殼聚糖-聚硅酸硫酸鐵深度處理皂素廢水實驗研究

李莉　龍德清　李業梅

（鄖陽師范高等專科學校生物化學與環境工程系湖北十堰442000）

殼聚糖-聚硅酸硫酸鐵深度處理皂素廢水實驗研究

李莉龍德清李業梅

（鄖陽師范高等專科學校生物化學與環境工程系湖北十堰442000）

制備了殼聚糖(CTS)-聚硅酸硫酸鐵(PFSS)復合絮凝劑。考察了復合絮凝劑組成、投加量、pH值以及沉降時間對皂素廢水深度處理的影響，通過絮凝試驗，得出最佳工藝:復合絮凝劑(CTS-PFSS)投加量為12.5mg/L，pH值的范圍為7.0，沉降時間為15 min，在此條件下COD、濁度的去除率分別達到93.9%和93.3%。

殼聚糖聚硅酸硫酸鐵皂素廢水

皂素屬于結構復雜的甾體類化合物，是生產甾體激素類藥物的基礎原料，由黃姜經發酵、酸解、萃取等工序生產得到[1]。生產過程中排放的廢水色度大、酸性強、有機物濃度高,處理難度較大，通過一次生化處理后COD濃度仍達3000mg/L左右,不能達到工業廢水排放的最低標準,需要經過后續深度處理才能符合要求。

殼聚糖(CTS)是甲殼素的脫乙酰化產物,來源于甲殼類動物和真菌生物,殼聚糖分子鏈段中含有大量的氨基、羥基和N-乙酰基,這些活性功能基團使殼聚糖通過氫鍵或鹽鍵形成具有類似網狀結構的籠形分子[2]，其絮凝作用很強。但殼聚糖具有分子量小,架橋能力差、成本高、難溶于水等缺點[3]。聚硅酸硫酸鐵(PFSS)是一種高效低耗無二次污染的新型無機高分子絮凝劑。本文擬采用PFSS與CTS復配，制備復合絮凝劑，由此改變了殼聚糖架橋能力并降低處理成本，此絮凝劑在水處理過程中形成的絮體大且沉降快[4]。

1　實驗部分

1.1試劑和儀器

殼聚糖（脫乙酰度90%）；NaSiO3(SiO21.8%),H2SO4質量分數為98%,Fe2（SO4）3、NaOH均為分析純，聚合硫酸鐵（PFS）按文獻方法［5］制備[5]。

PHS-3C型酸度計;JJ-4六連同步電動攪拌器；STA-A1Z型濁度儀；HH-6 COD測定儀；電子天平（0.0001g）。

1.2復合絮凝劑的制備

將一定體積的聚合硫酸鐵(PFS)溶液加入用硅酸鈉現制的的聚合硅酸(PS)中，保證n(Fe):n(Si)=1:1，混合均勻，在40OC、頻率約為50/min恒溫振蕩器中反應2.5h，靜置陳化3h，得到堿化度為1.5的PFSS產物。

用0.5%的乙酸溶解CTS配成0.5%的CTS乙酸溶液;將此溶液緩慢滴加到微熱的磁力攪拌的聚硅酸硫酸鐵溶液中,熟化12h后將其用蒸餾水稀釋至100mL,搖勻即為CTS-PFSS復合絮凝劑。

1.3實驗水質

皂素廢水經一次生化處理（固定化光合細菌-好氧活性污泥預處理），呈淡綠色，CODCr在3000 mg／L左右，pH值6.5～7.5，濁度60～80。

1.4試驗方法

在JJ-4六連電動攪拌器上進行燒杯實驗。實驗時取500 mL經生化預處理的皂素廢水若干份，調節pH值,加入一定量的絮凝劑,在300r/min的轉速下攪拌2min,接著在50r/min的轉速下攪拌15min,靜置沉降一段時間,取液面下2～3cm處上清液測定CODCr和濁度。對比CTS和CTS-PFSS處理皂素廢水的效果。

2　結果與討論

2.1PFSS和CTS的質量比對處理效果的影響

考察PFSS與CTS的不同質量比對絮凝效果的影響。結果如圖1所示。

圖1　 PFSS與CTS的不同質量比對絮凝效果的影響

隨著CTS在復合絮凝劑中的含量增加，COD和濁度去除率總的趨勢是先增后減，當PFSS與CTS質量比為1∶4時，COD和濁度去除率達到最大值，但當CTS含量繼續增加后，COD和濁度去除率略有下降。究其原因，PFSS與CTS復合后，其帶電量增加，絮凝能力比PFSS與CTS兩者加和還要優異。

2.2投加量對處理效果的影響

固定PFSS與CTS質量比為1∶4，考察復合絮凝劑投加量對絮凝效果的影響，如圖2所示。

圖2　

圖3　

隨著復合絮凝劑投加量的增加COD和濁度去除率先增后減，投加量在10～15mg/L時絮凝效果最佳。分析原因：當投加量不足時，絮凝不充分，而加入絮凝劑過多時，由于靜電排斥作用，絮凝劑

膠體懸浮于溶液中，出現顆粒再穩現象，導致處理對象與作用基團接觸的機會下降，同時因自身過量，使得濁度和COD的去除率出現下降趨勢。綜合考慮選擇投加量為12.5mg/L。

2.3 pH值對處理效果的影響

固定PFSS與CTS質量比為1∶4，復合絮凝劑投加量為12. 5mg/L，考察廢水pH值對絮凝效果的影響，如圖3所示。

pH=6～9時COD和濁度去除效果最佳。單一PFSS適宜的pH值為8～9，單一CTS適宜的pH值為7～8，而當PFSS與CTS復配時，在兩者的協同作用下，適宜的pH值范圍變寬，提高了的絮凝效果。經生化預處理的皂素廢水pH值一般在6.5-7.5之間,故可選擇pH值7.0

2.4沉降時間

固定PFSS與CTS質量比為1∶4，投加量為12.5 mg/L，pH值為7.0，考察不同沉降時間對絮凝效果的影響，隨著沉降時間的延長，COD和濁度去除率越來越高，但在沉降15min后趨于平穩，考慮處理效率，選擇沉降時間為15min。

2.5正交實驗

依據單因素實驗結果分別對復合絮凝劑投加量、pH值和沉降時間3個因素取4個水平，以CODCr和濁度的去除率為考察對象進行正交實驗。由試驗結果分析R值可知，深度處理皂素廢水的影響因素主次順序依次為：投加量、pH值、沉降時間。根據k值確定最佳工藝為：復合絮凝劑投加量為12.5mg／L，pH值為7.0，沉降時間為15 min。

3　結論

（1）復合絮凝劑深度處理皂素廢水效果較好，其最佳工藝為：投加量為12.5 mg／L，pH值為7.0，沉降時間為15 min，CODCr和濁度去除率分別達93.9%、93.3%,處理后的出水水質達到《綜合污水排放標準》中的二級排放標準要求。

（2）復合絮凝劑較之單一CTS深度處理皂素廢水其投加量減少了，可節約水處理成本；適宜的pH范圍變寬為6～9，處理的選擇余地變大。

（3）CTS-PFSS復合絮凝劑的制備方法稍顯復雜，還需要不斷改進簡化。

項目-湖北省教育廳2010年中青年項目:黃姜生產皂素廢水的處理研究(Q20105002)

[1]李慶新,蔡鶴生,張小卉,等.皂素生產廢水處理方法比較研究[J].環境科學與技術, 2007,30(3):61～63.

[2]何微娜,相波,李義久.殼聚糖的改性及其在廢水處理中的應用［J］.凈水技術，2007，（26）6：62～64.

[3]王雅娜,崔勵,徐同寬.殼聚糖改性絮凝劑在染料廢水處理中的應用［J］.毛紡科技，2008，5：18～20.

[4]王九思，何兆照，郭立新等.聚硅酸硫酸鐵/殼聚糖復合絮凝劑的制備及其在廢水處理中的應用［J］.應用化學，2011，28（1）：27～31.

[5]鄭懷禮，龍騰銳，袁宗宣.聚合硫酸鐵制方法研究及其發展［J］.環境污染治理技術與設備，2000，1（5）：21～28.

X703[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-348-2

李莉（1975～），女，碩士，講師，研究方向為環境科學的教學和研究。