Сульфат алюминия (квасцы), сульфат железа, хлорид железа и хлорсульфат железа обычно использовались в качестве коагулянтов. Однако возможная связь болезни Альцгеймера с обычными коагулянтами на основе алюминия стала проблемой при очистке сточных вод. Следовательно, особое внимание было обращено на использование в обработке биоразлагаемого полимера, хитозана, который более безопасен для окружающей среды. Кроме того, хитозан — это природный органический полиэлектролит с высокой молекулярной массой и высокой плотностью заряда, который получается в результате деацетилирования хитина. Были проведены эксперименты со сточными водами текстильной промышленности путем варьирования рабочих параметров, таких как дозировка хитозана, pH и время перемешивания, чтобы изучить их влияние на процесс флокуляции с использованием хитозана. Полученные результаты доказали, что в процессе дозирования хитозан успешно флокулирует анионные взвешенные частицы и снижает уровень химической потребности в кислороде (ХПК) и мутности в сточных водах текстильной промышленности. Оптимальными условиями для этого исследования были 30 мг / л хитозана, pH 4 и время перемешивания 20 минут при скорости перемешивания 250 об / мин в течение 1 минуты, скорость перемешивания 30 об / мин в течение 20 минут и время осаждения 30 минут. Более того, хитозан показал самые высокие характеристики в этих условиях: снижение ХПК на 72,5% и уменьшение мутности на 94,9%. В заключение, хитозан является эффективным коагулянтом, который может снизить уровень ХПК и мутность сточных вод текстильной промышленности. 

Необходимость применения очистки промышленных сточных вод методами дозирования

Процессы окрашивания текстильных изделий относятся к числу наиболее экологически вредных промышленных процессов, поскольку они производят окрашенные сточные воды, сильно загрязненные красителями, вспомогательными веществами для текстиля и химическими веществами. Кроме того, сточные воды отделки текстиля, особенно стоки красильных цехов, содержат различные классы органических красителей, химикатов и вспомогательных веществ. Таким образом, они окрашены и имеют экстремальные значения pH, ХПК и БПК, а также содержат различные соли, поверхностно-активные вещества, тяжелые металлы, минеральные масла и другие. Следовательно, стоки красильных ванн необходимо очищать перед сбросом в окружающую среду или на городские очистные сооружения.

Текстильные красители представляют собой структурно разные молекулы с низкой способностью к биологическому разложению или без нее. Удаление цвета связано с разрывом сопряженных ненасыщенных связей в молекулах. По этой причине многие процессы дозирования и химической очистки широко используются для очистки текстильных сточных вод. Большинство исследований, таких как химическое осаждение, адсорбция активированным углем, фотокаталитическое окисление, озонирование и окисление Фентона, сосредоточены на удалении цвета, хотя и эффективны, но дороги или могут вызвать дальнейшее вторичное загрязнение. На большинстве водоочистных сооружений минимальная концентрация коагулянта и остаточная мутность воды определяются методом Jar-Test. Кроме того, физико-химическая обработка позволяет уменьшить количество растворенных, взвешенных, коллоидных и трудноотверждаемых веществ, а также окрашивание красителей. В зависимости от характеристик сточных вод, ХПК текстильных стоков можно снизить на 50–70% после оптимизации рабочих условий, таких как pH, концентрация коагулянта и флокулянтов.

Процесс дозирования, коагуляции или флокуляции проводился для очистки промышленных сточных вод для достижения максимального удаления ХПК, TP и TSS. Поэтому Amudaa и Amoob исследовали влияние дозы коагулянта, дозы полиэлектролита, pH раствора и добавления полиэлектролита в качестве вспомогательного коагулянта и обнаружили, что они являются важными параметрами для эффективной очистки промышленных сточных вод напитков. Коллоидные частицы удаляются из воды посредством процессов дозирования, коагуляции и флокуляции. Кроме того дозирование, коагуляция и флокуляция взвешенных частиц и коллоидов являются результатом различных механизмов, включая электростатическое притяжение, сорбцию (относящуюся к протонированному амину). группы) и мостиковые (относятся к полимеру с высокой молекулярной массой).

Сульфат алюминия (квасцы), сульфат железа, хлорид железа и хлорсульфат железа обычно использовались при дозировании в качестве коагулянтов. Кроме того, высокая способность к удалению ХПК наблюдалась при комбинированном действии квасцов и извести для обработки стабилизированных продуктов выщелачивания. Особое внимание было уделено экологически чистому коагулянту или флокулянту хитозану.

Хитин представляет собой целлюлозоподобный биополимер, широко распространенный в природе, особенно у морских беспозвоночных, насекомых, грибов и дрожжей. Его деацетилированный продукт, хитозан, легко растворяется в кислых растворах, что делает его более доступным для применения. Хитозан — это биоразлагаемый, нетоксичный, линейный катионный полимер с высокой молекулярной массой. Кроме того, хитозан был эффективным средством коагуляции взвешенных веществ из различных отходов пищевой промышленности. Более того, экстракция хитина также не вызывает никаких нарушений в экосистеме, она включает в себя все преимущества, предоставляемые полисахаридами, рассматривая его как источник хитозана, и оба являются биосовместимыми биополимерами для тканей животных с низкой токсичностью и значительными биомедицинскими приложениями. Дозирование и коагуляция хитозана дает хлопья лучшего качества, а именно более крупные хлопья и более высокую скорость осаждения. Эффективность хитозана для коагуляции минеральных суспензий была улучшена за счет присутствия неорганических растворенных веществ или за счет добавления материалов, извлеченных из почв при высоком pH [5].

По-видимому, никаких серьезных исследований по очистке текстильных сточных вод с помощью хитозана в процессах коагуляции и флокуляции не проводилось. Таким образом, данное исследование было проведено для анализа влияния хитозана на осветление текстильных сточных вод в процессе дозирования и флокуляции в различных экспериментальных условиях. Были определены оптимальный pH, дозировка и время перемешивания, необходимые для достижения наилучших характеристик хитозана в процессе дозирования и флокуляции.

Приготовление и дозирование коагулянта

Исходный раствор хитозана следует приготовить перед началом эксперимента. Использовали 3 г хитозана, приобретенного в виде белого мелкодисперсного порошка. Затем добавляли 96 г дистиллированной воды и 1 г уксусной кислоты, чтобы разбавить порошок хитозана. Pinotti et al. [3] указали, что растворы хитозана были приготовлены растворением хитозана в 1% растворе уксусной кислоты при непрерывном перемешивании в течение нескольких часов. Согласно Guibal и Roussy [6], хитозан, растворенный в уксусной кислоте, использовался в процессах дозирования, коагуляции и флокуляции. Кроме того, Pan et al. [5] указали, что хитозан растворим в кислом растворе, что делает его более доступным для применения. Следовательно, для разбавления и дозирования порошка хитозана необходимо добавить уксусную кислоту.

В экспериментах использовалось обычное испытательное устройство в виде сосудов для дозирования и коагуляции образца текстильных сточных вод с использованием хитозана. Это было проведено как испытание партии, в котором использовалась серия из шести стаканов вместе со стальными лопастями с шестью веретенами. Кроме того, образец сточной воды был доведен от исходного pH 12,99 до pH 4 в экспериментах, так как хитозан растворим в кислых водных фазах, но не растворим в основных водных фазах. PH регулировали добавлением сильной кислоты (HCl) или сильного основания (NaOH). Перед фракционированием в химические стаканы, содержащие 500 мл суспензии в каждом, образцы текстильных сточных вод были однородно перемешаны и дозированы. Затем образцы должны быть измерены на мутность и ХПК для представления начальной концентрации. После добавления к суспензии желаемого количества хитозана химические стаканы перемешивали с разным временем и скоростью перемешивания, которые заключались в быстром перемешивании (250 об / мин) в течение 10 минут и медленном перемешивании (30 об / мин) в течение 20 минут. После прекращения перемешивания суспензии давали отстояться в течение 30 минут. Наконец, образец был взят с помощью пипетки из верхнего дюйма супернатанта для измерения мутности и ХПК, представляющих конечную концентрацию. Все испытания проводились при температуре окружающей среды в диапазоне 26-30 ° C. В ходе эксперимента исследование проводилось путем варьирования нескольких экспериментальных параметров, таких как дозировка хитозана (12-66 мг / л), pH (2-10) и время перемешивания (10-30 минут), чтобы изучить их влияние на дозирование и флокуляции и получить оптимальные условия по каждому параметру.

Аналитический анализ системы дозирования

Тест на ХПК проводили колориметрическим методом с использованием спектрофотометра HACH Model DR / 2000. Он используется для измерения потребности в кислороде для окисления органических веществ сильным химическим окислителем, который эквивалентен количеству органических веществ в образце. Кроме того, мутность измеряли с помощью турбидитиметра HACH Ratio / XR, которым образец помещали в ячейку для образца и помещали в держатель ячейки для измерения. При этом pH сточных вод измеряли с помощью цифрового pH-метра Horiba F-21. Перед началом экспериментов pH-метр был откалиброван с использованием буферных растворов с pH 4,0 и pH 7,0.

Исследования влияния дозировки хитозана, pH и времени перемешивания — это эксперименты, которые проводились с целью изучения сорбционной способности хитозана в процессе дозирования и флокуляции. Поскольку уровень химической потребности в кислороде (ХПК) в сточных водах текстильной промышленности считается наиболее важным параметром, он использовался в качестве индикатора сорбционной способности хитозана в этих экспериментах, поддерживая его другим параметром, которым является мутность.

Влияние дозировки хитозана

Дозировка была одним из наиболее важных параметров, которые считались для определения оптимальных условий для работы хитозана при коагуляции и флокуляции. В основном, недостаточная дозировка или передозировка могут привести к плохим характеристикам флокуляции. Следовательно, было крайне важно определить оптимальную дозировку, чтобы минимизировать стоимость дозирования и получить оптимальную эффективность лечения.

Влияние дозировки анализировали при pH 4, скорости перемешивания 250 об / мин в течение 10 минут и скорости перемешивания 30 об / мин в течение 20 минут и времени отстаивания 30 минут для диапазона дозировки хитозана, который варьировался от 12 мг / л до 66 мг / л. л. Кроме того, образец сточной воды был доведен от исходного pH 12,99 до pH 4, так как хитозан растворим в кислых водных фазах. Более того, 90% функциональной группы NH2 на поверхности хитозана было протонировано при pH 4. pH контролировали добавлением либо сильной кислоты (HCl), либо сильного основания (NaOH).

Результаты показывают влияние дозировки хитозана на уровень ХПК и процент снижения уровней ХПК при использовании хитозана. Влияние дозировки хитозана на уровни мутности и процент снижения уровней мутности при использовании хитозана. Из эксперимента по тестированию в банке кривые для обоих графиков имели U-образную форму для состояния уровня ХПК и уровня мутности в зависимости от дозировки хитозана. В то время как для условия процентного снижения ХПК и уровней мутности кривые для обоих графиков имели N-образную форму. Кроме того, было замечено, что тенденции для всех параметров были почти идентичными, но с разным процентом снижения для конкретной дозировки хитозана. Для оптимальной дозировки хитозана 30 мг / л хитозан зафиксировал наибольшее снижение параметров, которые составили 94,90% и 72,50% для мутности и ХПК соответственно. Таким образом, оптимальная дозировка хитозана в данном исследовании составляла 30 мг / л.

От дозировки 12 мг / л до 30 мг / л процент снижения ХПК и мутности увеличивался. Это явление можно объяснить на основе плотности заряда. По сравнению с другими коагулянтами хитозан имеет более высокую плотность заряда. Более того, плотность заряда полимера увеличивается с увеличением адсорбции полимера. Следовательно, это означает быструю дестабилизацию частиц. Другими словами, его можно определить как хитозан, коагулянт с высокой плотностью заряда, требующий меньшего количества коагулянта для дестабилизации частиц.

Влияние pH в процессе дозирования

PH не только влияет на поверхностный заряд коагулянтов, но также влияет на стабилизацию суспензии. Кроме того, на растворимость хитозана в водном растворе влияет значение pH. Следовательно, изучение pH было важным для определения оптимального pH-состояния системы обработки. Влияние pH анализировали при оптимальной дозировке, 30 мг / л, при времени перемешивания 20 минут, скорости перемешивания 250 об / мин в течение 10 минут, скорости перемешивания 30 об / мин в течение 20 минут и времени осаждения 30 минут для диапазона pH. который варьировался от pH 2 до pH 10.

Результаты показывают влияние pH на уровень ХПК и процент снижения уровня ХПК за счет использования хитозана при дозировании и флокуляции. Показано влияние pH на уровень мутности и процент снижения уровня мутности при использовании хитозана. Из эксперимента по тестированию в сосуде кривые для обоих графиков имели U-образную форму для состояния уровня ХПК и уровня мутности в зависимости от рН. В то время как для условия процентного снижения ХПК и уровней мутности кривые для обоих графиков имели N-образную форму. Более того, было замечено, что тенденции для всех параметров были почти идентичными, но с разным процентом снижения для определенного pH.

Путем анализа каждой кривой, которые соответствуют снижению ХПК и мутности соответственно; Можно констатировать, что pH текстильных сточных вод влияет на коагуляцию с использованием хитозана. Кроме того, цифры показывают, что снижение ХПК более чем на 72,5% и снижение мутности на 94,9% может быть достигнуто при pH 4. Таким образом, оптимальным условием pH системы обработки был pH 4. Это подтверждается утверждением о сорбционной способности хитозана. оптимален при pH 4–5, когда он электростатически взаимодействует с анионами в растворе.

90% функциональной группы NH2 на поверхности хитозана протонировано при pH 4 и постепенно снижается примерно до 50% при повышении pH до 6. Следовательно, положительные заряды на поверхности хитозана будут значительно увеличиваться. уменьшается по мере увеличения pH раствора, поэтому вклад нейтрализации заряда хитозана в дестабилизацию частиц становится менее важным при увеличении pH. Свойства хитозана, включая его катионное поведение и молекулярную массу, можно использовать как для нейтрализации заряда (коагулирующий эффект для анионных соединений), так и для улавливания частиц (эффект флокуляции). Более того, согласно наблюдениям, хлопья, продуцируемые хитозаном, быстро появляются при pH 4 и образуют большие размеры, которые легко осаждаются.

Рабочий pH 4,0 может влиять на поведение хитозана. В кислом растворе аминогруппы хитозана протонировались. Кроме того, можно ожидать, что хитозан в этих условиях будет проявлять поведение, типичное для полиэлектролита. Полиэлектролиты действуют как коагулянты, улучшающие процессы дозирования, очистку воды и сточных вод; они также могут использоваться в качестве первичного коагулянта для той же цели. Многие полиэлектролиты имеют преимущество перед химическими коагулянтами, потому что с ними безопаснее обращаться, и они легко разлагаются биологически. Удаление ХПК и мутность увеличивались с увеличением дозы полиэлектролита. Более того, протонирование аминогрупп хитозана в растворе делает хитозан положительно заряженным, который действует как катионный полиэлектролит. Поскольку частицы в текстильной суспензии были заряжены отрицательно, хитозан был очень привлекательным в качестве коагулянта, позволяя молекуле связываться с отрицательно заряженной поверхностью посредством ионной или водородной связи. Это дополнительно уменьшит или нейтрализует поверхностный заряд частиц. Следовательно, дестабилизация частиц хитозаном может быть объяснена механизмом нейтрализации заряда.

Влияние времени перемешивания дозируемых компонентов

Помимо влияния дозировки хитозана и pH, время перемешивания также играет важную роль в образовании хлопьев и их росте в процессе дозирования и флокуляции. Полимерный флокулянт диспергируется в среде и адсорбируется на поверхности коллоидных частиц для образования мостиков между частицами или нейтрализации заряда в течение периода перемешивания. Кроме того, более длительное время перемешивания приведет к увеличению разрушения хлопьев. Следовательно, это снижает скорость дозирования и флокуляции. С другой стороны, если время перемешивания слишком короткое, столкновения между флокулянтами и коллоидами неэффективны для осаждения взвешенных твердых частиц в сточных водах. Таким образом, в этих условиях скорость флокуляции не является оптимальной. Поэтому было проведено исследование влияния времени перемешивания на флокуляцию.

Влияние времени перемешивания анализировали при оптимальной дозировке, 30 мг / л и оптимальном pH, pH 4, скорости перемешивания 250 об / мин в течение 10 минут и 30 об / мин в течение 20 минут и 30 минут времени отстаивания для диапазона времени перемешивания, которое варьировалось. от 10 минут до 30 минут. Показано влияние дозировки на процент снижения ХПК и уровней мутности при использовании хитозана при дозировании и флокуляции соответственно. Кроме того, кривые для обоих графиков имеют U-образную форму для условий ХПК и мутности в зависимости от времени перемешивания. Более того, было замечено, что тенденции для всех параметров почти идентичны, но с разным процентом уменьшения для определенного времени перемешивания.

Путем анализа каждой кривой, которые соответствуют снижению ХПК и мутности соответственно; Можно констатировать, что время перемешивания текстильных сточных вод влияет на коагуляцию с использованием хитозана. Кроме того, рисунок демонстрирует, что снижение ХПК более чем на 70,9% и снижение мутности на 93,3% может быть достигнуто при pH 4. Следовательно, оптимальное время перемешивания системы обработки составляет 20 минут.

Период перемешивания очень важен для полимерных флокулянтов с точки зрения их характеристик при дозировании и флокуляции. Тенденции, которые были проиллюстрированы на рисунке 3, показали, что большее или меньшее время перемешивания приведет к плохим характеристикам хитозана в отношении связывания и образования мостиков. При меньшем времени перемешивания (например, 10 минут) столкновения между флокулянтами и взвешенными частицами незначительны и приводят к более низкой скорости дозирования и флокуляции. С другой стороны, если время перемешивания слишком велико, цепочки флокулята имеют тенденцию к разрыву и ограничивают размер образующихся хлопьев. Хлопья небольшого размера не являются плотными, чтобы оседать в сточных водах, и, таким образом, косвенно вызывают повторное помутнение пробы. Это явление наблюдалось на Фигуре 3, которая показывает более низкий процент уменьшения при более длительном перемешивании (т.е. 30 минут).

Характеристики сточных вод, сбрасываемых при текстильной промышленности, строго контролируются Департаментом окружающей среды. Это произошло в основном из-за того, что сточные воды текстильной промышленности были загрязнены сложным набором материалов, требующих кислорода, и представляют большую проблему для окружающей среды. Хитозан был более предпочтителен при очистке сточных вод из-за его экологически безопасных свойств. В результате сточные воды текстильной промышленности обрабатывались хитозаном посредством процессов дозирования, коагуляции и флокуляции.