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

　　摘　要：本文通過對殼聚糖（CH）與聚丙烯酸胺（PAM）在pH值、加入量對混凝效果影響、對難沉降粒子聚沉能力等方面進行的對比實驗，得出結論：殼聚糖的除濁能力大于PAM，最適宜的pH范圍為4－7，其優良的混凝性能是由于其獨特的聚陽離子結構。
　　關鍵詞：混凝劑；殼聚糖；聚丙烯酸胺；聚合氯化鋁
　　中圖分類號：X792
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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、工業廢水和生活污水處理中，大量應用無機混凝劑，其主要是Ml₂（SO₄、聚合氯化鋁（PAC）、FeCl₃、聚合硫酸鐵PFS等。90年代后，相繼出現了多種復合型混凝劑^[1-3]；然而國內對天然環保型混凝劑一殼聚糖^[4-5]型混凝劑的研究與應用明顯不足。本文通過實驗對比，表明殼聚糖作為陽離子型混凝劑有良好混凝作用，性能優于上述傳統混凝劑；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10×10⁹t以上。它無毒無害，可完全生物降解，其聚沉污泥可作肥料，是少有的環保型高效廢水處理劑。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與藥品
　　主要儀器：DBJ－621定時變速攪拌器，PHS－2型酸度計，722型分光光度計，DXD-1型電泳儀。
　　實驗用藥品：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。試驗用水采用蒙脫土、高嶺土、河底淤泥配制。
1.2 混凝效果評價方法
　　取已經干燥恒重并準確稱取的實驗泥粉（蒙脫土、天然粘泥和高嶺土等）1g放入1升的燒杯中，加蒸餾水至1000 mL，然后攪拌均勻，配成實驗水樣。實驗時，取500 mL水樣，調好pH值后加入一定量的混凝劑，充分攪拌 7min，靜置10min，取上清液在722型分光光度計上測透光率T％。透光率實質是殘余濁度的表征，從而可用來評定混凝效果，T％值越大，說明混凝性能越佳。
1.3 溶液ζ電位的測定
　　根據混凝實驗方法，在實驗水樣中逐次按不同起始濃度C加入相應的混凝劑，攪拌均勻后取部分試液在DXD－1型電泳儀上測定電動電位ζ，并考察-dζ/dc之變化。

2 實驗結果及討論

2.1 混凝劑加入量對混凝效果的影響
　　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，從上圖對蒙脫土懸濁液的混凝對比實驗可見，CH≥0.07mg/L即可達到 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蒙脫上懸浮液中調節水樣的pH值，以試驗酸度對CH（0.1mg/L）、PAM（3mg/L）混凝效果的影響，結果見圖2。

　　由圖2可看出，在pH≤8.6的情況下，殼聚糖表現出很好的不依賴體系酸度的優越性。由此看來，殼聚精是非反應性陽離子聚合物，因而在很強的酸性環境，仍能保持很好的混凝作用；而大多數陽離子合成高聚物是依賴處理液的PH發生變化，形成陽電荷才能起作用；因而應用具有局限性。大多數陰離子高聚物在酸性環境電性被中和而失去作用，故隨pH的波動均較大，混凝沉降對pH的適應能力遠不及殼聚糖。
　　當然，pH≥9時CH的陽電荷被OH-中和而混凝能力急劇下降也應充分注意。其最佳作用范圍應為pH＝4－7。
2.3 混凝劑對難沉降粒子作用效能的比較
　　實驗所用河底淤泥（相當于陶瓷廠排放水中最難處理物質）是無機、有機混合物，在水中以膠體微粒為主，所以最難混凝沉降。圖3實驗結果表明，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則產生絮凝惡化現象，導致T％急劇降低。

2.4 混凝劑聚沉動力學因素——－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，測定溶液的ζ電位，結果如圖4所示。

　　由此可知，在未加人CH時ζ電位由高嶺上懸濁液的pH值決定，實驗在pH＝6下測定約為-35mV左右。加入CH，溶液|ζ|值迅速降低，到ZndL時已降至零（此濃度后ζ電位因CH的電性而變正，并沒有對高嶺土的沉降造成負影響；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7.5mV?？梢奝AC聚沉能力不及CH的重要原因在于其一dζ/dC遠比后者平緩。
2.5 殼聚糖的混凝機理
　　CH表現的優越混凝性能，主要得益于其陽離子型混凝劑可同時發揮電中和凝聚及粘結架橋絮凝的作用，即高分子鏈上的陽離子活性基團與帶負電荷的高嶺土等粘土類膠體微粒相吸引，降低及中和了膠體微粒的表面電荷（|ζ|降低），同時壓縮了膠體微粒擴散層而使膠體微粒凝聚脫穩，并借助于高分子鏈的粘結架橋作用而產生絮凝沉降。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與膠體微粒表面間通過范德華力和氫鍵的粘結作用進行粘結架橋。實驗結果表明，殼聚糖具有近似于強陽離子型高分子混凝劑的除濁效果。也就是說，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，但卻具有強離子型聚電解質的高效混凝除濁效果，這是由它特殊的聚精胺結構所致。

3 結論

　?、贇ぞ劬凉崮芰h優于傳統的聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁混凝劑，當最難以聚沉的河底淤泥濃度＞400mg/L、PAM幾乎喪失除濁能力時，CH仍能達到相當的混凝效果。
　　②CH是非反應性聚電解質，對溶液酸性的容許范圍遠大于PAM。
　?、跜H表現的優越混凝性能，主要得益于其特殊聚陽離子結構：既可發揮電中和（令|ζ|有效降低）凝聚效力，壓縮膠體微粒擴散層而使粘土類膠體微粒凝聚脫穩，同時又可借助于高分子鏈的粘結架橋作用而產生絮凝沉降。
　　④應以—dζ/dC代替傳統的△ζ作為衡量聚沉能力的依據。這樣做，更科學更合理。

參考文獻：

　?。?］高寶玉，用煤矸石制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的研究［J］環境科學，1996，17（4）：62－63，66.
　?。?］田寶珍.鋁鐵共聚復合絮凝劑的研制及應用［J］.工業水處理，1998，18（1）：17－19
　?。?］胡勇生. 新型混凝劑聚磷氯化鋁的研究［博士學位論文］［C］.北京：清華大學環境工程系，1990.
　　［4］CHAI Pong－hai，ZHANG Wen一qing，JINxin－rong.The New　ExPloitingang and Researching Trends of Chitin/Chitosan［J］.Chemistry，1999，（7）：8（Ch）.
　　[5] 杜予民 甲殼素化學與應用的新進展[J].武漢大學學報（自然科學版）；2000，46（2）：181－186.

　　作者簡介：鄺鉅熾（1954－），男，助理研究員，華南理工大學在職碩士研究生，已獲多項校、市科技論文、成果獎，主持并承擔的廣東省高教系統“水處理技術（簡稱）”項目日前在省成果鑒定會獲頗高評價。