专利名称：以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法
技术领域：
本发明涉及海水直接利用技术，尤其是涉及利用絮凝剂的海水净化方法。
背景技术：
沿海城市面对淡水供应日趋紧张的严峻形势和直接取用海水得天独厚的优势，积 极推广海水在工业和城市生活中的应用势在必行。采用海水淡化和海水直接利用技术已成 为缓解淡水资源紧缺局面的有效途径。当代水资源面临的首要问题是水质，是水质普遍恶 化的问题，海水水质也不例外。水质的重要性在于达不到一定水质标准的水资源，水量再多 也没有用。近岸海域海水水质的恶化不仅减少了海水资源的有效水量，而且为海水资源利 用技术的研究提出了更高的要求。海水利用工程所用海水一般为近岸海水，由于近岸海域污染的不断加剧，近岸海 水必须经过净化处理后才能使用，其净化处理效果直接影响着海水利用工程后续流程的运 行工况及运行成本。所以，开发无害化海水净化高新技术已是大势所趋。絮凝沉降法是目前普遍采用的水净化处理方法，利用絮凝剂使水中悬浮粒子集聚 变大，进而形成絮团并沉降，达到净化水的效果。絮凝沉降法采用的絮凝剂大致可分为无机 絮凝剂、有机合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂三类。无机絮凝剂，如硫酸铝、聚合氯 化铝、聚合硫酸铁等，会给水处理中带来大量的无机离子，部分无机离子会影响生物的生长 发育和危害人类健康，对环境产生一定的二次污染。有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂具有 吸附架桥能力强、絮凝效果好、适用范围广、投加量少、絮凝速度快、PH值及温度影响较小、 形成的絮体过滤性好等优点。以聚丙烯酰胺(PAM)为主体的合成有机高分子水处理剂，虽 然有投加量少、絮体粗大、受水质影响小等诸多优点，但其存在一定的问题，如对絮凝的胶 体表现出很大程度的选择性，絮凝后的上层清液清澈程度较差，本身不易被生物降解而影 响后续处理，最令人担忧的是有机合成高分子絮凝剂是否会对人体健康产生长期的影响。 聚丙烯酰胺单体本身有毒，或多或少残留在聚合物内，影响其在水处理时的安全性。天然高 分子絮凝剂是采用自然界天然高分子物质为原料(如淀粉、木质素、甲壳素、植物胶等)经 提取改性后制得的水处理药剂，无毒，能完全生物降解，具有较长的分子链和较多的官能基 团，能迅速吸附凝聚有机颗粒长成粗大的架桥絮凝体(矾花)，而且不会对环境产生二次污 染，在水处理应用中越来越受到人们的重视。壳聚糖是除蛋白质以外数量最大的含氮天然有机化合物，分子链上分布着许多羟 基、氨基以及N-乙酰氨基，具有良好的生物相容性和生物可降解性，是天然高分子絮凝剂 中具有良好絮凝性能的新型品种，在水处理中的应用日益广泛。近年来，对壳聚糖及其衍生 物在水处理中的应用研究非常活跃。然而，壳聚糖的溶解性能较差，只能溶于某些稀酸，不 溶于水、碱性溶液和大部分有机溶剂，壳聚糖的溶解性等自身因素的阻碍极大地限制了其 应用的广泛性。通过对壳聚糖进行化学修饰形成壳聚糖衍生物可有效改善其溶解性。尽管天然高分子絮凝剂用于淡水净化处理的应用日益广泛，但是，目前尚没有专 门用于海水净化的天然高分子絮凝剂及其海水净化处理方法，使用现有的淡水絮凝剂净化海水往往不尽如人意，投加量大，产生的沉积物较多且易对水体造成二次污染。海水是一 个含有多种无机物和有机物的复杂而巨大的溶液体系，海水中胶体的絮凝沉降有其特殊规 律。如何选择絮凝剂，是降低海水预处理成本的关键。根据海水的特性，研制既具有较强的 电中和能力和吸附能力、又具备较好的稳定性和安全性、不产生二次污染的专用的天然高 分子絮凝剂及其海水净化处理方法，在海水资源利用技术研究中具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中还没有专门用于海水净化的絮凝剂及其应用方法，本发明推出一 种将壳聚糖羧甲基化衍生物与聚合氯化铁组合使用，形成利用新的天然高分子絮凝剂、具 备较好稳定性和安全性、不产生二次污染的专用海水净化处理方法。本发明所涉及的以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，其步骤包括将水溶 性羧甲基壳聚糖(CMC)与聚合氯化铁(PFC)分别配制成水溶液，先后投放入海水中，搅拌后 静沉，除去沉淀物得到净化的海水。投放的羧甲基壳聚糖、聚合氯化铁与海水的质量比例 为海水羧甲基壳聚糖聚合氯化铁=1吨2 2. 5克10 20克。所配制成的羧甲基壳聚糖水溶液为1升水中含有2克羧甲基壳聚糖；所配制成的 聚合氯化铁水溶液为1升水中含有5 10克聚合氯化铁的溶液。所选用的羧甲基壳聚糖的羧甲基取代度为0. 6 0. 8，脱乙酰度为50 90% ；所 选用的聚合氯化铁中氧化铁(Fe203)为14 15%，盐基度5. 3 6. 6%。 所选用海水的pH为5 7，调整海水pH的酸选自稀盐酸、稀硫酸或硼酸，调整海水 PH的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵。向海水中投放羧甲基壳聚糖水溶液和聚合氯化铁水溶液时，按上述质量比，先投 放聚合三氯化铁水溶液，在300转每分钟时快速搅拌1-2分钟，再投放羧甲基壳聚糖水溶 液，降低转速至60转每分钟时慢速搅拌15-20分钟，静沉15-20分钟，然后除去沉淀物得到 净化的海水。本发明涉及的以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法工艺操作简易，原料来源 方便，投加量小，成本低廉；絮凝剂沉淀速度快，易于生物降解，避免对水体造成二次污染； 净化效率高，海水中浊度去除率达90%以上，COD^去除率达到51%以上。本方法除用于海 水净化预处理外，也可用于海水利用后排污水的处理，具有广阔的推广应用前景。
具体实施例方式结合实施例对本发明的具体技术方案做进一步描述。实施例1取2克羧甲基壳聚糖(羧甲基取代度为0.75，脱乙酰度为84.4%)和5克聚合氯 化铁(Fe203氧化铁为14%，盐基度5.4% )分别溶解于1升的去离子水中配制成溶液。取1升天津塘沽近岸海水(海水水质参数浊度为30. 2 50. 5NTU，pH值为 7. 49 8. 14，73 4. 61mg/L)放入搅拌器中，并滴加稀盐酸将海水pH值调至 6. 50取配制的4毫升聚合氯化铁溶液投放至搅拌器的海水中，以300转每分钟快速搅 拌2分钟，产生大量絮体颗粒，再加入配制的1毫升羧甲基壳聚糖溶液，以60转每分钟慢速
4搅拌20分钟，静沉20分钟。取上清液测定海水的浊度、CODtfa,计算得浊度去除率为92.5%, CODtfa去除率为51. 5%。实施例2将1克羧甲基壳聚糖(羧甲基取代度为0. 68，脱乙酰度为78. 2% )和7克聚合氯 化铁(Fe2O3氧化铁为14. 3%，盐基度5. 8% )分别溶解于1升的去离子水中配制成溶液。取1升天津塘沽近岸海水(海水水质参数浊度为30. 2-50. 5NTU，pH值为 7. 49-8. 14，CODtfa为2. 73-4. 61mg/L)放入搅拌器中，并滴加稀硫酸将海水pH值调至5. 6。取配制的2. 5毫升聚合氯化铁溶液投放至搅拌器的海水中，以300转每分钟快速 搅拌2分钟，产生大量絮体颗粒，再加入配制的3毫升羧甲基壳聚糖溶液，以60转每分钟慢 速搅拌1分钟，再加入配制的3毫升羧甲基壳聚糖溶液，降低转速至60转每分钟慢速搅拌 20分钟，静沉20分钟。取上清液测定海水的浊度、CODtfa,计算得浊度去除率为92. 5 %，CODtfa 去除率为51. 5%。实施例3将2克羧甲基壳聚糖(羧甲基取代度为0.82，脱乙酰度为78. 2% )和10克聚合 氯化铁(Fe2O3氧化铁为14. 8%，盐基度6. )分别溶解于1升的去离子水中配制成溶液。取1升天津塘沽近岸海水(海水水质参数浊度为35. 5NTU，pH值为8. LCODfc为 3.71mg/L)放入搅拌器中，并滴加稀盐酸将海水pH值调至6. 7。取配制的1. 5毫升聚合氯化铁溶液投放至搅拌器的海水中，以300转每分钟快速 搅拌2分钟，产生大量絮体颗粒，再加入配制的2毫升羧甲基壳聚糖溶液，以60转每分钟慢 速搅拌1分钟，再加入配制的3毫升羧甲基壳聚糖溶液，降低转速至60转每分钟慢速搅拌 20分钟，静沉15分钟。取上清液测定海水的浊度为2. 5NTU, CODtfa为1. 8mg/L。
权利要求
一种以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，其特征在于，将水溶性羧甲基壳聚糖与聚合氯化铁分别配制成水溶液，先后投放入海水中，搅拌后静沉，除去沉淀物得到净化的海水；投放的羧甲基壳聚糖、聚合氯化铁与海水的质量比例为海水∶羧甲基壳聚糖∶聚合氯化铁＝1吨∶2～2.5克∶10～20克；所配制成的羧甲基壳聚糖水溶液为1升水中含有1～2克羧甲基壳聚糖，聚合氯化铁水溶液为1升水中含有5～10克聚合氯化铁。
2.根据权利要求1所述的以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，其特征在于，所 述将羧甲基壳聚糖水溶液与聚合氯化铁水溶液分别投放入海水并搅拌的过程中，先投放聚 合氯化铁水溶液，在300转每分钟时快速搅拌1-2分钟，再投放羧甲基壳聚糖水溶液，降低 转速至60转每分钟时慢速搅拌15-20分钟，静沉15-20分钟，然后除去沉淀物得到净化的 海水。
3.根据权利要求1所述的以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，其特征在于，所 选用的羧甲基壳聚糖的羧甲基取代度为0. 6 0. 8，脱乙酰度为50 90% ；所选用的聚合 氯化铁中氧化铁(Fe2O3)为14 15%，盐基度5. 3 6. 6%。
4.根据权利要求1所述的以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，其特征在于，所 选用海水的pH为5 7，调整海水pH的酸选自稀盐酸、稀硫酸或硼酸。
5.根据权利要求1所述的以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，其特征在于，所 选用海水的pH为5 7，调整海水pH的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵。
全文摘要
一种以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法，将水溶性羧甲基壳聚糖(CMC)与聚合氯化铁(PFC)分别配制成水溶液，先后投放入海水中，搅拌后静沉，除去沉淀物得到净化的海水。投加的羧甲基壳聚糖、聚合氯化铁与海水的质量比例为海水∶羧甲基壳聚糖∶聚合氯化铁＝1吨∶2～2.5克∶10～20克。羧甲基壳聚糖水溶液为1升水中含有2克羧甲基壳聚糖，聚合氯化铁水溶液为1升水中含有5～10克聚合氯化铁。本发明涉及的海水净化方法工艺操作简易，原料来源方便，避免对水体造成二次污染，净化效率高。本方法除用于海水净化预处理外，也可用于海水利用后排污水的处理，具有广阔的推广应用前景。
文档编号C02F103/08GK101838040SQ20101014523
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者寇希元, 张秀芝, 张雨山, 王静 申请人:国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所