丹宁改性絮凝剂处理城市污水
J.Beltrán-heredia，J.ánchez-Martin
埃斯特雷马杜拉大学化学工程系和物理化学系,德埃娃儿，S / N 06071，巴达霍斯，西班牙
摘要
一种新的以丹宁为主要成分的混凝剂和絮凝剂已经过测试用以处理城市污水。TANFLOC证实了其在浊度的去除上的高效性（接近100%，取决于剂量），并且近50%的BOD5和COD被去除，表明TANFLOC是合适的凝集剂，效力可与明矾相媲美。混凝絮凝剂过程不依赖于温度，发现最佳搅拌速度和时间为40转/每分钟和30分钟。多酚含量不显著增加，30%的阴离子表面活性剂被去除。沉淀过程似乎是一种絮凝分离，所以污泥体积指数和它随絮凝剂剂量的改变可以确定。证明TANFLOC是相当有效的可用于污水处理的混凝絮凝剂。 关键词: 基于丹宁的絮凝剂 城市污水 絮凝 天然混凝剂
1．简介
人类活动是废物的来源。特别是在城市定居点，来自家庭和工业的废水可能是危险有害
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的产品，需要适当的处理，以避免对环境和健康的影响。2006年12月4日联合国大会通过决议宣布2008为国际卫生年。无效的卫生基础设施促使每年220万人死于腹泻，主要在3岁以下儿童，600万人因沙眼失明，两亿人感染血吸虫病，只是为了给出一些数据[ 5 ]
。显然，他们中的大多数都是在发展中国家，所以谈及城市污水，必须研究适当的技术来拓宽可能的处理技术种类。
在这个意义上，许多类型的水处理被使用。他们之间的分歧在于经济和技术特点上。了
[ 6 ]
摆脱危险的污染，一些令人关注的论文已经发表的关于城市污水处理的几种天然的替代
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方法，包括绿色过滤器、化学初步分离、紫外消毒和多级程序。
[9,10]
几个以前的文件指出了城市污水管理的重要性。这种类型的废物已成为社会研究的
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目标，因为它涉及到几个方面，都与社会结构和社会组织相关。根据这一维度，必须认识到废水管理作为发展中国家的一种社会变化的因素，事关污水处理和生产之间的平衡，是非常重要的，一方面，人类要发展，另一方面，显而易见。 对水处理其它程序的研究一直是这和其他文件的范围。几年来，研究者关注的是发展中国家间的合作，他们正在致力于水处理的替代过程，主要考虑可持续发展，社会承受能力和可行性等理念。在这个意义上，自然混凝絮凝剂这一广为传播，易于操作的资源即使是非专
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业人员也不难操作。有一些例子，如辣木和仙人掌榕。丹宁可能是一个新的混凝剂和絮凝剂。
一些开拓者已经研究了丹宁水处理能力。
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Özacar和sengil ：从瓦罗NIA获得的丹宁，从土耳其的autoctonous树的果壳中获得丹宁，并用于他们的–污水混凝絮凝过程。他们表明，丹宁有很好的效果，结合Al2（SO4）3可进一步提高污泥去除率。
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詹和赵试着用丹宁为主要成分的凝胶作为吸收剂除去水中的铝，丹宁凝胶改进了
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金属去除过程，一定意义上也可参照Nakano等人的，Kim 和Nakano。
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Özacar和sengil 加强以前的文章给出了关于三卤甲烷的形成和其他不良化合物特殊的数据，以及处理后的水质安全。他们始终使用丹宁与Al2（SO4）3的组合。
帕尔马等人将丹宁从辐射松的树皮为原位提取，用于重金属去除中聚合固体。树皮本
1
身是与丹宁相结合的固体吸附柱。
TANFLOC絮凝剂产品是一种属于塔纳赫（巴西）的商标。它是基于丹宁的产品，是由一个物理化学方法改良絮凝剂，具有很高絮凝效率。它是从黑荆树皮中获得。这种树在巴西很常见，丹宁含量很高。
根据这些规范，TANFLOC是植物的水提取物的丹宁，主要由黄酮类化合物的结构与1.7 kDa的平均分子量。化学改性包括一个季氮给TANFLOC阳离子性质
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已发现很多文献中对于这种化学过程都有提及。科学文献引用的反应机制，涉及
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三试剂：一个丹宁的混合物，主要多酚丹宁的结构可能是类似的黄酮类化合物的结构如
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间苯二酚和邻苯三酚B环；醛如甲醛与氨基化合物，如氨、伯胺或仲胺或酰胺化合物。三试剂，一定的pH条件下（7以下）和温度（80°C），可能会产生上述絮凝剂剂。 在丹宁的名称下有许多化学科。丹宁已被用于传统的鞣制兽皮，但有可能找到几个产品作
[ 23 ]
为絮凝剂。丹宁来自植物的次生代谢产物 ：树皮、水果、树叶……相思和红坚木是众所周知的丹宁原料。然而，它没必要搜索热带物种：板栗、冬青栎、栎栎树皮富含丹宁。 本次调查的主要目的是描述这一新的丹宁为基础的产品用于城市污水处理其混凝絮凝
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的活性。化学改性对黑荆树丹宁，是相当困难的，它因Mannich反应被广泛报道的，虽然TANFLOC特定的工业过程是知识产权法。因此，本次调查应被视为初步研究这类混凝剂和絮凝剂剂。 2 材料和方法 2.1 试剂
anfloc已请塔纳赫（巴西）提供。Al2（SO4）3. 18H2O已由Sigma提供。所有分析程序中的试剂都是纯的。 2.2 原水
从巴达霍斯附近的一个小镇（西南西班牙）拉阿尔武埃拉污水处理厂获得水源，本处理厂是几年前设计。它接收来自4000人的城市污水。工业废水没有显著影响的，但由于一些农业和畜牧场的存在，所以这样的弥漫性污染可能发生。废水有一个较低的出水COD收费标准。平均来流速度为41.63立方米/小时水参与这项研究收集以前的大型固体分离之前和
[ 8,27 ]
之后的油砂分离。这水的主要理化特性在表1中所指的。如果与其他废水的文献数据我们的工作水少，排污收费比较低，自然由于饺子的本性和以上所有国内废物的根源。 2.3 JAR测试程序
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烧杯试验被选为标准实验来研究絮凝剂过程。该程序是：已知废水浊度0.5 L放入烧杯，加入一定剂量的絮凝剂 表1原水的特性数据： 参数值的单位 浊度 悬浮固体 总固体 阴离子表面活性剂 多 酚 高锰酸钾氧化 生物需氧量 化学需氧量 氯 钙
值 82.5 100 650 3.9 6.4 65.6 130 210 21.3 94.6 单位 NTU ppm ppm ppm Tannic acid equivalent(丹宁酸当量) O2 ppm O2 ppm O2 ppm Cl ppm Ca2 ppm 2
+−硬度 导电性 硝酸盐 亚硝酸盐 铵 磷酸盐 全磷 pH值 444 1006 22.5 0.04 2.1 7.3 11.9 8.2 CaCO3 ppm μS cm−1 NO3 ppm N ppm N ppm P ppm P ppm −补充说，与烧杯放入烧杯试验装置（威尔普科学JLT4）。两个搅拌期间：一个在100转/分钟的速度下搅拌2分钟，另一个在更长的一段时间，一个较低的速度。为了研究这一时期的影响，它的持续时间和搅拌强度在变化。JAR实验1小时候，通过HI93703浊度仪测定浊度（汉娜仪器）。从烧杯中心3厘米的表面获得浊度的样品。 2.4 分析方法
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所有的分析方法根据美国公共卫生协会标准方法进行。措施指的污泥量和污泥体积指数（SVI）进行了一个25毫升的校准测试管和1-L 锥形瓶。在第一种情况下，一个25毫升的样品收集后的凝聚和絮凝过程（无沉淀）和悬浮固体的微孔精密过滤决定的（45μm玻璃纤维过滤）。在第二种情况下，英霍夫锥管收到处理后的水0.5升样品，这是可以静置1 小时后，英霍夫锥管校准测定污泥体积。
[ 30]
通过对亚甲基蓝阴离子表面活性剂协会法测定阴离子表面活性剂。澄清的样品10毫升放入分液漏斗。25毫升三氯甲烷（panreac）和亚甲基蓝溶液25毫升（panreac）进行了补充与漏斗是快速摇动。有机馏分被拿出来放进另一个分液漏斗，使清洗液50毫升加入。漏斗再次摇动，和所得到的有机馏分被放入25毫升瓶。它满是与三氯甲烷的痕迹和表面活性剂浓度的标记为625 nm的可见分光光度法测定，在HEλIOS分光光度计用纯三氯甲烷调零。
在以下的方式制备试剂：
•清洗液：43.5 g磷酸二氢钠（奥德里奇）是它被稀释到500毫升蒸馏水。加入6.6毫升的硫酸（panreac）98% W / V稀释到1升。
•亚甲基蓝溶液：亚甲基蓝30毫克（奥德里奇）被添加到清洗溶液1μL。 •进行十二烷基硫酸钠（panreac）校准方程。
[ 31 ]
•通过Folin-Ciocalteau试验确定多酚浓度。20毫升的样品放入50毫升瓶。加入2.5毫升的Folin-乔高特的酚试剂（Fluka）。然后，加入20%碳酸钠溶液5毫升（σ），瓶子装满蒸馏水达到刻度线。1小时后，吸光度调在725 nm处，50毫升的瓶装无样品的蒸馏水用以调零。
•测试试管预先准备所需的测量范围（浓度下的选择范围为50–1000毫克O2 / L）。此外，电子压力传感器检测系统测定了BOD5 的含量。为了测定COD的含量，使用了一个PF-10马歇雷纳格尔光度计。 3 结果与讨论
3.1 TANFLOC和明矾的效率的比较
初步了解了这个新的絮凝剂的重要性，进行了一般试验比较与明矾的效率。原料水已经在一个标准的JAR测试程序分别用每个产品100 ppm进行处理，其中包括100rpm的转速为2分钟和30转/分钟20分钟，1小时的沉降和收集上清液做样品。产品都明确表现出了很高的水平，几乎相同的浊度、COD和BOD5去除。高锰酸钾氧化的情况下（有机物质的另一个衡量）TANFLOC较明矾轻微的增强。这些结果可以在图1中看到的。 使用这种新的基于丹宁的絮凝剂的优势主要有三个方面：
3
A)TANFLOC的天然来源的使它比明矾更易得和更有效，因为它可以直接在原位合成。 B）TANFLOC水处理过程中，不需要调节pH值，从而节约试剂。
[ 32 ]
C）出于健康的考虑，长期饮用明矾净化的水可能引起老年痴呆症。 3.2 废水悬浮物分离试验参数。
两个主要的参数被改变，以优化的JAR测试程序。该实验包括两个阶段：一是快速混
[ 28 ]
合阶段（以100转/每分钟的速度搅拌2分钟），现有证据表明它可以加强最终的结果，然后是慢混合阶段，这是本研究的目标。彻底探究TANFLOC效果并不有利于评估这些参数的重要性，所以选定中间剂量（20 ppm）进行试验。 3.2.1 搅拌速度
以10～50转/每分钟的速度搅拌10分钟的浊度去除效果如图2所示的。由图可以发现影响这个参数没有大的差异。浊度去除率80%和90%之间变化。它保持得相当恒定，但观察到
[ 33 ]
搅拌速度从30增加到40 rpm时略有改善。搅拌速度对帮助絮体形成是很重要的， 40 rpm是最佳的速度。
图1、TANFLOC和明矾的效果比较
4
图2、 温度的影响，搅拌时间和搅拌速度
3.2.2 A
40转的速度被应用在一个时间变量法。搅拌时间为5～30分钟。图2显示除浊效率几乎线性变化。此参数似乎不那么重要，因为浊度去除率也在80%和90%之间变化。30分钟，被选作平均值完整的JAR测试程序，可用于整个调查：100转/每分钟，2分钟再加40转/每分钟，直到30分钟。 3.3 在FL温度的影响
温度已被评估为在凝固絮凝过程中的一个因素。之所以在这个研究中引入是由于季节性变化；污水的温度在夏季明显高于冬季；或影响湖泊或池塘里的温度可能使之上升。但当以
5
目前的结果来推断其他类似污水时，温度也非常重要，如工业废水进入污水处理厂时是完全不同的状态。
可以在图2中看到，温度不影响该过程的效力。从10到40ºC的温度变化在浊度去除无强化或恶化的观察。因此，TANFLOC可能是一种有效的混凝絮凝剂即使是热污染水质，浊度去除也不受影响。
3.4 运行参数和已处理水的质量
为了表征处理水的几个参数，评估了在絮凝和沉降过程中的几个参数。 3.4.1剂量的影响
针对剂量的变化进行了检测。絮凝剂剂量在0和150 ppm之间变化。如图3示，浊度去除率随剂量的改变增加得非常快,不超过40 ppm的TANFLOC就能很快达到80%的效力。剂量约100 ppm时几乎完全去除浊度。这些结果与其他研究人员的报告相比很有竞争力。例如，
[ 34 ]
Sansalone和基姆最近用了明矾150 ppm（Al2（SO4）和100 ppm的三氯化铁（FeCl 3.18H2O）3）实现了在一个类似的城市污水处理中浊度降低75%。
图3、 一般浊度去除与絮凝剂剂量演变
3.4.2 污泥和悬浮物的去除
污泥产量是评价在混凝/絮凝过程的凝集效率。这可能会尽可能的低，污泥量也会减少。
[ 36 ]
由于这一事实，铝诱导凝集通常被认为是一种高污泥生产过程，因此它成为一个劣势。在TANFLOC，污泥产量，污泥体积和这两个参量之间的关系，称为污泥体积指数，定义式为
式中：
Vs ———是污泥所占体积（mL）； Ws ——— 是污泥量（克）。
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由图4可以看出，随絮凝剂剂量升高，三个量级增加。悬浮固体，污泥量的增加有较少的陡坡比SVI。从80 PPM和之前，TANFLOC的絮凝能力似乎不是太有效率，并且当SVI
[ 37 ]
下降是出现了污泥浓缩，这一事实在沉降过程是很正常的。这些SVI值很值得关注，因
[ 38 ]
为他们比其他值低很多，如弗兰德-兰博若和莫罗报告的几乎每一个SVI值都大于150
[ 39 ]
毫升/克。除此之外，可以避免明矾铁盐的引起的一些弊端。
图4、 固体生产变量和污泥
3.4.3 阴离子表面活性剂和多酚的去除 3.4.3.1 阴离子表面活性剂
表面活性剂倾倒到环境代表一个有害有毒的惯例。他们可能很有用的，需要化合物，但他们也被认为是危险的，不理想的物质，因为他们对水生动植物生活的影响。表面活性剂对环境平衡的修改主要包括地下水、湖泊水污染，医药产品的结合（所以这类化合物大污染活
[ 40 ]
动大大增加），动物和人类毒性和生物可持续性。这是这种丹宁絮凝剂被用作阴离子表面活性剂去除的主要原因。
在图5中可以看到，TANFLOC达到消除30%阴离子表面活性剂，由于表面活性剂的浊度的吸附和浊度的进一步去除。从60–80 ppmTANFLOC 的剂量以后去除率趋于恒定以来，观察到并不随剂量改变而改善。
7
图5、 表面活性剂的去除方法
3.4.3.2 多酚
TANFLOC是改进的丹宁提取物，如此判定是由于丹宁含量在试验后保持不变，图6显示了在水中残余的多酚水平。可以看出，它保持合理的恒定，或非常轻微的下降，直到达到60 ppm TANFLOC剂量。从以上，丹宁含量开始增加。这是由于，从这一点开始，TANFLOC效率开始降低，所以一部分凝集剂仍留在水中。无论如何，水中的丹宁的含量比其他的值要
[ 41 ]
低得多，例如在茶饮料。
8
图6、 残余的多酚的测定
3.4.4 有机物的去除
最后，通过实验分析COD和BOD5的去除情况。如表1所示，原水中没有发现很高浓度的有机物（COD和BOD5分别是210和130的O2 ppm）。然而，在絮凝剂相当低剂量时，这两个参数的值骤降。图7显示了一个COD最大去除率在60 ppm TANFLOC ，BOD5最大去除率
[ 42 ]
在02 ppm TANFLOC 。类似的COD去除范围已经由吉达等人报道生物降解能力（理解为
[ 43 ]
COD和BOD5之间的关系）是相当恒定的在0.5–0.7的范围内，如果与其他类型的废水比较，这是一个相当高的值。
图7、 COD、BOD5和生物降解性的演变与絮凝处理
4 结论
从目前的调查可能出现的几个结论：
•新的基于丹宁的絮凝剂，TANFLOC，可以作为混凝净水剂用于城市污水处理。JAR测试程序，可以调整为两个阶段：一个快速搅拌搅拌（100 rpm）2 min后，另一个慢速搅拌（40 rpm）30分钟。没有报告温度的影响。
•在所有的感官效果TANFLOC去除BOD5明矾能力相当，COD和浊度。
•约40 ppm的TANFLOC即可使浊度去除率达到80%，，如此低的剂量絮凝剂是水处理中很高效的。
•污泥产量在合理的正常范围内，并证实无明矾或铁盐的缺点。 •高达30%的阴离子表面活性剂通过TANFLOC处理去除，且观察到已处理水中并没有过多的多酚含量。
•通过TANFLOC处理COD和BOD5降低到合理的范围，水的生物降解发现是在0.5–0.7范围内。 感谢
本研究由“de Iniciación a la Investigación支持，埃斯特雷马杜拉大学， BANCO SANTANDER项目。作者同样感谢Oficina Universitaria de Cooperación al Desarrollo de la，支持了研究的前阶段COMISIÓN INTERMINISTERIAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA (CICYT) CTQ 2007-60255/PPQ项目以及JUNTA DE EXTREMADURA项目。
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