李莉　龍德清　李業(yè)梅

（鄖陽師范高等專科學(xué)校生物化學(xué)與環(huán)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(shí)驗(yàn)研究

李莉龍德清李業(yè)梅

（鄖陽師范高等?？茖W(xué)校生物化學(xué)與環(huán)境工程系湖北十堰442000）

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

殼聚糖聚硅酸硫酸鐵皂素廢水

皂素屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的甾體類化合物，是生產(chǎn)甾體激素類藥物的基礎(chǔ)原料，由黃姜經(jīng)發(fā)酵、酸解、萃取等工序生產(chǎn)得到[1]。生產(chǎn)過程中排放的廢水色度大、酸性強(qiáng)、有機(jī)物濃度高,處理難度較大，通過一次生化處理后COD濃度仍達(dá)3000mg/L左右,不能達(dá)到工業(yè)廢水排放的最低標(biāo)準(zhǔn),需要經(jīng)過后續(xù)深度處理才能符合要求。

殼聚糖(CTS)是甲殼素的脫乙?；a(chǎn)物,來源于甲殼類動(dòng)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?；?這些活性功能基團(tuán)使殼聚糖通過氫鍵或鹽鍵形成具有類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的籠形分子[2]，其絮凝作用很強(qiáng)。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(diǎn)[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(jī)高分子絮凝劑。本文擬采用PFSS與CTS復(fù)配，制備復(fù)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(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

殼聚糖（脫乙酰度90%）；NaSiO3(SiO21.8%),H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%,Fe2（SO4）3、NaOH均為分析純，聚合硫酸鐵（PFS）按文獻(xiàn)方法［5］制備[5]。

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

1.2復(fù)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(xiàn)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(yīng)2.5h，靜置陳化3h，得到堿化度為1.5的PFSS產(chǎn)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(fù)合絮凝劑。

1.3實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

皂素廢水經(jīng)一次生化處理（固定化光合細(xì)菌-好氧活性污泥預(yù)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(yàn)方法

在JJ-4六連電動(dòng)攪拌器上進(jìn)行燒杯實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)取500 mL經(jīng)生化預(yù)處理的皂素廢水若干份，調(diào)節(jié)pH值,加入一定量的絮凝劑,在300r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌2min,接著在50r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌15min,靜置沉降一段時(shí)間,取液面下2～3cm處上清液測(cè)定CODCr和濁度。對(duì)比CTS和CTS-PFSS處理皂素廢水的效果。

2　結(jié)果與討論

2.1PFSS和CTS的質(zhì)量比對(duì)處理效果的影響

考察PFSS與CTS的不同質(zhì)量比對(duì)絮凝效果的影響。結(jié)果如圖1所示。

圖1　 PFSS與CTS的不同質(zhì)量比對(duì)絮凝效果的影響

隨著CTS在復(fù)合絮凝劑中的含量增加，COD和濁度去除率總的趨勢(shì)是先增后減，當(dāng)PFSS與CTS質(zhì)量比為1∶4時(shí)，COD和濁度去除率達(dá)到最大值，但當(dāng)CTS含量繼續(xù)增加后，COD和濁度去除率略有下降。究其原因，PFSS與CTS復(fù)合后，其帶電量增加，絮凝能力比PFSS與CTS兩者加和還要優(yōu)異。

2.2投加量對(duì)處理效果的影響

固定PFSS與CTS質(zhì)量比為1∶4，考察復(fù)合絮凝劑投加量對(duì)絮凝效果的影響，如圖2所示。

圖2　

圖3　

隨著復(fù)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(shí)絮凝效果最佳。分析原因：當(dāng)投加量不足時(shí)，絮凝不充分，而加入絮凝劑過多時(shí)，由于靜電排斥作用，絮凝劑

膠體懸浮于溶液中，出現(xiàn)顆粒再穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致處理對(duì)象與作用基團(tuán)接觸的機(jī)會(huì)下降，同時(shí)因自身過量，使得濁度和COD的去除率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。綜合考慮選擇投加量為12.5mg/L。

2.3 pH值對(duì)處理效果的影響

固定PFSS與CTS質(zhì)量比為1∶4，復(fù)合絮凝劑投加量為12. 5mg/L，考察廢水pH值對(duì)絮凝效果的影響，如圖3所示。

pH=6～9時(shí)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(dāng)PFSS與CTS復(fù)配時(shí)，在兩者的協(xié)同作用下，適宜的pH值范圍變寬，提高了的絮凝效果。經(jīng)生化預(yù)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(shí)間

固定PFSS與CTS質(zhì)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(shí)間對(duì)絮凝效果的影響，隨著沉降時(shí)間的延長(zhǎng)，COD和濁度去除率越來越高，但在沉降15min后趨于平穩(wěn)，考慮處理效率，選擇沉降時(shí)間為15min。

2.5正交實(shí)驗(yàn)

依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)復(fù)合絮凝劑投加量、pH值和沉降時(shí)間3個(gè)因素取4個(gè)水平，以CODCr和濁度的去除率為考察對(duì)象進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)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(shí)間。根據(jù)k值確定最佳工藝為：復(fù)合絮凝劑投加量為12.5mg／L，pH值為7.0，沉降時(shí)間為15 min。

3　結(jié)論

（1）復(fù)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(shí)間為15 min，CODCr和濁度去除率分別達(dá)93.9%、93.3%,處理后的出水水質(zhì)達(dá)到《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）復(fù)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(jié)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(fù)合絮凝劑的制備方法稍顯復(fù)雜，還需要不斷改進(jìn)簡(jiǎn)化。

項(xiàng)目-湖北省教育廳2010年中青年項(xiàng)目:黃姜生產(chǎn)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(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]何微娜,相波,李義久.殼聚糖的改性及其在廢水處理中的應(yīng)用［J］.凈水技術(shù)，2007，（26）6：62～64.

[3]王雅娜,崔勵(lì),徐同寬.殼聚糖改性絮凝劑在染料廢水處理中的應(yīng)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(fù)合絮凝劑的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用［J］.應(yīng)用化學(xué)，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(fā)展［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2000，1（5）：21～28.

X703[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-348-2

李莉（1975～），女，碩士，講師，研究方向?yàn)榄h(huán)境科學(xué)的教學(xué)和研究。