鄺鉅熾1，張軍2
（1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院化學(xué)與化工系，廣東佛山528000；2.佛山市石灣東建陶瓷廠，廣州佛山528000）

　　摘　要：本文通過(guò)對(duì)殼聚糖（CH）與聚丙烯酸胺（PAM）在pH值、加入量對(duì)混凝效果影響、對(duì)難沉降粒子聚沉能力等方面進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：殼聚糖的除濁能力大于PAM，最適宜的pH范圍為4－7，其優(yōu)良的混凝性能是由于其獨(dú)特的聚陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)。
　　關(guān)鍵詞：混凝劑；殼聚糖；聚丙烯酸胺；聚合氯化鋁
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X792
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2001）02－0008－03

　Experimental Study on Coagulation Effect of Chitin
KUANG Ju-chi, ZHANG Jun
(l. Department of Chemistry, Foshan University, Foshan 5280(X), China; 2. Shwan Dongjian Ceramic Factory Of Foshan, Foshan 528000, China)

　　Ahstract: Experiments were made for comparison between chitin(CH) and Polyacrylamide (PAM ) on effects Of their pH values and added quantity upon the result Of flocculation and their flocculating abilities to particles which are hardly sedimentary. The conclusions are: the nocculating abiIity of chitin(cH) is better than that of polyacrylamide (PAM), the most suitable range of pH vluse is 4--7 and the good flocculating Performance results from its unique cationic Polymerization structure.
　　Key words: flocculant; chitin; polyacrylamide; Polyaluminum chloride

　　在飲用水、工業(yè)廢水和生活污水處理中，大量應(yīng)用無(wú)機(jī)混凝劑，其主要是Ml₂（SO₄、聚合氯化鋁（PAC）、FeCl₃、聚合硫酸鐵PFS等。90年代后，相繼出現(xiàn)了多種復(fù)合型混凝劑^[1-3]；然而國(guó)內(nèi)對(duì)天然環(huán)保型混凝劑一殼聚糖^[4-5]型混凝劑的研究與應(yīng)用明顯不足。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，表明殼聚糖作為陽(yáng)離子型混凝劑有良好混凝作用，性能優(yōu)于上述傳統(tǒng)混凝劑；且殼聚糖的原料一甲殼素是地球上第二大再生資源，僅海洋生物的生成量就達(dá)10×10⁹t以上。它無(wú)毒無(wú)害，可完全生物降解，其聚沉污泥可作肥料，是少有的環(huán)保型高效廢水處理劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品
　　主要儀器：DBJ－621定時(shí)變速攪拌器，PHS－2型酸度計(jì)，722型分光光度計(jì)，DXD-1型電泳儀。
　　實(shí)驗(yàn)用藥品：殼聚糖（CH）、陰離子型聚丙烯 酸胺（PAM）、聚合氯化鋁（PAC）均為分析純。試驗(yàn)用水采用蒙脫土、高嶺土、河底淤泥配制。
1.2 混凝效果評(píng)價(jià)方法
　　取已經(jīng)干燥恒重并準(zhǔn)確稱(chēng)取的實(shí)驗(yàn)?zāi)喾郏擅撏痢⑻烊徽衬嗪透邘X土等）1g放入1升的燒杯中，加蒸餾水至1000 mL，然后攪拌均勻，配成實(shí)驗(yàn)水樣。實(shí)驗(yàn)時(shí)，取500 mL水樣，調(diào)好pH值后加入一定量的混凝劑，充分?jǐn)嚢?7min，靜置10min，取上清液在722型分光光度計(jì)上測(cè)透光率T％。透光率實(shí)質(zhì)是殘余濁度的表征，從而可用來(lái)評(píng)定混凝效果，T％值越大，說(shuō)明混凝性能越佳。
1.3 溶液ζ電位的測(cè)定
　　根據(jù)混凝實(shí)驗(yàn)方法，在實(shí)驗(yàn)水樣中逐次按不同起始濃度C加入相應(yīng)的混凝劑，攪拌均勻后取部分試液在DXD－1型電泳儀上測(cè)定電動(dòng)電位ζ，并考察-dζ/dc之變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 混凝劑加入量對(duì)混凝效果的影響
　　取1000mg/L蒙脫土懸浮液若干份，依次加入不同份量的CH或PAM，觀察其混凝效果。結(jié)果如圖1所示。

　　蒙脫土是一種比高嶺土更難混凝沉降的物質(zhì)，從上圖對(duì)蒙脫土懸濁液的混凝對(duì)比實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，CH≥0.07mg/L即可達(dá)到 80％的混凝沉降效果，而PAM用量到0.3mg/L后也一直處于不到40％的水平。
2.2 混凝劑作用效果隨酸度的變化
　　在1000mg/L蒙脫上懸浮液中調(diào)節(jié)水樣的pH值，以試驗(yàn)酸度對(duì)CH（0.1mg/L）、PAM（3mg/L）混凝效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

　　由圖2可看出，在pH≤8.6的情況下，殼聚糖表現(xiàn)出很好的不依賴(lài)體系酸度的優(yōu)越性。由此看來(lái)，殼聚精是非反應(yīng)性陽(yáng)離子聚合物，因而在很強(qiáng)的酸性環(huán)境，仍能保持很好的混凝作用；而大多數(shù)陽(yáng)離子合成高聚物是依賴(lài)處理液的PH發(fā)生變化，形成陽(yáng)電荷才能起作用；因而應(yīng)用具有局限性。大多數(shù)陰離子高聚物在酸性環(huán)境電性被中和而失去作用，故隨pH的波動(dòng)均較大，混凝沉降對(duì)pH的適應(yīng)能力遠(yuǎn)不及殼聚糖。
　　當(dāng)然，pH≥9時(shí)CH的陽(yáng)電荷被OH-中和而混凝能力急劇下降也應(yīng)充分注意。其最佳作用范圍應(yīng)為pH＝4－7。
2.3 混凝劑對(duì)難沉降粒子作用效能的比較
　　實(shí)驗(yàn)所用河底淤泥（相當(dāng)于陶瓷廠排放水中最難處理物質(zhì)）是無(wú)機(jī)、有機(jī)混合物，在水中以膠體微粒為主，所以最難混凝沉降。圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CH的混凝作用受懸浮粒子濃度變化的影響較小，其投加量少，余濁度低，混凝沉降快速。反觀陰離子型聚丙烯酰胺PAM，淤泥濃度大于450mg/L則產(chǎn)生絮凝惡化現(xiàn)象，導(dǎo)致T％急劇降低。

2.4 混凝劑聚沉動(dòng)力學(xué)因素——－dζ/dC
　　在500mg/L高嶺上懸浮液中按不同起始濃度分別加人CH、PAC，測(cè)定溶液的ζ電位，結(jié)果如圖4所示。

　　由此可知，在未加人CH時(shí)ζ電位由高嶺上懸濁液的pH值決定，實(shí)驗(yàn)在pH＝6下測(cè)定約為-35mV左右。加入CH，溶液|ζ|值迅速降低，到ZndL時(shí)已降至零（此濃度后ζ電位因CH的電性而變正，并沒(méi)有對(duì)高嶺土的沉降造成負(fù)影響；而加入PAC至4mg/L溶液ζ電位幾乎完全未受影響，此后|ζ|值才隨加入量增大而緩緩減小，但最小也只能達(dá)7.5mV。可見(jiàn)PAC聚沉能力不及CH的重要原因在于其一dζ/dC遠(yuǎn)比后者平緩。
2.5 殼聚糖的混凝機(jī)理
　　CH表現(xiàn)的優(yōu)越混凝性能，主要得益于其陽(yáng)離子型混凝劑可同時(shí)發(fā)揮電中和凝聚及粘結(jié)架橋絮凝的作用，即高分子鏈上的陽(yáng)離子活性基團(tuán)與帶負(fù)電荷的高嶺土等粘土類(lèi)膠體微粒相吸引，降低及中和了膠體微粒的表面電荷（|ζ|降低），同時(shí)壓縮了膠體微粒擴(kuò)散層而使膠體微粒凝聚脫穩(wěn)，并借助于高分子鏈的粘結(jié)架橋作用而產(chǎn)生絮凝沉降。常用的陰離子型聚丙烯酰胺僅依靠分子鏈上的陰離子活性基團(tuán)與膠體微粒表面間通過(guò)范德華力和氫鍵的粘結(jié)作用進(jìn)行粘結(jié)架橋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，殼聚糖具有近似于強(qiáng)陽(yáng)離子型高分子混凝劑的除濁效果。也就是說(shuō)，它具有電中和凝聚及粘連架橋絮凝的雙重作用，是一種重要的陽(yáng)離子型高分子混凝劑。
　　有意義的是，殼聚糖從離解角度看是弱聚電解質(zhì)，但卻具有強(qiáng)離子型聚電解質(zhì)的高效混凝除濁效果，這是由它特殊的聚精胺結(jié)構(gòu)所致。

3 結(jié)論

　　①殼聚精除濁能力遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁混凝劑，當(dāng)最難以聚沉的河底淤泥濃度＞400mg/L、PAM幾乎喪失除濁能力時(shí)，CH仍能達(dá)到相當(dāng)?shù)幕炷Ч?br> 　　②CH是非反應(yīng)性聚電解質(zhì)，對(duì)溶液酸性的容許范圍遠(yuǎn)大于PAM。
　　③CH表現(xiàn)的優(yōu)越混凝性能，主要得益于其特殊聚陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)：既可發(fā)揮電中和（令|ζ|有效降低）凝聚效力，壓縮膠體微粒擴(kuò)散層而使粘土類(lèi)膠體微粒凝聚脫穩(wěn)，同時(shí)又可借助于高分子鏈的粘結(jié)架橋作用而產(chǎn)生絮凝沉降。
　　④應(yīng)以—dζ/dC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的△ζ作為衡量聚沉能力的依據(jù)。這樣做，更科學(xué)更合理。

參考文獻(xiàn)：

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　　作者簡(jiǎn)介：鄺鉅熾（1954－），男，助理研究員，華南理工大學(xué)在職碩士研究生，已獲多項(xiàng)校、市科技論文、成果獎(jiǎng)，主持并承擔(dān)的廣東省高教系統(tǒng)“水處理技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)）”項(xiàng)目日前在省成果鑒定會(huì)獲頗高評(píng)價(jià)。