摘要：为提高絮凝剂的絮凝性能，降低絮凝剂的应用成本，实验研究了两种不同分子量的壳聚糖(CTS)与聚合氯化铝(PAC)复配使用的絮凝性能，并对生活污水进行了处理。结果表明：聚合氯化铝与壳聚糖复合能相互促进其絮凝效能，当壳聚糖分子量为1.05×106，污水pH为6.5，静置30min，总投加量为1.0mg／L，复合絮凝剂组成为PAC：CTSI=0.3:0.7时，废水的透光率达到98.9％，优于单独使用PAC和CTS。复合絮凝剂(cTS／PAC)兼有无机和有机絮凝剂的优点，是一种使用范围较广的新型絮凝剂。
关键词：壳聚糖；聚合氯化铝；絮凝
中图分类号：O623.734
文献标识码：A
文章编号：1672－1098(2009)04－0035－04
分子量是壳聚糖(CTS)的一个非常重要的性能指标，不同分子量的壳聚糖性质差异很大。壳聚糖作为天然高分子絮凝剂具有无毒、不存在二次污染、使用方便等优点；但生产成本高，推广应用受到很大的限制。而无机絮凝剂聚合氯化铝(PAC)虽然价格便宜但在应用上用量大、残渣多及存在一定的腐蚀性等缺陷，因此，将无机絮凝剂和天然有机絮凝剂复配使用达到最佳的效果，是目前甲壳素化学和絮凝化学研究的热点和难点之一，人们也正在积极探索有机絮凝剂与无机絮凝剂良好絮凝效果的有效途径。本文将不同分子量壳聚糖(CTS)与有机聚合氯化铝(PAC)作为絮凝剂，对比了各自和复配后的絮凝效果，并对相应的絮凝条件作了探索。
1 实验部分
1.1实验原料及设备
生活污水(安徽理工大学生活区取样，主要分析指标pH=6.5，pHS－3C型精密pH计测定，透光度23.9％，721－100型可见光分光光度计测试；CODcr含量27.2mg／L，采用重铬酸钾法测定)，不同分子量粉末状壳聚糖1和2(脱乙酰度为80％，分子量分别为1.05×106和5.34×104，浙江玉环海洋生物化学有限公司)，冰乙酸(分析纯，上海国药集团有限公司)，聚合氯化铝(嘉善海峡井水灵化工有限公司)；电动可调搅拌器(江苏金坛市荣华仪器制造有限公司)。
1.2实验方法
影响絮凝性能因素有絮凝剂的相对分子质量、水体pH值、水体的初始浊度、水力条件、有机物含量、离子浓度、搅拌强度和时间等，考虑水体和絮凝剂的性质，主要针对絮凝剂的浓度、相对分子量、pH值来研究絮凝性能。
实验将PAC用去离子水配成1.0g／L溶液，(CTS1)和(CTS2)用冰乙酸溶液配成1.0g／L溶液备用。絮凝实验在室温下和500mL烧杯中进行，在200～240r／min搅拌下向生活污水中加入一定量的PAC絮凝剂，同时加入壳聚糖助凝剂，继续搅拌2rain，在70～90r／min进行助凝搅拌5min，静置沉降30min，在液面下3cm处取样，用721型分光光度计在440nm波长处测定水样的透光率。
2 结果与讨论
2.1浓度和分子量对絮凝性能的影响
通过改变壳聚糖的浓度和分子量进行絮凝实验，其结果如图1所示。
从图1中可以明显的看出，无机聚合氯化铝和有机壳聚糖絮凝剂的浓度对污水的絮凝效果影响比较显著的，且具有相同的规律，浊度去除率随着投放絮凝剂量的增加而呈现先增大后缓慢减小的过程。而其中CTS1和CTS2都在5mg／L投放量时浊度去除率达到最大值，分别为94.8％和93.6％。而PAC的投放量在3mg／L内浊度去除率迅速增大，而后增加平缓，在7mg／L处达到最好的去除效果(90.1％)。继续增加絮凝剂投放量后，絮凝效果呈缓慢下降趋势，主要由于过量的絮凝剂所产生的“胶体保护”作用。因为过量的絮凝剂(壳聚糖或PAC)可使得脱稳胶粒的电荷变号或者使胶粒被包卷而重新变得稳定，从而使絮凝团的表面缺少相应的吸附点，而絮凝团表面吸附点的减少则不利于吸附架桥的进行，这最终会导致絮凝效果的降低。
整体比较，CTS1和CTS2的絮凝效果明显优于无机PAC的絮凝性，且投放量也较PAC少；而高分子量CTS1的絮凝效果最优。由于高分子量壳聚糖分子链上分布着大量的游离氨基，在稀酸溶液中质子化后使分子链带上大量的正电荷，具有多阳离子，相同投放量下其阳离子占有优势，从而阳离子性增强，即促进了絮凝性能的提高。
2.2复配前后絮凝性能比较
在pH＝6.5下，不同分子量壳聚糖与PAC复配前后的絮凝性能比较如图2所示。
图2中横坐标为PAC的添加量，其中曲线1表示PAC的絮凝曲线，曲线2表示CTSl和CTSZ按总量为1.0mg／L进行配比的絮凝曲线。可以明显看出，壳聚糖配合PAC的絮凝性能明显优于配合前的壳聚糖和PAC的絮凝性能；而高分子量CTS1配合PAC的絮凝效果优于低分子量的CTS2配合PAC。其中PAC和壳聚糖的配比为0.3mg／L和O.7mg／L的絮凝效果最佳，仍以高分子量CTS1配合PAC的絮凝效果明显，浊度去除率分别达到了98.9％和96.7％。而单纯壳聚糖和PAC的最佳投放量分别如图1所示的5mg／L和7mg／L，浊度去除率未达到95％。该结果表明壳聚糖配合无机PAC后的絮凝效果优于纯的壳聚糖和PAC，而投放量也较纯的壳聚糖和PAC大幅减少，达到降低应用成本、提高应用效率的目的。其过程可能首先PAC以多羟基配合物的化学形态起到提供反离子而达到压缩废水中带电微粒双电层厚度并降低ε电位的作用；二是CTS／PAC大分子发挥架桥网扑作用使微粒转入沉淀。而壳聚糖的相对分子质量越大，其分子的螺旋链越长，絮凝过程中与颗粒碰撞的概率越大，桥连作用的效果越好，形成的絮体也就更大，絮凝的效果也就越好。从而投放絮凝剂的量也明显减少。
复合絮凝剂的絮凝原理为阳离子的天然有机高分子壳聚糖与无机高分子聚合氯化铝复合后，高分子链上的正电荷与PAC的正电荷相叠加，增强壳聚糖的电中和能力。另外，壳聚糖的分子链在已经脱稳的颗粒物之间架桥，有利于较大絮体的形成，经絮体的卷扫作用增强了去除水中微小颗粒的功能。
2.3静置时间对絮凝性能的影响
为了描述静置时间对絮凝性能的影响，我们采用PAC和CTS复配为0.3mg／L+0.7mg／L、PAC在7mg／L、CTS在5mg／L的最佳投放量条件下，测定不同静置时间被测液的透光率，其曲线如图3所示。
由图3可知，絮凝剂对污水的去污效果随着静置时间的延长而增加，当静置时间超过30min后，透光率变化不大。其中仍以高分子量CTS1配合PAC在整个时间范围内效果最佳。由于分子链大，长链上分布阳离子数目多，在相同条件下与溶液中的胶体颗粒碰撞机会多，从而絮凝的速度快，故有很好的絮凝
效果，所以静置的时间为30min较为合适。
2.4不同pH对絮凝性能的影响
在PAC+CTS＝0.3mg／L+0.7mg／L最佳配比的条件下对两种壳聚糖在不同pH下的絮凝性能对比(见图4)。
从图4可以看出，絮凝沉淀的效果与原水的pH有密切的关系。pH在4.5至6.5范围内，透光率呈明显增加，浊度的去除率提高，絮凝效果较好，而pH值在6.5以后，透光率明显下降，其絮凝效果下降。可见，pH＝6.5时，絮凝剂的絮凝效果最好，其中配合絮凝剂的絮凝效果要明显的高于PAC的絮凝效果。而在整个pH变化过程中，仍以高分子量CTS1配合PAC的絮凝效果突出。可以推测在此pH值的条件下，更有利于胶体的聚沉。同时从图中也可以看出，配合絮凝剂的处理效果适用pH的范围较宽，在4.5到6.5范围内，浊度去除率都在90％以上。pH的继续升高，则絮凝效果明显下降。由于pH的变化会引起废水中胶体粒子ε电位(电动电势)变化，从而影响絮凝剂的絮凝效果。而壳聚糖分子中含有多个羟基(－OH)和氨基(－NH2)，这些基团含有剩余孤电子对，可以和金属离子螫合，形成稳定的结构，从而可以去除水中多种有害金属，当溶液pH过高时，PAC中和污水中大多数金属离子会水解成羟基络合物，从而影响与壳聚糖的配合吸附效果；而当pH过低时，氨基(一NH。)被大量质子化成－NH+3，从而削弱了氨基(－NH2)的螯合作用，使吸附量降低。所以，壳聚糖复合絮凝剂处理水体的pH应为6.5较为合适。
3 结论
运用两种不同分子量的壳聚糖配合无机PAC得到复合絮凝剂处理生活废水，适宜的絮凝条件为：pH为6.5，静置30min，高分子量壳聚糖所配的复合絮凝剂的絮凝效果较优，而且与纯CTSl、CTS2和无机PAC最佳投放量5mg／L、5mg／L和7mg／L相比，复合絮凝剂投放量少，仅为PAC+CTS＝0.3mg／L+0.7mg／L，絮凝效果好，透光率达到98.9％，而CTS1、CTS2和PAC的絮凝最佳去除率为94.8、93.6和90.1，具有降低应用成本，提高应用效率的效果。
可见，运用不同分子量的壳聚糖与无机PAC配合使用，不但能够大幅度的降低絮凝剂的投放量，而且絮凝效果也超过了单独絮凝剂的使用，更重要的是能够降低壳聚糖及其它絮凝剂的使用成本和弥补单独絮凝剂使用的弊端，该研究同时也为水处理领域提供一定技术参考，具有重要的研究意义。
(责任编辑：李丽)
