摘要：壳聚糖可以有效去除三氯甲烷、二氯乙烷等具有变异性或致癌性的消毒副产物，并且对饮用水中的细菌有一定的灭菌作用。最新研究发现，将壳聚糖作为聚合氯化铝的助凝剂，处理北京昆明湖的湖水，结果表明，其助凝作用明显，浊度及有机物的去除率明显提高。壳聚糖在吸附去除饮用水中有害物质的同时，不吸附水中的K 、Ca² 、Na 、Mg² 、SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^-等离子，不影响天然水体的本底浓度，且有抑菌、杀菌作用，是饮用水净化的理想吸附剂。考虑到壳聚糖的生产成本及我国给水水质的实际情况，将无机高分子絮凝剂和壳聚糖天然絮凝剂复配，是我国水处理剂发展的趋势。

关键词：壳聚糖 蛋白废水 絮凝剂

Abstract：The shell can get rid of chloroform , two chlorine ethane ,etc. effectively and have variability or carcinogenic disinfecting accessory substances while gathering candies, and have certain sterilization function on the bacterium in the drinking water . Discover , gather shell candy is it get chlorine to help and congealing the pharmaceutical aluminium together to regard as newly, dealing with the lake water of Kunming Lake in Beijing, the result indicates , it helps function of congealing to be obvious, turbid degree and getting rid of rate of the organic matter obviously improve. Shell gather candy in absorb while getting rid of drinking water harmful substancing , K 、Ca² 、Na 、Mg² 、SO₄^2-、Cl^-、HCO^-₃ ,etc. of adsorbed water, do not influence this density of bottom of the natural water body , and restrain funguses , sterilization function , it is the ideal absorbent which drinks aqueous cleaning. Consider shell gather production cost and our country of candy supply water actual conditions of water quality, gather inorganic high polymer flocculant and shell candy natural flocculant is it mix to reply , of our country water treatment pharmaceutical development trend

Keyword：The shell gathers candies Albumen waste water Flocculant

　　壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物。甲壳素广泛地存在于甲壳类动物的外壳以及许多低等植物如菌、藻类的细胞壁中。自然界每年可生物合成甲壳素数十亿吨，它是储量仅次于纤维素的又一丰富的自然资源。80年代以来，对甲壳素、壳聚糖的性质和应用的研究日趋活跃，它们在生物、医学、化工、食品等许多领域中都显示了广阔的应用前景。壳聚糖在水处理方面的应用又表现出其独特的优势，由于壳聚糖分子中含有大量的游离氨基，在适当条件下，能够表现出阳离子型聚电解质的性质，是一种很有发展前途的天然高分子絮凝剂。我们将壳聚糖絮凝剂用于蛋白质的回收试验，取得了很好的效果。另外，还测了壳聚糖乙酸溶液的黏度。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

6个小烧杯，6个大烧杯，100mL、800mL的量筒各一个，玻璃棒，洗耳球，温度计，4个容量瓶，1mL、2mL、5mL、10mL的移液管，三角瓶，六联搅拌器一台，浊度仪一台，天平一台，磁力搅拌器一台，抽滤机一台，滤纸，乌氏黏度计，超级恒温箱，pH试纸，培养皿18个，试管18个，高压蒸汽灭菌锅，烘箱，电炉，冰箱，棉花

1.1.2 试剂

(1) 壳聚糖溶液的配制：

① 先将50mL冰醋酸溶于1000mL的蒸馏水中制成5%的乙酸水溶液1000mL待用。

② 称取壳聚糖5g溶于500mL5%的乙酸水溶液中配成10g/L的壳聚糖乙酸溶液。

(2) 蛋白质模拟废水的配制：取豆浆以1:40的比例溶于蒸馏水中加以配制。

(3) 工业含蛋白质废水：取某制牛奶厂含蛋白质的工业废液。

(4) 盐酸溶液的配制: 量取7mL36%的HCl溶液溶于43Ll蒸馏水中配成 50mL5%的HCl溶液。

(5) NaOH溶液的配制：称取NaOH0.25g溶于50mL蒸馏水中配成50mL5%的NaOH溶液。

(6) NaCl-乙酸溶液的配制：称取NaCl3.9739g，量取冰醋酸2ml溶于338mL蒸馏水中而配成待用。

1.2 实验方法

1.2.1 pH值的影响

往6个编好号的小烧杯中分别注入200mL蛋白模拟废水。分别加入2mL10g/L的壳聚糖溶液，然后调节6个不同的pH值。1#烧杯为4、2#烧杯为5、3#烧杯为6、4#烧杯为8、5#烧杯为9，放入搅拌器上开始搅拌10min，转速为46r/min，时间到了之后静沉20min，取上清液测其浊度。

1.2.2 浓度的影响

6个小烧杯分别称取模拟废水200mL，分别加入不同体积的10g/L壳聚糖溶液，1#烧杯加入2mL、2#烧杯加入2.5mL、3#烧杯加入3mL、4#烧杯加入3.5mL、5#烧杯加入4mL，然后均调pH值为6，放入搅拌器上搅拌10min，调节转速为46r/min,最后静沉20min，测其上清液的浊度。

1.2.3 温度的影响

　　先往6个小烧杯中注入200mL模拟废水。先将1#烧杯在加热炉上加热至某一温度，然后加入2mL10g/L的壳聚糖溶液，快速调节pH值至6，在磁力搅拌器上搅拌10min，转速为46r/min，最后静沉20min,取上清液测其浊度。其它的烧杯步骤一样，只是加热的温度逐个增加。

1.2.4 黏度的影响

　　取4个小烧杯，分别装入200mL模拟废水，加入不同黏度的壳聚糖溶液10g/L2mL，1#烧杯加入的壳聚糖分子量为757400、2#烧杯加入的壳聚糖分子量为134738、3#烧杯加入的壳聚糖分子量为104787、4#烧杯加入的壳聚糖分子量为76657、5#烧杯加入的壳聚糖分子量为4461，调节pH值为6，放在六联搅拌器上，搅拌10min，转速为46r/min,静沉20min后取上清液测浊度。

1.2.5 壳聚糖回收蛋白质及杀菌能力

(1) 将大量筒盛取400mL工业废水，加入2mL壳聚糖溶液，调节pH为8，稍微用玻璃棒搅拌几下。开始有絮凝体产生，待几分钟后絮凝体基本全部沉淀至量筒的底部。然后取上清液测其浊度。取底部的絮凝体放在烧杯中用磁力搅拌器将絮凝体打碎待用。

(2) 将培养皿、移液管、三角瓶洗净后将其包装，灭菌。

(3) 在6个试管中，1#加1mL蒸馏水，2#加4mL蒸馏水，3#、5#、6#加9mL蒸馏水，4#加19mL蒸馏水。每组6支，塞好棉花，盖上报纸，包扎灭菌待用。

(4) 取一干净的烧杯，先加入一定量的蒸馏水，按牛肉膏、蛋白胨、NaCl、琼脂称取并依次加入蒸馏水中。在有石棉网的电炉上加热，用玻璃棒不断搅动，待药品全部溶解后补加蒸馏水至所需要的体积。用精密pH试纸先测一下培养基的pH值，再按培养基要求的pH值调节。最后装到三角瓶中，塞好棉花，包好灭菌待用。

(5) 往1#、2#、3#、4#试管中各加入1mL工业废水摇匀。从3#试管中取出1mL加入5#试管中摇匀后，再从5#试管中取出1mL加入6#试管中摇匀。

(6) 从各试管中取出1mL分别放入6个培养皿中，往培养皿里倒入培养基刚好能盖住培养皿底部，摇匀，放入冰箱中在37℃条件下培养24小时，然后数出培养基中菌群的个数，即为该水样中含有的细菌总数。再测壳聚糖絮凝工业废水后沉淀物的细菌总数，步骤如上，且再测一个平行样。

1.2.6 絮凝颗粒的沉降规律

　　用大量筒取400mL工业废水，加入2mL壳聚糖溶液，调节pH值为8，用三角板的0刻度对准量筒底部且与量筒平行。当絮凝体开始出现时，找到一个比较大的颗粒，计下其位置所对应得刻度，此时，时间为0。每隔一段时间计下其对应的刻度。以时间为横坐标，以高度为纵坐标画出曲线。

1.3 壳聚糖分子量的降解及其黏度的测定

1.3.1 分子量的降解

(1) 将恒温箱装满水，温度设定为60℃，打开加热器使温度达到60℃。

(2) 称取5g壳聚糖分别放入4个圆底烧瓶里，然后倒入200mL蒸馏水，放到恒温箱中恒温几分钟。

(3) 往1#、4#烧瓶里加入4mL HO，2#烧瓶里加入6mL HO,3#烧瓶里加入2mLHCl、4mL HO。

(4) 然后开始搅拌，1#、2#烧瓶搅拌4小时，3#烧瓶搅拌6小时，4#烧瓶搅拌20小时。

(5) 最后用抽虑机过滤，滤纸上的固体用蒸馏水洗涤，然后将其放在烘箱里烘干。烘干后编好号用纸包好放到干燥器里。注意的是3#烧瓶里壳聚糖全部溶解，过滤后只有滤液，所以先把滤液倒入坩埚里，然后把坩埚放在装有水的烧杯上进行水浴加热。烧杯里的水不要太满且不能烧干。

1.3.2 黏度的测定

　　黏度反映了高分子物的分子量大小。壳聚糖是一种天然高分子多糖，分子量大小不同，其物理机械性能也不一样，用途也不同，因此黏度是其一项重要指标。

　　黏度的测定方法有多种，其物理意义不一样。

　　在壳聚糖生产上，常用乌氏黏度计来测定壳聚糖的黏度。其原理是在一定温度和溶剂条件下，特性黏度[η]和高聚物摩尔质量M之间的关系通常用带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示：

　　式中，M为黏均摩尔质量；K为比例常数；α是与分子形状有关的经验参数。K和α值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.5～1之间。K与α的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压法、光散射法等，由黏度法只能测定[η]。有下列公式可求[η]

y=

[η]=

　　式中，t为测定溶液黏度时液面从a刻度流至b刻度的时间；t₀为纯溶剂流过的时间，c为壳聚糖溶液的浓度

　　可以看出高聚物摩尔质量的测定最后归结为特性黏度[η] 的测定。本实验采用毛细管法测定黏度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。

(1) 黏度计的洗涤 先用热洗液(经砂心漏斗过滤)将黏度计浸泡，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次，每次都要注意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。

(2) 调节恒温槽温度至(25.0± 0.1)℃，然后将其垂直放入恒温槽，使水面完全浸没G球。

(3) 溶液流出时间的测定 用移液管分别吸取已知浓度的壳聚糖溶液，由A管注入黏度计中，恒温15min，在C管处用食指堵住使之不通气，在B管处用洗耳球将溶液从F球经D球、毛细管、E球抽至G球2/3处，松开食指，让C管通大气，此时D球内的溶液即回入F球，使毛细管以上的液体悬空。毛细管以上的液体下落，当液面流经a刻度时，立即按停表开始记时间，当液面降至b刻度时，再按停表，测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。重复这一操作至少三次，它们间相差不大于0.3s，取三次的平均值为t₁。

(4)溶剂流出时间的测定 先用壳聚糖溶液的溶剂润洗黏度计几次，步骤如上。

　　实验完毕后，黏度计一定要用蒸馏水洗干净。

2 结果与讨论

2.1 pH值的影响结果

　　pH值是影响絮凝的一个重要因素。PH值过高(>10)或过低(<4)都会影响壳聚糖同废水中的各种微粒间电荷分配比例，我们在此过程中发现最佳絮凝pH值是6，高或低絮凝效果将明显下降。数据如下：浊度=15.4

浊度率=×100%

表1 pH值的影响

图1 pH值的影响

2.2 浓度的影响结果

　　壳聚糖在絮凝废水中的蛋白质时所需的最佳浓度同废水的种类有关。我们用豆浆作模拟废水时的最佳体积是2.5mL，用牛奶作模拟废水时的最佳体积为2mL。浓度过高或过低絮凝效果反而降低。所以，浓度的高低直接影响絮凝效果，数据如下：浊度=115

表 2 浓度的影响

图2 浓度的影响

2.3 温度的影响结果

　　温度也是影响絮凝剂的一个因素，且温度在20~70℃间便可满足要求，但在30~50℃间较为理想，45℃的时候效果最好，温度过高可能破坏了壳聚糖分子结构。数据如下：浊度=15.4

表 3 温度的影响

图3 浓度的影响

2.4 黏度的影响结果

　　黏度同样是影响絮凝剂的一个重要因素，较高的黏度有较好的絮凝效果，所以在条件允许时，应尽可能选用高黏度的壳聚糖作絮凝剂。数据如下：浊度=169

表 4 黏度的影响

图4 黏度的影响

2.5 壳聚糖回收蛋白质及杀菌效果

2.5.1 壳聚糖回收蛋白质效率

　　壳聚糖对蛋白质有强烈的絮凝作用。主要是其分子链中大量的游离氨基在溶液中表现出了优越的阴离子型聚电解质的性质，在与蛋白质作用过程中能够同时发挥电中和絮凝和化学架桥絮凝的双重作用，既壳聚糖分子中带正电荷的氨基与蛋白质分子但负电荷的基团相互吸引以后，一方面有效地中和了蛋白质的表面使之絮凝下沉;另一方面压缩了胶体微粒的扩散层而使胶体微粒凝聚脱稳，并借助于高分子链间的化学架桥作用而产生絮凝沉降，所以壳聚糖对蛋白质的凝集能力很强。本试验主要通过测浊度　　来看看壳聚糖絮凝蛋白质的效率，数据如下：浊度=255，絮凝工业废水后测得的浊度为浊度=21，浊度=22。平均浊度为21.5。所以壳聚糖对工业废水中蛋白质的回收率为：

回收率==x100%=91.6%

　　由此可见壳聚糖对蛋白质的回收效果很好，达到了90%以上。这说明应用壳聚糖回收蛋白质有很大的发展前景，有的研究壳聚糖同其它絮凝剂复合使用的效果。

2.5.2 壳聚糖的杀菌效果

　　壳聚糖对革兰氏阴性菌和真菌能产生明显的抑制作用。有的研究者分别采用固体培养和液体培养两种方式，选用了6种菌株：3种革兰氏阴性菌(鼠伤寒沙门氏菌、绿脓假单胞杆菌、大肠杆菌)；3种革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌、芽胞梭菌、粪链球菌)。研究结果表明，壳聚糖对水传病原体具有杀灭能力，特别是对革兰氏阴性菌效果更强，而且壳聚糖的脱乙酰度和浓度均对其抗菌性有所影响，一般来说，脱乙酰度和浓度越大，灭菌能力越强。壳聚糖的抗菌性显然使其在饮用水净化中更具优势，但在处理工艺中如何发挥尚待进一步的试验研究。数据如下：

表 5 工业废水中的细菌总数

表 6 絮凝沉淀中的细菌总数

　　由上列数据可得壳聚糖除菌效率：

　　杀菌率＝×100%=95%

　　由此可见壳聚糖具有杀菌能力且达到90%以上。因此用壳聚糖回收蛋白质的同时又杀死了一部分细菌，这样就减少使用氯水消毒，也减少了氯仿污染的可能。

2.6 颗粒沉降的规律结果

水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。颗粒比重大于1时，表现为下沉；小于1时，表现为上浮。在水处理中，常遇到两种沉淀，一种是颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀；一种是颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。本试验颗粒沉淀近似为自由沉淀。数据如下：

表 7 颗粒沉降的规律数据

图5 颗粒沉降的规律

2.7 测定黏度

　　壳聚糖的黏度与分子量成正比，所以根据可求出分子量。黏度由上述方法测得，由公式可得：

(1)用4mLHO降解4小时的壳聚糖黏度及分子量

y=＝＝1.162

[η]=＝＝106.686

＝=134738.525

(2)用6mLHO降解6小时的壳聚糖黏度及分子量

y=＝＝1.190

[η]=＝＝84.443

＝=104787.261

(3)用4mLHO降解6小时酸作溶剂的壳聚糖黏度及分子量

y=＝＝1.0095

[η]=＝＝4.4839

＝=4461.08

(4)用4mLHO降解20小时的壳聚糖黏度及分子量

y=＝＝1.1428

[η]=＝＝63.1414

＝=76657.46

3 结论

　　壳聚糖作为天然阳离子型高分子絮凝剂，对蛋白质表现出很强的絮凝作用，能够快速高效地从液体中分离和回收蛋白质。不但絮凝条件温和(pH6~7,温度20~70℃)，且用量也较少。许多食品加工厂的废水中含有大量的蛋白质，如果用壳聚糖絮凝剂进行处理，不但可以净化污水，而且能够回收蛋白加以利用。因为壳聚糖为天然产物，无毒，无味，用它回收蛋白质可以作廉价的动物饲料添加剂。除此之外，壳聚糖还有很强的杀菌能力，达到90%以上，这样在回收蛋白质的同时又杀灭了大部分细菌，用它回收的蛋白质作饲料就减少了氯水消毒的过程，进而较少了产生氯仿的可能性，防止了二次污染。

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