従来の水処理システムでは、最も広く使用されている凝集剤はアルミニウム塩と鉄塩であり、処理水中に残留するアルミニウム塩は人の健康を危険にさらし、残留する鉄塩は水の色などに影響を及ぼします。廃水処理では、汚泥の大量発生や汚泥処理の困難などの二次公害問題を克服することが困難です。したがって、今日の持続可能な開発戦略を実行するには、アルミニウム塩や鉄塩の凝集剤に代わる、環境に二次汚染を引き起こさない天然物を探すことが必要です。天然高分子凝集剤は、豊富な原料源、低価格、良好な選択性、少量の投与量、安全性と非毒性、および完全な生分解により、数ある凝集剤の中でも注目を集めています。数十年の開発を経て、さまざまな特性と用途を持つ多数の天然高分子凝集剤が登場し、現在ではデンプン、リグニン、キトサン、植物糊などが広く使用されています。
キトサンプロパティ
キトサンは白色の非晶質で半透明のフレーク状の固体で、水には不溶ですが、キチンの脱アセチル化生成物である酸には可溶です。一般に、キチンの N-アセチル基が 55% 以上除去された場合、キトサンと呼ぶことができます。キチンは動物や昆虫の外骨格の主成分であり、セルロースに次いで地球上で 2 番目に大きい天然有機化合物です。凝集剤としてのキトサンは天然のもので、毒性がなく、分解可能です。キトサンの高分子鎖には多くのヒドロキシル基、アミノ基、およびいくつかのN-アセチルアミノ基が分布しており、酸性溶液中で高い電荷密度を有するカチオン性高分子電解質を形成することができ、水素結合またはイオン結合によってネットワーク状構造を形成することもできます。絆。分子をケージに入れて錯体を形成し、多くの有毒で有害な重金属イオンを除去します。キトサンとその誘導体は、繊維、印刷、染色、製紙、医療、食品、化学工業、生物学、農業などの幅広い用途があり、多くの応用価値を持っていますが、水処理にも使用できます。キトサンは、給水用途および水処理におけるその独特の利点により、飲料水の浄化剤として米国環境保護庁によって承認されています。
(1) 水域内の浮遊物質を除去します。天然水中では、粘土細菌などの存在によりマイナスに帯電したコロイド系になります。キトサンは長鎖カチオン性高分子として、電気的中和と凝固、吸着と架橋の二重の機能を果たすことができ、強い凝集力を持ちます。浮遊物質への影響。従来の凝集剤としてのミョウバンやポリアクリルアミドと比較して、キトサンはより優れた清澄効果を持っています。ラビッドら。Ｋａｏｌｉｎらは、キトサンのｐＨ値が５〜９であるときの単一カオリン水分布の凝集処理の効果を研究し、凝集はｐＨ値に大きく影響され、濁り除去の有効ｐＨ値は７．０〜７．５であることを見出した。1mg/L凝集剤、濁度除去率は90％を超え、生成された凝集は粗くて速く、凝集の総沈降時間は1時間を超えません。しかし、pH 値が増減すると凝集効率が低下し、非常に狭い pH 範囲でのみキトサンがカオリン粒子と良好な重合を形成できることがわかります。いくつかの研究では、凝集したベントナイト懸濁液をキトサンで処理すると、適切な pH 値の範囲が広いことが判明しました。したがって、濁水中にカオリンに類似した粒子が含まれる場合には、カオリンの重合を促進するための凝集剤としてベントナイトを適量添加する必要がある。キトサン粒子の上で。その後、RAVID ら。あれを見つけた
カオリンや二酸化チタンの懸濁液中に腐植質が存在する場合、マイナスに帯電した腐植質が粒子表面に付着しているため、キトサンとともに凝集・沈殿しやすく、腐植質によってpH値の調整が容易になります。キトサンは、濁度やアルカリ度が異なる天然水域に対しても優れた凝集特性を示しました。
(2) 水域から藻類や細菌を除去します。近年、海外では藻類や細菌などの生物学的コロイド系へのキトサンの吸着や凝集を研究し始めている人もいます。キトサンは淡水藻類、すなわちスピルリナ、オシレーター藻類、クロレラ、藍藻類に対して除去効果があります。研究によると、淡水藻類の場合、pH 7 で除去が最適であることが示されています。海藻の場合、pH はより低くなります。キトサンの適切な投与量は、水域内の藻類の濃度によって異なります。藻類の濃度が高くなるほど、より多くのキトサンを添加する必要があり、キトサンの添加量が増加すると、凝集や沈殿が発生する傾向があります。もっと早く。濁度は藻類の除去を測定できます。pH値が7の場合、5mg/Lキトサン水中の濁度の90%を除去でき、藻類濃度が高いほどフロック粒子が粗くなり、沈降性能が向上します。
顕微鏡検査の結果、凝集と沈降によって除去された藻類は凝集して付着しているだけであり、まだ無傷で活性な状態であることがわかりました。キトサンは水中の生物種に悪影響を及ぼさないため、他の水処理用合成凝集剤とは異なり、処理水は淡水養殖に引き続き使用できます。細菌上のキトサンの除去メカニズムは比較的複雑です。キトサンによる大腸菌の凝集を研究することにより、不均衡な架橋機構が凝集システムの主な機構であり、キトサンが細胞残骸上に水素結合を生成することが判明した。別の研究では、大腸菌のキトサン凝集効率は誘電体の帯電性だけでなく、その水力寸法にも依存することが示されました。
(3) 残留アルミニウムを除去し、飲料水を浄化します。アルミニウム塩およびポリアルミニウム凝集剤は水道水処理プロセスで広く使用されていますが、アルミニウム塩凝集剤を使用すると、飲料水中のアルミニウム含有量が増加する可能性があります。飲料水中にアルミニウムが残留すると、人間の健康に重大な危険を及ぼします。キトサンには水分残留の問題もありますが、天然の無毒なアルカリ性アミノ多糖であるため、残留物は人体に害を及ぼさず、後の処理工程で除去することができます。また、キトサンとポリ塩化アルミニウムなどの無機凝集剤を併用することにより、残留アルミニウムの含有量を低減することができる。したがって、キトサンは飲料水処理において、他の合成有機高分子凝集剤では代替できない利点を持っています。
廃水処理におけるキトサンの応用
(1) 金属イオンを除去します。の分子鎖は、キトサンおよびその誘導体はアミノ基と水酸基を多く含むため、多くの金属イオンに対してキレート作用を有し、溶液中の重金属イオンを効果的に吸着または捕捉します。Catherine A. Eiden および他の研究は、キトサンの Pb2+ および Cr3+ に対する吸着能力 (キトサン単位) がそれぞれ 0.2 mmol/g および 0.25 mmol/g に達し、強力な吸着能力を有することを示しました。Zhang Ting'anら。脱アセチル化キトサンを使用して凝集により銅を除去しました。結果は、pH 値が 8.0 で、水サンプル中の銅イオンの質量濃度が 100 mg/L 未満の場合、銅除去率は 99% 以上であることを示しました。質量濃度は 400mg/L であり、残留液中の銅イオンの質量濃度は依然として国の排水基準を満たしています。別の実験により、pH=5.0、吸着時間が2時間の場合、吸着化学ニッケルめっき廃液中のキトサンのNi2+への除去率は72.25%に達することができることが証明された。
(2) 食品排水などの高タンパク含有排水を処理します。食品を加工する際には、浮遊物質を多量に含む排水が排出されます。キトサン分子にはアミド基、アミノ基、水酸基が含まれています。アミノ基のプロトン化により、重金属に対してキレート効果があるだけでなく、水中でマイナスに帯電した微粒子を効果的に凝集させて吸着するカチオン性高分子電解質の役割を示します。キチンとキトサンは、タンパク質、アミノ酸、脂肪酸などとの水素結合によって複合体を形成することができます。Fang Zhimin et al.使用済みキトサン水産加工廃水からタンパク質を回収するための凝集剤として、硫酸アルミニウム、硫酸第二鉄、ポリプロピレンフタルアミドを使用します。高いタンパク質回収率と廃液光透過率が得られます。キトサン自体は無毒で二次公害がないため、食品工場の排水中のたんぱく質やでんぷんなどの有用物質をリサイクルし、飼料として飼料に添加するなどの加工・再利用が可能です。
(3) 印刷・染色排水の処理。捺染排水とは、綿、毛、化学繊維などの繊維製品の前処理、染色、捺染、仕上げの工程で排出される排水を指します。通常、塩、有機界面活性剤、染料などが含まれており、成分が複雑で彩度が高く、CODが高くなります。、人間の健康と環境に非常に有害な抗酸化と抗生分解の方向に発展します。キトサンはアミノ基と水酸基を有しており、主に水素結合、静電引力、イオン交換、ファンデルワールス力、疎水性相互作用などによる物理吸着、化学吸着、イオン交換吸着などの強力な吸着作用を持っています。効果。同時に、キトサンの分子構造には多数の第一級アミノ基が含まれており、配位結合を通じて優れた高分子キレート剤を形成し、廃水中の染料を凝集させることができ、非毒性で二次汚染を引き起こしません。
(4)汚泥脱水への応用。現在、都市下水処理場の大半は汚泥の処理にカチオン性ポリアクリルアミドを使用しています。実際の実験では、この薬剤は優れた凝集効果があり、汚泥を脱水しやすいことがわかっていますが、その残留物、特にアクリルアミドモノマーは強力な発がん性物質です。したがって、その代替を模索することは非常に意味のある作業である。キトサンは優れた汚泥調整剤であり、活性汚泥バクテリアミセルの形成を助け、溶液中のマイナスに帯電した懸濁物質や有機物を凝集させ、活性汚泥プロセスの処理効率を向上させます。研究の結果、ポリ塩化アルミニウム/キトサン複合凝集剤は汚泥の調整に明らかな効果があるだけでなく、単一のPACまたはキトサンの使用と比較して、汚泥比抵抗が最初に低い点に達し、濾過速度が高くなることが示されています。それは速くて、より良いコンディショナーです。また、凝集剤として3種類のカルボキシメチルキトサン（N-カルボキシメチルキトサン、N,O-カルボキシメチルキトサン、O-カルボキシメチルキトサン）を使用し、汚泥の脱水性能を試験したところ、形成された凝集物は、強度が高く壊れにくいことから、通常の凝集剤に比べて凝集剤の汚泥脱水効果が大幅に優れていることがわかりました。
キトサンおよびその誘導体は資源が豊富で、天然、無毒、分解可能であり、同時にさまざまな特性を持っています。グリーンウォーター処理剤です。その原料であるキチンは、地球上で 2 番目に大きい天然有機化合物です。したがって、近年、水処理におけるキトサンの開発は明らかに成長の勢いを持っています。キトサンは廃棄物を宝物に変える天然高分子として、当初からさまざまな分野で応用されてきましたが、国産製品の性能や用途においては、他の先進国と比較すると依然として一定のギャップがあります。キトサンとその誘導体、特に合成特性に優れた修飾キトサンの研究が深まるにつれ、キトサンの応用価値はますます高まっています。水処理におけるキトサンの応用技術を探索し、より広い応用範囲を備えた環境に優しいキトサン誘導体の製品を開発することは、非常に幅広い市場価値と応用の見通しをもたらすでしょう。
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投稿日時: 2022 年 8 月 9 日