기존 수처리 시스템에서 가장 널리 사용되는 응집제는 알루미늄염과 철염이며, 처리된 물에 남아 있는 알루미늄염은 인체 건강을 위협하고 잔류 철염은 물의 색 등에 영향을 미칩니다. 대부분의 폐수처리에서는 슬러지의 양이 많고 슬러지 처리가 어려운 등 2차 오염 문제를 극복하기 어렵습니다. 따라서 알루미늄염과 철염 응집제를 대체할 수 있는 환경에 2차 오염을 일으키지 않는 천연물을 찾는 것이 오늘날 지속 가능한 개발 전략의 구현이 필요하다. 천연고분자 응집제는 풍부한 원료 공급원, 저렴한 가격, 우수한 선택성, 적은 투여량, 안전성 및 무독성, 완전한 생분해성으로 인해 많은 응집제들 사이에서 많은 주목을 받고 있습니다. 수십 년의 개발 끝에 다양한 특성과 용도를 지닌 수많은 천연 고분자 응집제가 등장했으며 그중 전분, 리그닌, 키토산 및 식물성 접착제가 현재 널리 사용되고 있습니다.
키토산속성
키토산은 흰색의 무정형 반투명 박편형 고체로 물에는 녹지 않지만 키틴의 탈아세틸화 생성물인 산에는 녹습니다. 일반적으로 키토산은 키틴의 N-아세틸기가 55% 이상 제거되면 키토산이라고 할 수 있습니다. 키틴은 동물과 곤충의 외골격을 구성하는 주요 성분으로, 지구상에서 셀룰로오스 다음으로 큰 천연 유기화합물입니다. 응집제인 키토산은 천연적이고 무독성이며 분해 가능합니다. 키토산의 거대분자 사슬에는 많은 수산기, 아미노기 및 일부 N-아세틸아미노기가 분포되어 있으며, 이는 산성 용액에서 높은 전하 밀도를 갖는 양이온성 고분자 전해질을 형성할 수 있고, 수소 결합 또는 이온을 통해 네트워크형 구조를 형성할 수도 있습니다. 채권. 케이지 분자를 통해 많은 독성 및 유해 중금속 이온을 복합체화하고 제거합니다. 키토산 및 그 파생물은 섬유, 인쇄 및 염색, 제지, 의약, 식품, 화학 산업, 생물학 및 농업 등 다양한 분야에서 응용 가치가 많을 뿐만 아니라 수처리에도 사용할 수 있습니다. 흡착제, 응집제, 살균제, 이온 교환제, 막 제제 등으로 사용됩니다. 키토산은 물 공급 응용 분야 및 수처리 분야에서 고유한 장점으로 인해 미국 환경 보호국으로부터 식수 정화제로 승인되었습니다.
(1) 수역의 부유물질을 제거한다. 자연수에서는 점토박테리아 등의 존재로 인해 음전하를 띤 콜로이드계가 됩니다. 키토산은 장쇄 양이온 고분자로서 전기적 중화와 응집, 흡착과 가교의 이중 기능을 할 수 있으며 강한 응집력을 가지고 있습니다. 부유 물질에 영향을 미칩니다. 응집제인 전통적인 명반과 폴리아크릴아미드에 비해 키토산은 더 나은 정화 효과를 가지고 있습니다. RAVIDet al. 키토산 pH 값이 5~9일 때 단일 카올린 물 분포의 응집 처리 효과를 연구한 결과, 응집은 pH 값에 크게 영향을 받으며 탁도 제거에 효과적인 pH 값은 7.0~7.5인 것으로 나타났습니다. 1mg/L 응집제, 탁도 제거율은 90%를 초과하고 생성된 응집은 거칠고 빠르며 총 응집 침강 시간은 1시간을 초과하지 않습니다. 그러나 pH 값이 감소하거나 증가하면 응집 효율이 감소하여 매우 좁은 pH 범위에서만 키토산이 카올린 입자와 좋은 중합을 형성할 수 있음을 나타냅니다. 일부 연구에서는 응집된 벤토나이트 현탁액을 키토산으로 처리할 때 적합한 pH 값 범위가 넓은 것으로 나타났습니다. 따라서 혼탁수에 카올린과 유사한 입자가 포함되어 있는 경우에는 응고제로 벤토나이트를 적당량 첨가하여 중합을 향상시키는 것이 필요하다.키토산입자에. 나중에 RAVID et al. 그것을 발견
카올린이나 이산화티타늄 현탁액에 부식질이 있으면 음전하를 띠는 부식질이 입자 표면에 부착되어 있기 때문에 키토산과 함께 응집, 침전되기 쉽고, 부식질에 의해 pH 값 조절이 용이해진다. 키토산은 탁도와 알칼리도가 다른 자연 수역에 대해 여전히 우수한 응집 특성을 보여주었습니다.
(2) 수역에서 조류와 박테리아를 제거합니다. 최근 몇 년 동안 해외의 일부 사람들은 조류 및 박테리아와 같은 생물학적 콜로이드 시스템에 대한 키토산의 흡착 및 응집을 연구하기 시작했습니다. 키토산은 담수 조류, 즉 스피루리나, 발진 조류, 클로렐라 및 남조류에 대한 제거 효과가 있습니다. 연구에 따르면 담수 조류의 경우 pH 7에서 제거가 가장 잘 되는 것으로 나타났습니다. 해양 조류의 경우 pH가 더 낮습니다. 키토산의 적절한 복용량은 수역의 조류 농도에 따라 다릅니다. 조류의 농도가 높을수록 키토산의 첨가량이 많아져야 하며, 키토산의 첨가량이 증가하면 응집 및 침전이 발생하는 경향이 있다. 더 빠르게. 탁도는 조류 제거를 측정할 수 있습니다. pH 값이 7일 때 5mg/L키토산물 속의 탁도를 90% 제거할 수 있으며, 조류 농도가 높을수록 플록 입자가 더 거칠어지고 침전 성능이 좋아집니다.
현미경 검사 결과 응집 및 침전에 의해 제거된 조류는 응집되어 서로 부착되어 있을 뿐이고 여전히 온전한 활성 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다. 키토산은 수중 생물종에 부정적인 영향을 미치지 않기 때문에, 처리된 물은 수처리를 위한 다른 합성 응집제와 달리 담수 양식에 여전히 사용될 수 있습니다. 박테리아에 대한 키토산의 제거 메커니즘은 비교적 복잡합니다. 키토산을 이용한 대장균의 응집을 연구함으로써 불균형 가교 메커니즘이 응집 시스템의 주요 메커니즘이며 키토산이 세포 잔해물에 수소 결합을 생성한다는 사실이 밝혀졌습니다. 또 다른 연구에서는 대장균의 키토산 응집 효율이 유전체의 전하성뿐만 아니라 수력학적인 측면에도 의존한다는 사실을 보여주었습니다.
(3) 잔류알루미늄을 제거하고 먹는물을 정화한다. 알루미늄염과 폴리알루미늄 응집제는 수돗물 처리 공정에 널리 사용되지만, 알루미늄염 응집제를 사용하면 식수의 알루미늄 함량이 높아질 수 있습니다. 식수에 잔류하는 알루미늄은 인체 건강에 심각한 위험을 초래합니다. 키토산 역시 수분 잔류 문제가 있지만 천연 무독성 알칼리성 아미노다당류이기 때문에 잔류물이 인체에 해를 끼치지 않으며 후속 처리 과정에서 제거될 수 있습니다. 또한, 키토산과 폴리염화알루미늄 등의 무기응집제를 함께 사용하면 잔류알루미늄 함량을 줄일 수 있다. 따라서 식수처리에 있어서 키토산은 다른 합성 유기고분자 응집제가 대체할 수 없는 장점을 갖고 있다.
폐수 처리에 키토산 적용
(1) 금속이온을 제거한다. 분자 사슬은키토산그 유도체는 많은 수의 아미노기와 수산기를 포함하므로 많은 금속 이온에 킬레이트 효과가 있으며 용액에서 중금속 이온을 효과적으로 흡착하거나 포획할 수 있습니다. Catherine A. Eiden과 다른 연구에서는 키토산의 Pb2+ 및 Cr3+(키토산 단위)에 대한 흡착 용량이 각각 0.2mmol/g 및 0.25mmol/g에 도달하고 강력한 흡착 능력을 가지고 있음을 보여주었습니다. Zhang Ting'anet al. 응집을 통해 구리를 제거하기 위해 탈아세틸화된 키토산을 사용했습니다. 결과는 pH 값이 8.0이고 물 샘플의 구리 이온 질량 농도가 100mg/L보다 낮을 때 구리 제거율이 99%를 넘는 것으로 나타났습니다. 질량 농도는 400mg/L이며 잔류 액체의 구리 이온 질량 농도는 여전히 국가 폐수 배출 표준을 충족합니다. 또 다른 실험에서는 pH=5.0이고 흡착 시간이 2시간일 때 흡착 화학 니켈 도금 폐액에서 키토산의 Ni2+ 제거율이 72.25%에 도달할 수 있음이 입증되었습니다.
(2) 음식물 폐수 등 단백질 함량이 높은 폐수를 처리합니다. 식품 가공 중에는 다량의 부유물질을 함유한 폐수가 배출됩니다. 키토산 분자에는 아미드 그룹, 아미노 그룹 및 하이드록실 그룹이 포함되어 있습니다. 아미노기의 양성자화로 양이온 고분자 전해질의 역할을 나타내며, 이는 중금속에 대한 킬레이트 효과를 가질 뿐만 아니라 물 속의 음전하 미세 입자를 효과적으로 응집 및 흡착할 수 있습니다. 키틴과 키토산은 단백질, 아미노산, 지방산 등과 수소 결합을 통해 복합체를 형성할 수 있습니다. Fang Zhimin et al. 사용된키토산, 황산 알루미늄, 황산 제2철 및 폴리프로필렌 프탈아미드를 응집제로 사용하여 해산물 가공 폐수에서 단백질을 회수합니다. 높은 단백질 회수율과 유출광 투과율을 얻을 수 있습니다. 키토산 자체는 무독성이고 2차 오염이 없기 때문에 식품가공공장 폐수 중의 단백질, 전분 등 유용물질을 재활용하여 동물사료로 첨가하는 등 가공 및 재사용이 가능합니다.
(3) 날염폐수 처리. 날염폐수란 면, 양모, 화학섬유 등 섬유제품에서 전처리, 염색, 날염, 마무리 과정에서 배출되는 폐수를 말한다. 일반적으로 염, 유기계면활성제, 염료 등이 함유되어 있으며 성분이 복잡하고 채도가 크고 COD가 높습니다. , 인체 건강과 환경에 극도로 해로운 항산화 및 생분해 방지 방향으로 발전합니다. 키토산은 아미노기와 수산기를 함유하고 있으며 주로 수소 결합, 정전기 인력, 이온 교환, 반 데르 발스 힘, 소수성 상호 작용 등을 통해 물리적 흡착, 화학적 흡착 및 이온 교환 흡착을 포함하여 염료에 강력한 흡착 효과를 갖습니다. 효과. 동시에 키토산의 분자구조는 다수의 1차 아미노기를 함유하고 있어 배위결합을 통해 우수한 고분자 킬레이트제를 형성하며 폐수에서 염료를 응집시킬 수 있고 무독성이며 2차 오염을 일으키지 않습니다.
(4) 슬러지 탈수에 적용. 현재 대부분의 도시 하수 처리장은 양이온성 폴리아크릴아미드를 사용하여 슬러지를 처리합니다. 실무에 따르면 이 제제는 응집 효과가 좋고 슬러지 탈수가 용이하지만 잔류물, 특히 아크릴아미드 단량체는 강력한 발암 물질인 것으로 나타났습니다. 그러므로 그 대체품을 찾는 것은 매우 의미 있는 작업이다. 키토산은 우수한 슬러지 개질제로서 활성 슬러지 박테리아 미셀을 형성하는 데 도움을 주며, 이는 음전하를 띤 부유 물질과 용액 내 유기물을 응집시킬 수 있으며 활성 슬러지 공정의 처리 효율성을 향상시킵니다. 연구에 따르면 폴리염화알루미늄/키토산 복합 응집제는 슬러지 컨디셔닝에 명백한 효과가 있을 뿐만 아니라 단일 PAC 또는 키토산을 사용하는 것과 비교할 때 슬러지 비저항이 먼저 낮은 지점에 도달하고 여과율이 더 높은 것으로 나타났습니다. 빠르고 더 나은 컨디셔너입니다. 또한, 3종의 카르복시메틸 키토산(N-카르복시메틸 키토산, N,O-카르복시메틸 키토산, O-카르복시메틸 키토산)을 사용하였다. 응집제로 슬러지의 탈수 성능을 시험한 결과, 형성된 플록은 다음과 같은 것으로 나타났다. 강하고 부서지기 쉽지 않아 슬러지 탈수에 대한 응집제의 효과가 일반 응집제보다 훨씬 우수함을 나타냅니다.
키토산그 파생물은 자원이 풍부하고 천연적이고 무독성이며 분해 가능하며 동시에 다양한 특성을 가지고 있습니다. 그들은 녹색 수처리제입니다. 원료인 키틴은 지구상에서 두 번째로 큰 천연 유기 화합물입니다. 그러므로 최근 몇 년 동안 수처리 분야의 키토산 개발은 뚜렷한 성장 추세를 보이고 있습니다. 키토산은 폐기물을 보물로 바꾸는 천연고분자로서 초기에는 다양한 분야에 적용되어 왔으나, 국내 제품의 성능 및 적용은 아직 다른 선진국과 비교하여 어느 정도 격차를 보이고 있다. 키토산 및 그 유도체, 특히 우수한 합성 특성을 지닌 변형 키토산에 대한 연구가 심화됨에 따라 응용 가치가 점점 더 커지고 있습니다. 수처리에 있어서 키토산의 응용 기술을 탐구하고 더 넓은 응용 범위를 갖춘 환경 친화적인 키토산 유도체 제품을 개발하는 것은 매우 광범위한 시장 가치와 응용 전망을 가질 것입니다.
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게시 시간: 2022년 8월 9일