Traitement des eaux usées au chitosane

Dans les systèmes de traitement de l'eau conventionnels, les floculants les plus largement utilisés sont les sels d'aluminium et les sels de fer, les sels d'aluminium restant dans l'eau traitée mettront en danger la santé humaine et les sels de fer résiduels affecteront la couleur de l'eau, etc. dans la plupart des cas de traitement des eaux usées, il est difficile de surmonter les problèmes de pollution secondaire tels qu'une grande quantité de boues et une élimination difficile des boues. Par conséquent, la recherche d’un produit naturel qui ne cause pas de pollution secondaire à l’environnement pour remplacer les floculants sel d’aluminium et sel de fer est aujourd’hui la nécessité de mettre en œuvre des stratégies de développement durable. Les floculants polymères naturels ont attiré beaucoup d'attention parmi de nombreux floculants en raison de leurs sources abondantes de matières premières, de leur faible prix, de leur bonne sélectivité, de leur faible dosage, de leur sécurité et de leur non-toxicité et de leur biodégradation complète. Après des décennies de développement, un grand nombre de floculants polymères naturels aux propriétés et utilisations différentes ont vu le jour, parmi lesquels l'amidon, la lignine, le chitosane et la colle végétale sont actuellement largement utilisés.

ChitosanePropriétés

Le chitosane est un solide feuilleté amorphe blanc translucide, insoluble dans l'eau mais soluble dans l'acide, qui est le produit de désacétylation de la chitine. De manière générale, le chitosane peut être appelé chitosane lorsque le groupe N-acétyle de la chitine est éliminé de plus de 55 %. La chitine est le composant principal des exosquelettes des animaux et des insectes et constitue le deuxième plus grand composé organique naturel sur terre après la cellulose. En tant que floculant, le chitosane est naturel, non toxique et dégradable. Il existe de nombreux groupes hydroxyle, groupes amino et certains groupes N-acétylamino répartis sur la chaîne macromoléculaire du chitosane, qui peuvent former des polyélectrolytes cationiques à haute densité de charge dans des solutions acides, et peuvent également former des structures en forme de réseau au moyen de liaisons hydrogène ou ioniques. obligations. Molécules en cage, complexant et éliminant ainsi de nombreux ions de métaux lourds toxiques et nocifs. Le chitosane et ses dérivés ont un large éventail d'utilisations, non seulement dans le textile, l'impression et la teinture, la fabrication du papier, la médecine, l'alimentation, l'industrie chimique, la biologie et l'agriculture et de nombreux autres domaines ont de nombreuses valeurs d'application, mais peuvent également être utilisés dans le traitement de l'eau. comme adsorbant, agents de floculation, fongicides, échangeurs d'ions, préparations membranaires, etc. Le chitosane a été approuvé par l'Agence américaine de protection de l'environnement comme agent purifiant pour l'eau potable en raison de ses avantages uniques dans les applications d'approvisionnement en eau et de traitement de l'eau.

Application deChitosaneen traitement de l'eau

(1) Éliminer les matières en suspension dans le plan d’eau. Dans l'eau naturelle, il devient un système colloïdal chargé négativement en raison de l'existence de bactéries argileuses, etc. En tant que polymère cationique à longue chaîne, le chitosane peut jouer la double fonction de neutralisation électrique, de coagulation, d'adsorption et de pontage, et a une forte coagulation. effet sur les substances en suspension. Comparé à l'alun traditionnel et au polyacrylamide comme floculants, le chitosane a un meilleur effet clarifiant. RAVID et coll. a étudié l'effet du traitement de floculation d'une distribution d'eau de kaolin unique lorsque la valeur du pH du chitosane était de 5 à 9, et a découvert que la floculation était grandement affectée par la valeur du pH et que la valeur de pH efficace pour l'élimination de la turbidité était de 7,0 à 7,5. 1 mg/L de floculant, le taux d'élimination de la turbidité dépasse 90 %, les flocs produits sont grossiers et rapides, et le temps total de sédimentation par floculation ne dépasse pas 1 heure ; mais lorsque la valeur du pH diminue ou augmente, l'efficacité de la floculation diminue, ce qui indique que ce n'est que dans une plage de pH très étroite que le chitosane peut former une bonne polymérisation avec les particules de kaolin. Certaines études ont montré que lorsque la suspension de bentonite floculée est traitée avec du chitosane, la plage de valeurs de pH appropriée est large. Par conséquent, lorsque l'eau trouble contient des particules similaires au kaolin, il est nécessaire d'ajouter une quantité appropriée de bentonite comme coagulant pour améliorer la polymérisation dechitosanesur les particules. Plus tard, RAVID et al. trouvé que

S'il y a de l'humus dans la suspension de kaolin ou de dioxyde de titane, il est facile de le floculer et de le précipiter avec du chitosane, car l'humus chargé négativement est attaché à la surface des particules et l'humus facilite l'ajustement de la valeur du pH. Le chitosane présente toujours des propriétés de floculation supérieures pour les plans d'eau naturels présentant différentes turbidité et alcalinité.

(2) Éliminez les algues et les bactéries du plan d’eau. Ces dernières années, certaines personnes à l'étranger ont commencé à étudier l'adsorption et la floculation du chitosane sur des systèmes colloïdes biologiques tels que les algues et les bactéries. Le chitosane a un effet d'élimination sur les algues d'eau douce, à savoir la spiruline, les algues oscillatrices, la chlorelle et les algues bleu-vert. Des études ont montré que pour les algues d’eau douce, l’élimination est meilleure à un pH de 7 ; pour les algues marines, le pH est plus faible. Le dosage approprié de chitosane dépend de la concentration d’algues dans le plan d’eau. Plus la concentration d'algues est élevée, plus la dose de chitosane doit être ajoutée, et l'augmentation de la dose de chitosane a tendance à provoquer une floculation et une précipitation. plus rapide. La turbidité peut mesurer l'élimination des algues. Lorsque la valeur du pH est de 7, 5 mg/Lchitosanepeut éliminer 90 % de la turbidité de l'eau, et plus la concentration d'algues est élevée, plus les particules de floc sont grossières et meilleures sont les performances de sédimentation.

L'examen microscopique a montré que les algues éliminées par floculation et sédimentation étaient seulement agrégées et adhérées entre elles et étaient toujours dans un état intact et actif. Étant donné que le chitosane n’a aucun effet négatif sur les espèces présentes dans l’eau, l’eau traitée peut toujours être utilisée pour l’aquaculture en eau douce, contrairement à d’autres floculants synthétiques pour le traitement de l’eau. Le mécanisme d’élimination du chitosane sur les bactéries est relativement compliqué. En étudiant la floculation d'Escherichia coli avec le chitosane, il s'avère que le mécanisme de pontage déséquilibré est le mécanisme principal du système de floculation et que le chitosane produit des liaisons hydrogène sur les débris cellulaires. Une autre étude a montré que l'efficacité de la floculation du chitosane d'E. coli dépend non seulement de la chargeabilité du diélectrique mais également de sa dimension hydraulique.

(3) Éliminez l’aluminium résiduel et purifiez l’eau potable. Les sels d'aluminium et les floculants de polyaluminium sont largement utilisés dans les processus de traitement de l'eau du robinet, mais l'utilisation de floculants à base de sel d'aluminium peut entraîner une augmentation de la teneur en aluminium de l'eau potable. L'aluminium résiduel dans l'eau potable constitue un risque sérieux pour la santé humaine. Bien que le chitosane présente également le problème des résidus d'eau, car il s'agit d'un aminopolysaccharide alcalin naturel non toxique, les résidus ne causeront pas de dommages au corps humain et peuvent être éliminés lors du processus de traitement ultérieur. De plus, l’utilisation combinée de chitosane et de floculants inorganiques tels que le chlorure de polyaluminium peut réduire la teneur en aluminium résiduel. Par conséquent, dans le traitement de l’eau potable, le chitosane présente des avantages que d’autres floculants polymères organiques synthétiques ne peuvent remplacer.

Application du chitosane dans le traitement des eaux usées

(1) Retirez les ions métalliques. La chaîne moléculaire dechitosaneet ses dérivés contiennent un grand nombre de groupes amino et de groupes hydroxyle, il a donc un effet chélateur sur de nombreux ions métalliques et peut efficacement adsorber ou capturer les ions de métaux lourds dans la solution. Catherine A. Eiden et d'autres études ont montré que la capacité d'adsorption du chitosane sur Pb2+ et Cr3+ (en unité de chitosane) atteint respectivement 0,2 mmol/g et 0,25 mmol/g et possède une forte capacité d'adsorption. Zhang Ting'an et coll. utilisé du chitosane désacétylé pour éliminer le cuivre par floculation. Les résultats ont montré que lorsque la valeur du pH était de 8,0 et que la concentration massique d'ions cuivre dans l'échantillon d'eau était inférieure à 100 mg/L, le taux d'élimination du cuivre était supérieur à 99 % ; La concentration massique est de 400 mg/L et la concentration massique d'ions cuivre dans le liquide résiduel répond toujours à la norme nationale de rejet des eaux usées. Une autre expérience a prouvé que lorsque le pH = 5,0 et le temps d'adsorption était de 2 heures, le taux d'élimination du chitosane en Ni2+ dans le liquide résiduaire de nickelage chimique par adsorption pouvait atteindre 72,25 %.

(2) Traitez les eaux usées à haute teneur en protéines telles que les eaux usées alimentaires. Lors de la transformation des aliments, des eaux usées contenant une grande quantité de matières en suspension sont rejetées. La molécule de chitosane contient un groupe amide, un groupe amino et un groupe hydroxyle. Avec la protonation du groupe amino, il montre le rôle du polyélectrolyte cationique, qui a non seulement un effet chélateur sur les métaux lourds, mais peut également floculer et adsorber efficacement les fines particules chargées négativement dans l'eau. La chitine et le chitosane peuvent former des complexes par liaison hydrogène avec des protéines, des acides aminés, des acides gras, etc. Fang Zhimin et al. utiliséchitosane, le sulfate d'aluminium, le sulfate ferrique et le phtalamide de polypropylène comme floculants pour récupérer les protéines des eaux usées de transformation des fruits de mer. Un taux de récupération des protéines et une transmission de la lumière des effluents élevés peuvent être obtenus. Étant donné que le chitosane lui-même est non toxique et ne présente aucune pollution secondaire, il peut être utilisé pour recycler des substances utiles telles que les protéines et l'amidon présents dans les eaux usées des usines de transformation des aliments, en vue de leur transformation et de leur réutilisation, par exemple en les ajoutant aux aliments pour animaux.

(3) Traitement des eaux usées d’impression et de teinture. Les eaux usées d'impression et de teinture font référence aux eaux usées rejetées par le coton, la laine, les fibres chimiques et d'autres produits textiles au cours du processus de prétraitement, de teinture, d'impression et de finition. Il contient généralement des sels, des tensioactifs organiques et des colorants, etc., avec des composants complexes, une saturation élevée et une DCO élevée. , et évoluent dans le sens d'une anti-oxydation et d'une anti-biodégradation, extrêmement nocives pour la santé humaine et l'environnement. Le chitosane contient des groupes amino et des groupes hydroxyle et a un fort effet d'adsorption sur les colorants, notamment : l'adsorption physique, l'adsorption chimique et l'adsorption par échange d'ions, principalement par liaison hydrogène, attraction électrostatique, échange d'ions, force de van der Waals, interaction hydrophobe, etc. effet. Dans le même temps, la structure moléculaire du chitosane contient un grand nombre de groupes aminés primaires, qui forment un excellent agent chélateur de polymère grâce à des liaisons de coordination, qui peuvent agglutiner les colorants dans les eaux usées, et sont non toxiques et ne produisent pas de pollution secondaire.

(4) Application à la déshydratation des boues. À l’heure actuelle, la grande majorité des stations d’épuration urbaines utilisent du polyacrylamide cationique pour traiter les boues. La pratique a montré que cet agent a un bon effet de floculation et permet de déshydrater facilement les boues, mais ses résidus, en particulier le monomère acrylamide, sont un puissant cancérigène. C’est donc un travail très significatif que de chercher à le remplacer. Le chitosane est un bon conditionneur de boues, qui aide à former des micelles de bactéries de boues activées, qui peuvent agglomérer des matières en suspension chargées négativement et des matières organiques dans la solution, et améliorer l'efficacité du traitement du processus de boues activées. Des études ont montré que le floculant composite chlorure de polyaluminium/chitosane a non seulement un effet évident sur le conditionnement des boues, mais que, comparé à l'utilisation d'un seul PAC ou chitosane, la résistance spécifique des boues atteint d'abord un point bas et le taux de filtration est plus élevé. C’est rapide et c’est un meilleur conditionneur ; en outre, trois types de carboxyméthylchitosane (N-carboxyméthylchitosane, N,O-carboxyméthylchitosane et O-carboxyméthylchitosane) sont utilisés comme floculant. Le floculant a été testé sur les performances de déshydratation des boues, et il a été constaté que les flocs formés étaient solide et difficile à briser, ce qui indique que l'effet du floculant sur la déshydratation des boues était nettement meilleur que celui des floculants ordinaires.

Chitosaneet ses dérivés sont riches en ressources, naturelles, non toxiques, dégradables et possèdent en même temps diverses propriétés. Ce sont des agents de traitement des eaux vertes. Sa matière première, la chitine, est le deuxième plus grand composé organique naturel sur terre. Par conséquent, ces dernières années, le développement du chitosane dans le traitement de l’eau a connu une dynamique de croissance évidente. En tant que polymère naturel qui transforme les déchets en trésor, le chitosane a été initialement utilisé dans de nombreux domaines, mais les performances et l'application des produits nationaux présentent encore un certain écart par rapport à d'autres pays avancés. Avec l'approfondissement de la recherche sur le chitosane et ses dérivés, en particulier le chitosane modifié doté d'excellentes propriétés de synthèse, il a de plus en plus de valeur d'application. L’exploration de la technologie d’application du chitosane dans le traitement de l’eau et le développement de produits respectueux de l’environnement à base de dérivés du chitosane avec une gamme d’applications plus large auront une valeur marchande et des perspectives d’application très larges.

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