Traitement des eaux usées au chitosane

Dans les systèmes conventionnels de traitement de l'eau, les floculants les plus utilisés sont les sels d'aluminium et les sels de fer. Les sels d'aluminium restant dans l'eau traitée sont dangereux pour la santé humaine et les sels de fer résiduels affectent la couleur de l'eau. Dans la plupart des cas, le traitement des eaux usées pose des problèmes de pollution secondaire, tels que la production importante de boues et leur élimination difficile. Par conséquent, la recherche d'un produit naturel non polluant pour l'environnement, remplaçant les floculants à base de sels d'aluminium et de fer, est aujourd'hui une nécessité dans le cadre de stratégies de développement durable. Les floculants polymères naturels suscitent un vif intérêt auprès de nombreux floculants en raison de leur abondance de matières premières, de leur faible coût, de leur bonne sélectivité, de leur faible dosage, de leur innocuité, de leur non-toxicité et de leur biodégradation complète. Après des décennies de développement, un grand nombre de floculants polymères naturels aux propriétés et aux utilisations variées 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 blanc, amorphe et translucide, floconneux, insoluble dans l'eau mais soluble dans l'acide. Il s'agit du produit de désacétylation de la chitine. En général, le chitosane est appelé chitosane lorsque le groupe N-acétyle de la chitine est éliminé à plus de 55 %. La chitine est le principal composant de l'exosquelette des animaux et des insectes, et le deuxième composé organique naturel le plus important sur Terre après la cellulose. En tant que floculant, le chitosane est naturel, non toxique et dégradable. La chaîne macromoléculaire du chitosane comporte de nombreux groupes hydroxyles, groupes amino et certains groupes N-acétylamino, répartis sur sa chaîne macromoléculaire. Ces derniers peuvent former des polyélectrolytes cationiques à forte densité de charge en solution acide, ainsi que des structures réticulaires par liaisons hydrogène ou ioniques. Ils enferment les molécules, complexant et éliminant ainsi de nombreux ions de métaux lourds toxiques et nocifs. Le chitosane et ses dérivés ont une large gamme 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 aussi dans le traitement de l'eau, peuvent être utilisés 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 de purification de l'eau potable en raison de ses avantages uniques dans les applications d'approvisionnement en eau et de traitement de l'eau.

Application deChitosanedans le traitement de l'eau

(1) Éliminer les solides en suspension dans le plan d'eau. Dans l'eau naturelle, il se transforme en un système colloïdal chargé négativement en raison de la présence de bactéries argileuses, etc. En tant que polymère cationique à longue chaîne, le chitosane peut jouer la double fonction de neutralisation électrique et de coagulation, ainsi que d'adsorption et de pontage, et possède un puissant effet coagulant sur les substances en suspension. Comparé à l'alun et au polyacrylamide traditionnels utilisés comme floculants, le chitosane présente un meilleur effet clarifiant. RAVID et al. ont étudié l'effet de la floculation sur une distribution d'eau contenant du kaolin simple lorsque le pH du chitosane était compris entre 5 et 9, et ont constaté que la floculation était fortement affectée par le pH, et que le pH effectif d'élimination de la turbidité était compris entre 7,0 et 7,5. Avec 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 h ; Cependant, lorsque le pH diminue ou augmente, l'efficacité de la floculation diminue, ce qui indique que le chitosane ne peut former une bonne polymérisation avec les particules de kaolin que dans une plage de pH très étroite. Certaines études ont montré que lorsqu'une suspension de bentonite floculée est traitée avec du chitosane, la plage 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.chitosanesur les particules. Plus tard, RAVID et al. ont découvert que

Si la suspension de kaolin ou de dioxyde de titane contient de l'humus, il est facile de le floculer et de le précipiter avec le chitosane, car l'humus chargé négativement se fixe à la surface des particules et facilite l'ajustement du pH. Le chitosane a néanmoins montré des propriétés de floculation supérieures pour les plans d'eau naturels présentant différentes turbidités et alcalinités.

(2) Éliminer les algues et les bactéries du plan d'eau. Ces dernières années, des chercheurs étrangers ont commencé à étudier l'adsorption et la floculation du chitosane sur des systèmes colloïdaux biologiques tels que les algues et les bactéries. Le chitosane a un effet éliminateur sur les algues d'eau douce, notamment 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 optimale à un pH de 7 ; pour les algues marines, un pH plus bas est nécessaire. 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 importante, et une augmentation de la dose tend à provoquer une floculation et une précipitation plus rapides. La turbidité permet de mesurer l'élimination des algues. À un pH de 7,5 mg/Lchitosanepeut éliminer 90 % de la turbidité de l'eau, et plus la concentration en 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 adhérentes, et étaient encore intactes et actives. Le chitosane n'ayant aucun effet négatif sur les espèces présentes dans l'eau, l'eau traitée peut encore 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 complexe. L'étude de la floculation d'Escherichia coli avec le chitosane a révélé que le mécanisme de pontage déséquilibré est le principal mécanisme 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 d'Escherichia coli par le chitosane dépend non seulement de la chargeabilité du diélectrique, mais aussi de sa dimension hydraulique.

(3) Éliminer l'aluminium résiduel et purifier l'eau potable. Les sels d'aluminium et les floculants polyaluminium sont largement utilisés dans le traitement de l'eau du robinet, mais leur utilisation peut entraîner une augmentation de la teneur en aluminium de l'eau potable. L'aluminium résiduel dans l'eau potable constitue un grave danger pour la santé humaine. Bien que le chitosane présente également des problèmes de résidus dans l'eau, étant un aminopolysaccharide alcalin naturel non toxique, ces résidus ne sont pas nocifs pour l'organisme et peuvent être éliminés lors du traitement ultérieur. De plus, l'utilisation combinée de chitosane et de floculants inorganiques tels que le chlorure de polyaluminium permet de réduire la teneur en aluminium résiduel. Par conséquent, dans le traitement de l'eau potable, le chitosane présente des avantages que les autres floculants polymères organiques synthétiques ne peuvent remplacer.

Application du chitosane dans le traitement des eaux usées

(1) Éliminer les ions métalliques. La chaîne moléculaire dechitosaneet ses dérivés contiennent un grand nombre de groupes amino et de groupes hydroxyles, 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 a une forte capacité d'adsorption. Zhang Ting'an et al. ont 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 est toujours conforme 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 h, le taux d'élimination du chitosane en Ni2+ dans le liquide résiduaire de nickelage chimique par adsorption pouvait atteindre 72,25 %.

(2) Traiter les eaux usées à forte teneur en protéines, comme les eaux usées alimentaires. Lors de la transformation des aliments, les 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. La protonation du groupe amino lui confère un rôle de polyélectrolyte cationique, qui non seulement a un effet chélateur sur les métaux lourds, mais peut également floculer et adsorber efficacement les particules fines 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. ont utiliséchitosane, sulfate d'aluminium, sulfate ferrique et polypropylène phtalamide comme floculants pour récupérer les protéines des eaux usées de transformation des produits de la mer. Un taux élevé de récupération des protéines et une bonne transmission lumineuse des effluents sont obtenus. Étant donné que le chitosane est non toxique et exempt de pollution secondaire, il peut être utilisé pour recycler des substances utiles telles que les protéines et l'amidon dans les eaux usées des usines de transformation alimentaire, en vue de leur transformation et de leur réutilisation, par exemple pour l'alimentation animale.

(3) Traitement des eaux usées d'impression et de teinture. Les eaux usées d'impression et de teinture désignent les eaux usées rejetées par le coton, la laine, les fibres chimiques et autres produits textiles lors des processus de prétraitement, de teinture, d'impression et de finition. Elles contiennent généralement des sels, des tensioactifs et des colorants organiques, etc., aux composants complexes, à forte saturation et à forte DCO. Elles évoluent vers l'antioxydation et l'antibiodégradation, ce qui est extrêmement nocif pour la santé humaine et l'environnement. Le chitosane contient des groupes amino et hydroxyle et possède un fort effet d'adsorption sur les colorants, notamment par adsorption physique, chimique et par échange d'ions, principalement par liaison hydrogène, attraction électrostatique, échange d'ions, force de van der Waals, interaction hydrophobe, etc. Par ailleurs, la structure moléculaire du chitosane contient un grand nombre de groupes amino primaires, qui forment un excellent agent chélateur de polymères par liaisons de coordination. Ce dernier peut agglutiner les colorants dans les eaux usées, est non toxique et ne produit pas de pollution secondaire.

(4) Application à la déshydratation des boues. Actuellement, 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 facilite la déshydratation des boues, mais ses résidus, en particulier le monomère d'acrylamide, sont fortement cancérigènes. Il est donc crucial de chercher à le remplacer. Le chitosane est un bon conditionneur de boues, favorisant la formation de micelles bactériennes dans les boues activées. Ces dernières peuvent agglomérer les matières en suspension et les matières organiques chargées négativement en solution, améliorant ainsi l'efficacité du traitement des 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 aussi, comparé à l'utilisation d'un seul PAC ou chitosane, que la résistance spécifique des boues est initialement faible et que le taux de filtration est plus élevé. Il est rapide et constitue un meilleur conditionneur ; De plus, trois types de carboxyméthyl chitosane (N-carboxyméthyl chitosane, N, O-carboxyméthyl chitosane et O-carboxyméthyl chitosane) sont utilisés comme Le floculant a été testé sur les performances de déshydratation des boues, et il a été constaté que les flocs formés étaient solides et difficiles à casser, indiquant que l'effet du floculant sur la déshydratation des boues était significativement meilleur que celui des floculants ordinaires.

ChitosaneLe chitosane et ses dérivés sont riches en ressources, naturels, non toxiques, dégradables et possèdent des propriétés variées. Ce sont des agents écologiques de traitement de l'eau. Sa matière première, la chitine, est le deuxième composé organique naturel le plus utilisé sur Terre. Par conséquent, ces dernières années, le développement du chitosane dans le traitement de l'eau a connu une croissance significative. Polymère naturel transformant les déchets en trésors, le chitosane a été initialement utilisé dans de nombreux domaines, mais ses performances et son application sur les produits nationaux présentent encore un certain retard par rapport à celles des autres pays développés. Avec l'approfondissement de la recherche sur le chitosane et ses dérivés, en particulier le chitosane modifié aux excellentes propriétés de synthèse, sa valeur d'application augmente. L'exploration des technologies d'application du chitosane dans le traitement de l'eau et le développement de produits dérivés du chitosane respectueux de l'environnement et offrant un large éventail d'applications offriront une valeur marchande et des perspectives d'application très larges.

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