论文部分内容阅读
本文利用粉煤灰提取液改性天然高分子絮凝剂壳聚糖，制备粉煤灰改性壳聚糖复合絮凝剂(CFAL-Chitosan)，通过室内实验，研究该絮凝剂对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和浊度的去除效率，为水质净化和粉煤灰的回收利用提供一种新方法。本文主要研究成果如下: (1)采用盐酸提取粉煤灰中Al/Fe，制备粉煤灰提取液(CFAL)，用于壳聚糖改性。通过单因素实验，依次研究了盐酸浓度、粉煤灰与盐酸固液比及提取时间对Al/Fe提取量的影响。实验结果显示，随着盐酸浓度增加，Al/Fe提取量显著增加;与此同时，提高盐酸浓度也导致粉煤灰中有害重金属浸出量增大;当粉煤灰与盐酸固液比增大时，Al/Fe提取量先增加后趋于平缓;Al/Fe提取量虽然随提取时间缓慢增加，但受提取时间影响较小。结合实验数据，CFAL制备条件为:盐酸浓度2.0％，粉煤灰与盐酸固液比1g∶5mL，提取时间24 h，此时Al和Fe提取量分别为3.53和2.37 mg/g。 (2)絮凝剂成分分析结果显示，壳聚糖经过CFAL改性后，Al/Fe与壳聚糖分子相互作用，在CFAL-Chitosan中形成与壳聚糖结合的Al/Fe。红外光谱分析进一步发现壳聚糖分子链上的NH2和OH是与Al/Fe结合的主要基团。 (3)在室内铜绿微囊藻(M.A.)培养体系中，研究了CFAL-Chitosan的絮凝效应。结果显示，少量CFAL改性壳聚糖（CFAL/Chitosan比例为12∶1），提高了壳聚糖的电中和能力;在3 mg/L时，M.A.去除率达到98.2％，该去除率比未使用CFAL改性的壳聚糖高出16.8％。随着投量继续增加，去除率稳定保持在90％以上;形成絮体较大，比较稳定，沉降速度快。然而当CFAL/Chitosan比例提高时，过量CFAL导致壳聚糖分子水解，分子量下降，影响架桥网捕作用，藻细胞去除率显著降低。在CFAL-Chitosan最佳投量下，絮凝后对藻液pH和重金属离子残留影响较小。 (4)在高岭土模拟浊度体系内，研究了单独使用CFAL的絮凝效应。对原浊度为100 NTU的高岭土悬浊液，单独使用CFAL剂量为0.44 mg/L时，浊度去除率达到90％以上，剩余浊度＜10 NTU;去除率高于聚合氯化铝(PACl，78.7％)和氯化铝(AlCl3，79.2％)。CFAL形成的絮体大小约为400μm，相对PACl和AlCl3分别提高了35.0％和17.5％;沉降速度快，20 min后去除率稳定在90％以上。在最优剂量时，使用CFAL絮凝后，对高岭土悬浊液pH无明显影响，余铝满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。 (5)在高岭土模拟浊度体系内，研究了CFAL-Chitosan的絮凝效应。结果表明，当CFAL/Chitosan比例为12∶1时，对原浊度为100NTU的高岭土悬浊液，在CFAL-Chitosan投量为8 mg/L时，浊度去除率81.6％，剩余浊度为22 NTU，比未改性壳聚糖提高了61.7％。使用粉煤灰-壳聚糖絮凝除浊的最佳效率低于单独使用粉煤灰提取液的效率，表明在无藻浊度体系中，无需添加壳聚糖，单独使用粉煤灰提取液就能达到较好的除浊效果。当CFAL/Chitosan比例增加到20∶1时，过量CFAL造成壳聚糖水解和分子量降低，限制了壳聚糖的架桥网捕作用，因此浊度去除率明显降低。