e o húmus facilita o ajuste do valor do pH. A quitosana ainda apresentou propriedades de floculação superiores para corpos d'água naturais com diferentes turbidez e alcalinidade.

(2) Remover algas e bactérias do corpo d’água. Nos últimos anos, algumas pessoas no exterior começaram a estudar a adsorção e floculação da quitosana em sistemas colóides biológicos, como algas e bactérias. A quitosana tem um efeito de remoção em algas de água doce, nomeadamente Spirulina, algas osciladoras, Chlorella e algas verde-azuladas. Estudos demonstraram que, para algas de água doce, a remoção é melhor em pH 7; para algas marinhas, o pH é mais baixo. A dosagem adequada de quitosana depende da concentração de algas no corpo hídrico. Quanto maior a concentração de algas, mais dosagem de quitosana precisa ser adicionada, e o aumento da dosagem de quitosana tende a causar floculação e precipitação. mais rápido. A turbidez pode medir a remoção de algas. Quando o valor do pH é 7, 5mg/Lquitosanapode remover 90% da turbidez da água, e quanto maior a concentração de algas, mais grosseiras serão as partículas de flocos e melhor será o desempenho de sedimentação.

O exame microscópico mostrou que as algas removidas por floculação e sedimentação estavam apenas agregadas e aderidas, permanecendo ainda intactas e ativas. Como a quitosana não causa quaisquer efeitos negativos nas espécies presentes na água, a água tratada ainda pode ser utilizada para a aquicultura de água doce, ao contrário de outros floculantes sintéticos para tratamento de água. O mecanismo de remoção da quitosana nas bactérias é relativamente complicado. Ao estudar a floculação de Escherichia coli com quitosana, verifica-se que o mecanismo de ponte desequilibrado é o principal mecanismo do sistema de floculação, e a quitosana produz ligações de hidrogênio nos restos celulares. Outro estudo mostrou que a eficiência da floculação de quitosana de E. coli depende não apenas da capacidade de carga do dielétrico, mas também de sua dimensão hidráulica.

(3) Remova o alumínio residual e purifique a água potável. Sais de alumínio e floculantes de polialumínio são amplamente utilizados em processos de tratamento de água de torneira, mas o uso de floculantes de sal de alumínio pode levar ao aumento do teor de alumínio na água potável. O alumínio residual na água potável representa um sério perigo para a saúde humana. Embora a quitosana também tenha o problema de resíduo de água, por ser um aminopolissacarídeo alcalino atóxico natural, o resíduo não causará danos ao corpo humano, podendo ser removido no processo de tratamento subsequente. Além disso, o uso combinado de quitosana e floculantes inorgânicos, como o cloreto de polialumínio, pode reduzir o teor de alumínio residual. Portanto, no tratamento de água potável, a quitosana tem vantagens que outros floculantes de polímeros orgânicos sintéticos não podem substituir.

Aplicação de Quitosana no Tratamento de Águas Residuais

(1) Remova os íons metálicos. A cadeia molecular dequitosanae seus derivados contêm um grande número de grupos amino e grupos hidroxila, por isso tem um efeito quelante em muitos íons metálicos e pode adsorver ou capturar efetivamente íons de metais pesados ​​na solução. Catherine A. Eiden e outros estudos mostraram que a capacidade de adsorção da quitosana em Pb2+ e Cr3+ (em unidade de quitosana) atinge 0,2 mmol/ge 0,25 mmol/g, respectivamente, e tem uma forte capacidade de adsorção. Zhang Ting'an et al. usou quitosana desacetilada para remover cobre por floculação. Os resultados mostraram que quando o valor do pH era 8,0 e a concentração mássica de íons cobre na amostra de água era inferior a 100 mg/L, a taxa de remoção de cobre era superior a 99%; A concentração de massa é de 400mg/L, e a concentração de massa de íons de cobre no líquido residual ainda atende ao padrão nacional de descarga de águas residuais. Outro experimento provou que quando pH=5,0 e o tempo de adsorção foi de 2h, a taxa de remoção de quitosana em Ni2+ no líquido residual de níquel químico de adsorção poderia chegar a 72,25%.

(2) Tratar águas residuais com alto teor de proteínas, como águas residuais alimentares. Durante o processamento de alimentos, são descartadas águas residuais contendo uma grande quantidade de sólidos em suspensão. A molécula de quitosana contém grupo amida, grupo amino e grupo hidroxila. Com a protonação do grupo amino, mostra o papel do polieletrólito catiônico, que não só tem efeito quelante sobre metais pesados, mas também pode efetivamente flocular e adsorver partículas finas com carga negativa na água. A quitina e a quitosana podem formar complexos por ligações de hidrogênio com proteínas, aminoácidos, ácidos graxos, etc. Fang Zhimin et al. usadoquitosana, sulfato de alumínio, sulfato férrico e polipropileno ftalamida como floculantes para recuperar proteínas de águas residuais de processamento de frutos do mar. Alta taxa de recuperação de proteínas e transmitância de luz efluente podem ser obtidas. Como a quitosana em si não é tóxica e não tem poluição secundária, ela pode ser usada para reciclar substâncias úteis, como proteínas e amido, em águas residuais de fábricas de processamento de alimentos para processamento e reutilização, como adição à ração como ração animal.

(3) Tratamento de águas residuais de impressão e tingimento. As águas residuais de impressão e tingimento referem-se às águas residuais descarregadas de algodão, lã, fibras químicas e outros produtos têxteis no processo de pré-tratamento, tingimento, impressão e acabamento. Geralmente contém sais, surfactantes orgânicos e corantes, etc., com componentes complexos, grande croma e alto DQO. , e se desenvolve na direção da antioxidação e da antibiodegradação, o que é extremamente prejudicial à saúde humana e ao meio ambiente. A quitosana contém grupos amino e grupos hidroxila e tem um forte efeito de adsorção em corantes, incluindo: adsorção física, adsorção química e adsorção de troca iônica, principalmente por meio de ligação de hidrogênio, atração eletrostática, troca iônica, força de van der Waals, interação hidrofóbica, etc. efeito. Ao mesmo tempo, a estrutura molecular da quitosana contém um grande número de grupos amino primários, que formam um excelente agente quelante polimérico através de ligações de coordenação, que podem aglutinar corantes em águas residuais, não são tóxicos e não produzem poluição secundária.

(4) Aplicação na desidratação de lodos. Atualmente, a grande maioria das estações de tratamento de esgoto urbano utiliza poliacrilamida catiônica para tratar lodo. A prática tem mostrado que este agente tem bom efeito de floculação e é fácil de desidratar o lodo, mas seu resíduo, especialmente o monômero de acrilamida, é um forte carcinógeno. Portanto, é um trabalho muito significativo buscar sua substituição. A quitosana é um bom condicionador de lodo, que ajuda a formar micelas de bactérias de lodo ativado, que podem aglomerar matéria suspensa com carga negativa e matéria orgânica na solução, e melhorar a eficiência do tratamento do processo de lodo ativado. Estudos demonstraram que o floculante composto de cloreto de polialumínio/quitosana não só tem efeito óbvio no condicionamento do lodo, mas também comparado com o uso de um único PAC ou quitosana, a resistência específica do lodo atinge primeiro um ponto baixo e a taxa de filtração é maior. É rápido e é um condicionador melhor; além disso, três tipos de carboximetilquitosana (N-carboximetilquitosana, N, O-carboximetilquitosana e O-carboximetilquitosana) são usados ​​como O floculante foi testado no desempenho de desidratação do lodo, e descobriu-se que os flocos formados eram forte e difícil de quebrar, indicando que o efeito do floculante na desidratação do lodo foi significativamente melhor do que o dos floculantes comuns.

Quitosanae seus derivados são ricos em recursos, naturais, não tóxicos, degradáveis ​​e possuem diversas propriedades ao mesmo tempo. Eles são agentes de tratamento de água verde. Sua matéria-prima, a quitina, é o segundo maior composto orgânico natural do planeta. Portanto, nos últimos anos, o desenvolvimento da quitosana no tratamento de água tem um impulso de crescimento óbvio. Como um polímero natural que transforma resíduos em tesouros, a quitosana foi inicialmente aplicada em muitas áreas, mas o desempenho e a aplicação dos produtos nacionais ainda apresentam uma certa lacuna em comparação com outros países avançados. Com o aprofundamento das pesquisas sobre a quitosana e seus derivados, principalmente a quitosana modificada com excelentes propriedades de síntese, ela tem cada vez mais valor de aplicação. Explorar a tecnologia de aplicação da quitosana no tratamento de água e desenvolver produtos ecológicos de derivados de quitosana com uma gama de aplicações mais ampla terá um valor de mercado e perspectivas de aplicação muito amplos.

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