CN106334534A - 一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法和用途，其制备方法包括如下步骤：依次为壳聚糖溶液的制备、泥浆的制备、发泡剂的添加、壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备和壳聚糖活性污泥复合吸附剂的干燥，一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂可以有效吸附废水中的镉离子和铅离子。

Description

一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法和用途
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，更具体的说是一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法和用途。
背景技术
随着经济的发展、社会的进步，人们的环保意识增强，对环境的保护越来越受到重视。作为制约人类生存和经济发展的水资源受到更大程度的保护，水污染治理也得到了高度的重视。由于镉、铅被广泛应用于电镀等领域，已然成为污水中污染物的重要污染源，对人体健康和生态环境构成了严重威胁。铅和镉属有毒重金属，铅在自然界中难以转化，易在土壤及动植物体内累积，并能致人体急性或慢性中毒，而且铅对人的神经系统有伤害，可以在食物链中逐级传递，对幼儿的智力发育有着极其不良的影响；镉的毒性在于它能够牢固地累积在生物体内，导致人体肾功能衰竭、骨伤害、癌症和高血压，如1955年因土壤—植物系统受到镉污染，而在日本神通川地区发生的“痛痛病”。
目前，对含铅含镉废水的处理方法主要有：电解法、化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法、生物吸附法、反渗透法、电渗析法等，但均具有处理量小、选择性差、易造成二次污染的这些缺点，因此寻找合适的方法处理含镉含铅废水成为亟待解决的问题之一。近年来，工业迅速发展使得水的使用量与日俱增，伴随着城市污水处理率的提高，越来越多的剩余污泥得不到有效处置，成为水处理行业亟待解决的一个难题。目前，人们在探索剩余污泥资源化这一方面做了大量的工作。试验研究表明，在废水pH值为4-9、Pb2+≤100mg/L时，投加活性污泥进行处理，去除率达到99％以上。彭立凤等研究发现在电解液中，用脱乙酰度为66％的壳聚糖去除浓度为20-40mg/L的镉，壳聚糖与电解质的摩尔比是1.14∶1，镉的去除率能达到99.9％。敖晓奎等试验研究表明在活性污泥微生物细胞的表面含有大量的羟基、羧基等基团，它们对重金属离子形成络合物有着非常重要的作用。由这些研究可见，污泥对去除铅和镉有很好的效果，是一个具有可行性和发展前景的研究方向。
壳聚糖是甲壳素在脱乙酰化反应下得到的一种天然高分子有机物。甲壳类动物的外壳和很多植物的细胞壁内都含有甲壳素，因而资源比较丰富，属于廉价易得的材料。壳聚糖具有耐碱、耐腐蚀、无毒、无味以及对环境友好等特点，在其分子内含有大量氨基、羟基和氢键等，易与重金属离子形成比较稳定的螯合物，从而达到去除重金属离子的目的。使用壳聚糖处理重金属离子副作用较小处理效果比较好，目前已得到广泛的关注和研究。故壳聚糖可以作为包埋固定活性污泥的载体。本研究拟采用壳聚糖活性污泥复合吸附剂为载体，寻找合适的处理含铅含镉废水的方法，以期为城市污水厂剩余污泥的资源化利用和工业废水的处理探索有效途径和方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种可以有效吸附废水中的镉离子和铅离子的壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法和用途。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)壳聚糖溶液的制备：称取3.0g壳聚糖粉末，溶于1％醋酸溶液中，配制成3％的壳聚糖溶液，壳聚糖溶解时在水浴锅里加热，加热过程中不断搅拌直到完全溶解；
(2)泥浆的制备：将活性污泥用水清洗3-5遍，去除一些漂浮在水面的树叶等杂质，用真空抽滤泵抽滤清洗后的活性污泥，使得污泥的干重占总重量的85％；
(3)发泡剂的添加：称取1g发泡剂NH4HCO3加入步骤(2)所得的泥浆中搅拌均匀；
(4)壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备：取等量的泥浆与壳聚糖均匀混合后，将其混合物滴加到含有交联剂的固化液NaOH溶液中，滴加过程中要不断地搅拌，粘在一起形成大球，滴加完成后，将烧杯置于水浴锅中加热，加热过程中要不断的搅拌，将水温设置成45℃，交联4h，最终获得壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球；
(5)壳聚糖活性污泥复合吸附剂的干燥：将得到的壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球用大量清水反复冲洗直至中性，再用纯水浸泡1h，浸泡后将小球平铺于培养皿中，置于60℃下烘烤，烘干一段时间后称一次重量，再放在烘箱中烘，直至恒重；烘干后将小球置于100℃的环境中受热，使壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球内部的发泡剂受热分解产生气体，从而得到带孔的壳聚糖活性污泥复合吸附剂。
一种上述方法制备的壳聚糖活性污泥复合吸附剂在含镉含铅废水处理中的应用。
本发明的有益效果为：可以有效吸附废水中的镉离子和铅离子。
具体实施方式
具体实施方式一：
(1)壳聚糖溶液的制备：称取3.0g壳聚糖粉末，溶于1％醋酸溶液中，配制成3％的壳聚糖溶液，壳聚糖溶解时在水浴锅里加热，加热过程中不断搅拌直到完全溶解；此时溶液呈现淡黄色且均匀透明，有一定粘度；
(2)泥浆的制备：将活性污泥用水清洗3-5遍，去除一些漂浮在水面的树叶等杂质，保持污泥的含水率，用真空抽滤泵抽滤清洗后的活性污泥，使得污泥的干重占总重量的85％；
(3)发泡剂的添加：称取1g发泡剂NH4HCO3加入步骤(2)所得的泥浆中搅拌均匀；
(4)壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备：取等量的泥浆与壳聚糖均匀混合后，将其混合物滴加到含有交联剂的固化液NaOH溶液中，滴加过程中要不断地搅拌，一方面可以加快固化的速度，另一方面可以防止吸附剂沉于烧杯底部，粘在一起形成大球，滴加完成后，将烧杯置于水浴锅中加热，加热过程中要不断的搅拌，将水温设置成45℃，交联4h，最终获得壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球；
(5)壳聚糖活性污泥复合吸附剂的干燥：将得到的壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球用大量清水反复冲洗直至中性，再用纯水浸泡1h，浸泡后将小球平铺于培养皿中，置于60℃下烘烤，烘干一段时间后称一次重量，再放在烘箱中烘，直至恒重；烘干后将小球置于100℃的环境中受热，使壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球内部的发泡剂受热分解产生气体，从而得到带孔的壳聚糖活性污泥复合吸附剂。
以下对所制备的壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附废水中的镉离子和铅离子的性能进行了实验。
实验步骤：壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附镉的单因素试验设计
(1)pH对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附镉的影响
称取0.5g SCTS于100mL的锥形瓶中，取初始浓度为60mg/L的含镉溶液100mL，用缓冲溶液调节pH分别为2.0、3.0、4.0、5.0，控制水浴恒温水浴振荡器的温度为40℃，转速130r/min，振荡吸附20h。
(2)镉离子初始浓度对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附镉的影响
称取0.5g SCTS于100mL的锥形瓶中，取100ml初始浓度分别为20、40、60、80、100mg/L的含镉溶液，用缓冲溶液调节pH为3.0，控制水浴恒温振荡器的温度为40℃，转速130r/min，振荡吸附20h。
(3)温度对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附镉的影响
称取0.5g SCTS于100mL的锥形瓶中，取初始浓度为60mg/L含镉溶液100mL，调节pH为3.0，设定温度分别为30、40、50、60℃进行实验，控制转速为130r/min，振荡吸附20h。
(4)吸附剂投加量对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附镉的影响
取100mL初始浓度为60mg/L含镉溶液，用缓冲溶液调节pH为3.0，依次改变SCTS用量为0.25、0.5、0.75、1.0、1.25g，控制水浴恒温振荡器的温度为40℃，转速130r/min，振荡吸附20h。
(5)转速对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附镉的影响
称取0.5g SCTS于100mL的锥形瓶中，取60mL初始浓度为100mg/L的含镉溶液，用缓冲溶液调节pH为3.0，控制水浴恒温振荡器的温度为40℃，转速110、130、150、170r/min，振荡吸附20h。
一、对废水中镉离子的吸附实验表格
表1
表1为pH、壳聚糖活性污泥复合吸附剂投加量、溶液搅拌速度、镉初始浓度对废水中镉吸附的影响，从表中可以看出，当pH＝2、壳聚糖活性污泥复合吸附剂投加量0.25g、镉浓度60mg/L、转速130r/min时，壳聚糖活性污泥复合吸附剂对镉的吸附效果最好，吸附率达到96.08％。
壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附铅的单因素试验设计
(1)pH对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附铅的影响
称取0.75g壳聚糖活性污泥复合吸附剂于100mL的锥形瓶中，取初始浓度为100mg/L的含铅溶液100mL，用缓冲溶液调节pH分别为2.0、3.0、4.0、5.0，控制水浴恒温水浴振荡器的温度为40℃，转速130r/min，振荡吸附20h。
(2)铅离子初始浓度对SCTS吸附铅的影响
称取0.75g SCTS于100mL的锥形瓶中，取100mL初始浓度分别为10、50、100、150、200mg/L的含铅溶液，用缓冲溶液调节pH为3.0，控制水浴恒温振荡器的温度为40℃，转速130r/min，振荡吸附20h。
(3)温度对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附铅的影响
称取0.75g SCTS于100mL的锥形瓶中，取初始浓度为100mg/L含铅溶液100mL，调节pH为3.0，设定温度分别为30、40、50、60℃，控制转速为130r/min，振荡吸附20h。
(4)吸附剂投加量对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附铅的影响
取100mL初始浓度为100mg/L含铅溶液，用缓冲溶液调节pH为3.0，依次改变SCTS用量为0.25、0.5、0.75、1.0、1.25g，控制水浴恒温振荡器的温度为40℃，转速130r/min，振荡吸附20h。
(5)转速对壳聚糖活性污泥复合吸附剂吸附铅的影响
称取0.75g SCTS于100mL的锥形瓶中，取100mL初始浓度为100mg/L的含铅溶液，用缓冲溶液调节pH为3.0，控制水浴恒温振荡器的温度为40℃，转速分别为110、130、150、170r/min，振荡吸附20h。
二、对废水中铅离子的吸附实验表格
表2
表2为pH、壳聚糖活性污泥复合吸附剂投加量、溶液搅拌速度、镉初始浓度对废水中铅吸附的影响，从表中可以看出，当pH＝2、壳聚糖活性污泥复合吸附剂投加量1.0g、镉浓度50mg/L、转速130r/min时，壳聚糖活性污泥复合吸附剂对镉的吸附效果最好，吸附率达到95.76％。
由此可以得出结论，壳聚糖活性污泥复合吸附剂对废水中镉离子和铅离子的吸附效果好。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)壳聚糖溶液的制备：称取3.0g壳聚糖粉末，溶于1％醋酸溶液中，配制成3％的壳聚糖溶液，壳聚糖溶解时在水浴锅里加热，加热过程中不断搅拌直到完全溶解；
(2)泥浆的制备：将活性污泥用水清洗3-5遍，去除一些漂浮在水面的树叶等杂质，用真空抽滤泵抽滤清洗后的活性污泥，使得污泥的干重占总重量的85％；
(3)发泡剂的添加：称取1g发泡剂NH4HCO3加入步骤(2)所得的泥浆中搅拌均匀；
(4)壳聚糖活性污泥复合吸附剂的制备：取等量的泥浆与壳聚糖均匀混合后，将其混合物滴加到含有交联剂的固化液NaOH溶液中，滴加过程中要不断地搅拌，粘在一起形成大球，滴加完成后，将烧杯置于水浴锅中加热，加热过程中要不断的搅拌，将水温设置成45℃，交联4h，最终获得壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球；
(5)壳聚糖活性污泥复合吸附剂的干燥：将得到的壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球用大量清水反复冲洗直至中性，再用纯水浸泡1h，浸泡后将小球平铺于培养皿中，置于60℃下烘烤，烘干一段时间后称一次重量，再放在烘箱中烘，直至恒重；烘干后将小球置于100℃的环境中受热，使壳聚糖活性污泥复合吸附剂固体小球内部的发泡剂受热分解产生气体，从而得到带孔的壳聚糖活性污泥复合吸附剂。
2.一种权利要求1所述方法制备的壳聚糖活性污泥复合吸附剂在含镉含铅废水处理中的应用。
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