季铵盐改性壳聚糖的制备及其对膜污染的影响研究.doc

季铵盐改性壳聚糖的制备及其对膜污染的影响研究随着经济的快速发展,工业程度不断提高,源水污染越来越严重,目前的常规给水处理工艺也越来越难满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。膜技术逐渐运用到水处理中,但严重的膜污染阻碍着膜技术的发展。本课题用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)改性壳聚糖(CS)制备壳聚糖季铵盐混凝剂(CS-CTA),并将CS-CTA应用到混凝-微滤工艺中,研究其对出水水质和膜污染的影响。本课题研究了反应温度、CTA/CS质量比、NaOH/CTA质量比、反应时间等因素对CS-CTA取代度的影响,并且通过响应曲面法对壳聚糖季铵盐CS-CTA的制备进行优化。结果表明:四种影响因素对CS-CTA取代度影响的大小为:反应温度>NaOH/CTA质量比>CTA/CS质量比>反应时间。优化后,壳聚糖季铵盐最佳制备条件为CTA/CS的质量比为4.929、反应时间8h、反应温度68.4℃、NaOH/CTA的质量比为1.17,此条件下的取代度预测值为96.34%,实验值为96.29%,实验值与响应面预测值结果一致。将CS-CTA对腐殖酸-高岭土模拟水样进行混凝实验,研究CS-CTA的混凝效果。并且,对CS-CTA混凝絮体的特性进行了分析。实验结果表明:CS-CTA最佳混凝条件为投加量为4.0mg/L、pH=5,最佳搅拌条件为300r/min搅拌30s,150r/min搅拌5min,50r/min搅拌15min。絮体的粒径随CS-CTA的投加量和水样的pH的增大呈现出先增大后减小的趋势,在投加量为3mg/L和水样pH值为7时,絮体的粒径最大。随着剪切力的增加,絮体强度逐渐下降,絮体的恢复因素先增大后减小。在不同pH值下,絮体强度系数γ~’随着pH值的升高,先减小后增大,在pH=7时达到最小,说明在pH=7时生成的絮体强度最大。随着投加量的增加,絮体分型维数逐渐升高;随着pH值的升高,絮体的分型维数先减小后增大,在pH=5时,絮体的分型维数最小;酸性条件下絮体的分型维数较碱性条件下低。以CS-CTA为混凝剂研究混凝-微滤工艺对腐殖酸-高岭土模拟水样的处理效果,以及CS-CTA为混凝剂对微滤膜膜污染的影响。结果表明:混凝-微滤工艺对模拟水样的最佳投加量为4mg/L、最佳pH值为5;随着投加量的增加,最后膜比通量先升高后下降,在投加量为3mg/L时达到最大为43.8%;随着pH的升高,最后膜比通量先升高后下降,在pH=5时达到最大,为57.3%,并且酸性条件下,最后膜比通量比碱性条件下高。随着投加量的增加,微滤膜的不可逆阻力、膜总阻力和MFI均先下降后升高,在投加量为3mg/L时达到最低;不同pH下膜污染的状况均随pH的升高先减小后增大,在pH=5时达到最低。在投加CS-CTA时,最后膜比通量较未投加时高,并且计算所得的不可逆膜阻力、膜总阻力和MFI均比未投加时低,说明CS-CTA能够减缓微滤膜的污染。根据Hermia公式拟合结果显示,滤饼层模型拟合结果最好,说明滤饼层形成是造成微滤膜膜通量下降的主要原因。