膠原多肽基表面活性劑對染料廢水的泡沫分離性能

周生鵬，唐奕，廖學(xué)品,，王茹，石碧

（1四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川 成都 610065；2四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國家工程實驗室，四川 成都 610065）

膠原多肽基表面活性劑對染料廢水的泡沫分離性能

周生鵬1，唐奕2，廖學(xué)品1,2，王茹1，石碧2

（1四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川 成都 610065；2四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國家工程實驗室，四川 成都 610065）

以結(jié)晶紫溶液模擬染料廢水，研究了膠原多肽基表面活性劑（CBS）對染料廢水的泡沫分離性能。通過單因素實驗考察了pH、氣速、表面活性劑質(zhì)量濃度、泡沫相與液相高度比（HF/HL）、染料初始濃度、乙醇添加量等因素對廢水中染料分離的影響。結(jié)果表明，CBS適用于堿性條件下染料廢水的泡沫分離；隨著氣速的升高，染料的去除率增加，但富集比降低；隨著CBS用量的增加，染料的去除率先增加而后降低，富集比隨CBS用量的增加而降低；當(dāng)泡沫相高度與液相高度比為3左右時，染料去除率較高；添加適量的乙醇對泡沫分離是有利的；在較佳的分離條件下，染料的去除率可達(dá)80%，富集比達(dá)到16。上述研究結(jié)果表明，膠原多肽基表面活性劑可用于染料廢水的泡沫分離。

膠原多肽；表面活性劑；染料廢水；泡沫；分離

引　言

染料生產(chǎn)和使用過程中將產(chǎn)生大量廢水，其中所含染料多數(shù)為具有復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)的人工合成染料，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，難以生物降解且往往具有致癌、致畸、致突變效應(yīng)，生物毒性較大[1-2]。若將其直接排放到環(huán)境中，可通過水循環(huán)和食物鏈在生物體富集，會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對人類健康造成嚴(yán)重威脅。因此，染料廢水的污染控制一直是環(huán)境保護(hù)的重要課題[3-6]。

染料廢水的常用處理方法主要有絮凝法、聚沉法、吸附法、膜過濾法、化學(xué)氧化法和生物法等。盡管這些方法都具有一定的脫色能力，但在實際應(yīng)用中存在諸如污泥量大、吸附劑用量大且難以再生、膜污染、成本高等問題[4,7-8]。

泡沫分離技術(shù)利用表面吸附原理對水溶液中溶于水或不溶于水的物質(zhì)進(jìn)行分離，其在物質(zhì)純化分離和廢水處理方面得到了廣泛應(yīng)用。其主要特點在于所需設(shè)備和操作工藝簡單、應(yīng)用靈活且成本較低[7,9-11]。然而，泡沫分離過程中，需以表面活性劑作為捕收劑或起泡劑，分離后殘留在水體中的表面活性劑會對環(huán)境產(chǎn)生一定的污染[12-13]。因此，易生物降解、對人體和環(huán)境友好的表面活性劑的開發(fā)與應(yīng)用是泡沫分離研究的重要方向。

本課題組已有研究表明，以制革過程中產(chǎn)生的廢棄革屑為原料制備的膠原多肽基表面活性劑（CBS）具有良好的表面性能，尤其重要的是CBS易于生物降解，其BOD5/COD值大于0.45[14-15]，其應(yīng)用于污水處理的相關(guān)文獻(xiàn)未見諸報道。本課題組已建立了從制革固體廢棄物中提取膠原多肽并分離回收鉻等關(guān)鍵技術(shù)。而從制革固體廢棄物提取的膠原多肽不能用于食品、飼料等行業(yè)，只能用作工業(yè)用途。因此，本文將膠原多肽與油酰氯反應(yīng)制備可生物降解的表面活性劑 CBS并用于染料廢水的泡沫分離。由于本文提取的膠原多肽來自制革固體廢棄物，其原料和生產(chǎn)成本較低，所合成的膠原多肽基表面活性劑具有市場競爭力。本文以CBS為捕收劑和起泡劑，以結(jié)晶紫染料溶液為模擬染料廢水，結(jié)合泡沫分離技術(shù)研究了其對廢水中染料的泡沫分離特性。

1　實驗部分

1.1試劑與儀器

硝皮屑（制革廠提供）；Alcalase2.5 L酶（酶活力550000 U·ml-1，諾維信中國上海有限公司）；結(jié)晶紫（成都金山化學(xué)試劑有限公司）；油酰氯購于阿拉丁試劑（上海）有限公司；丙酮等其他試劑均為分析純。

UV-1800PC紫外可見分光光度計（上海美譜達(dá)儀器有限公司）；LGJ-12冷凍干燥機(jī)（北京松源華興科技發(fā)展有限公司）。

1.2CBS的制備及其物理化學(xué)性質(zhì)

1.2.1CBS的制備CBS按照前期報道的方法[16]制備。制備過程為：將硝皮屑置于水中清洗，去除雜質(zhì)及鹽分，于60℃條件下干燥。取10 g洗凈干燥后的硝皮屑置于250 ml三口瓶中，加90 ml去離子水，60℃恒溫浸泡30 min，分別加入0.5 g NaOH 和0.04 g Alcalase2.5 L酶，60℃恒溫攪拌反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液置于沸水浴中滅活5 min，即得膠原多肽液。GPC測得其重均分子量（MW，g·mol-1）為4396。

取100 ml濃度為100 g·L-1的膠原多肽液置于250 ml三口瓶中，分別加入10 ml丙酮和60 mmol NaOH（300 g·L-1溶液），在30℃水浴攪拌下緩慢滴加30 mmol油酰氯，反應(yīng)2 h；移除冷卻回流裝置，將溫度升至60℃，繼續(xù)反應(yīng)2 h；室溫冷卻，用6 mol·L-1鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至1～2析出沉淀；將沉淀物水洗滌至中性，冷凍干燥得淡黃色粉狀膠原多肽基表面活性劑CBS。CBS的表面性質(zhì)列于表1中。

1.2.2CBS的表面性質(zhì)將 CBS配制成一系列不同濃度的水溶液（CW，g·L-1），利用 OCAH 200接觸角儀測定CBS不同濃度水溶液的表面張力（γ，mN·m-1），并對γ-lg CW作圖，據(jù)此計算CBS的臨界膠束濃度（CMC）、臨界膠束濃度下的表面張力（γCMC）、使水溶液的表面張力減少20 mN·m-1所需的濃度（c20）和 pc20（pc20=-lgc20）。測試在 25℃進(jìn)行，以SDS (十二烷基硫酸鈉) 和SDBS (十二烷基苯磺酸鈉) 作為對照樣品，以去離子脫氣水作為空白[14]。

1.2.3CBS發(fā)泡性及泡沫穩(wěn)定性配制5 g·L-1待測樣品溶液100 ml，于40℃水浴中恒溫30 min。取15 ml（Vi）加入到50 ml具塞量筒中，劇烈上下?lián)u動10次后水平放置，立即記錄泡沫體積（Va），室溫下靜置30 min后再次記錄泡沫體積（Vb），發(fā)泡力（foam capacity, FC）和泡沫穩(wěn)定性（foam stability, FS）的計算見式（1）和式（2）[14]。

1.2.4CBS生物降解性將CBS配制成5 g·L-1的水溶液，取0.2 ml于化學(xué)耗氧量（COD）測試管中，將其于150℃消解2 h，取出后靜置至室溫。按照上述方法，用蒸餾水制成空白樣。將空白樣測試管放入微電腦COD測定儀中校零后，再將樣品測試管放入其中讀數(shù)，測得CBS的COD值。

將活性污泥按1:1體積比加入自來水，連續(xù)攪拌曝氣12 h以上，待用。將CBS配制成750 mg·L-1的水溶液，調(diào)節(jié)其pH至中性，并取50 ml于BOD測試瓶中，再加入6 ml已充分曝氣的活性污泥（懸浮固形物含量5.8 g·L-1，pH 7.2）。為防止發(fā)生硝化反應(yīng)，在測試瓶中加入3滴硝化抑制劑。然后在瓶口橡膠蓋上滴加3～4滴45%的氫氧化鉀溶液，以消除測試過程中產(chǎn)生的 CO2所造成的影響。將BOD測量瓶置于電磁攪拌器上，于20℃恒溫培養(yǎng)5 d[15]。同時，在相同條件下測定SDS的BOD值。以生物降解過程中的 BOD5/COD值作為樣品生物降解性的評價指標(biāo)。

1.3CBS對染料廢水的泡沫分離性能

1.3.1實驗方法配制一定濃度的結(jié)晶紫水溶液，加入CBS，通N2氣產(chǎn)生泡沫。通過調(diào)節(jié)溶液pH、氣速、CBS用量、裝液量以及乙醇添加量，研究CBS對染料廢水的泡沫分離性能。

分離裝置如圖1所示。泡沫分離塔（自制）內(nèi)徑為30 mm，塔高1.2 m，底部裝有氣體分布器。

圖1　泡沫分離裝置Fig.1　Experimental apparatus for foam separation

1.3.2分析方法采用分光光度法測定泡沫分離前后結(jié)晶紫質(zhì)量濃度，并求得去除率 R和富集比E[9,17-18]。

2　結(jié)果與討論

2.1CBS的表面性質(zhì)和生物降解性

SDS和 SDBS常用于染料廢水的泡沫分離，CBS和SDS、SDBS的表面性質(zhì)[15,19]如表1所示。其中，pc20值通常作為表面活性劑吸附效率的評價指標(biāo)，是CMC和γCMC的綜合指標(biāo)；CMC和γCMC分別為臨界膠束濃度和臨界膠速濃度下的表面張力。一般認(rèn)為，pc20值越大其表面吸附效率越高；CMC和γCMC值越低，則其表面吸附效能越高。由表1可知，與SDS和SDBS相比，CBS具有較高的pc20值，即其具有較高的表面吸附效率。CBS的γCMC值雖略高，但其CMC值相對較低，表明其具有良好的表面活性。此外，CBS具有合適的起泡力和泡沫穩(wěn)定性，可滿足泡沫分離要求。以上結(jié)果表明CBS具有較好的表面性質(zhì)，這是其可用于泡沫分離的基礎(chǔ)。

表1　CBS、SDS和SDBS的表面性質(zhì)和生物降解性Table 1　Surface properties and biodegradability of CBS, SDS and SDBS

表1中給出了CBS在750 mg·L-1濃度下的BOD5/COD值[15]。其中，有機(jī)物的BOD5/COD值是最常用的生物降解性的評價指標(biāo)。一般認(rèn)為，當(dāng)BOD5/COD＞0.45時，易于生物降解；BOD5/COD= 0.3～0.45時，能降解；BOD5/COD=0.2～0.3時，難降解；而 BOD5/COD＜0.2則可認(rèn)為不能降解。由表1可知，CBS的BOD5/COD值較SDS高得多，且遠(yuǎn)大于0.45，表明其具有良好的生物降解性。相關(guān)文獻(xiàn)表明SDBS的生物降解性較SDS還差[20-21]，不易被生物降解。綜上所述，CBS具有較好表面性質(zhì)，同時又具有較好的生物降解性，因此其可以作為泡沫分離的表面活性劑。

2.2CBS對結(jié)晶紫的泡沫分離原理

染料大都能溶于水中，在水溶液中解離成離子形態(tài)，其易與帶相反電荷的離子形成離子復(fù)合物[17]。結(jié)晶紫為堿性染料，CBS側(cè)鏈中存在較多羧酸根負(fù)離子，其易與結(jié)晶紫陽離子締合形成復(fù)合物。該復(fù)合物被吸附在氣液界面隨氣泡帶出而實現(xiàn)泡沫分離，從而使染料廢水得以凈化。

CBS對結(jié)晶紫的泡沫分離原理如圖2所示。

圖2　CBS對結(jié)晶紫的泡沫分離原理Fig.2　Foam separation mechanism of crystal violet using CBS

因此本文選用與結(jié)晶紫電荷相反且易生物降解的生物基表面活性劑CBS作為捕收劑和起泡劑，對模擬染料廢水進(jìn)行泡沫分離。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，采用不同水解方法得到的膠原多肽分子量差別很大，從而影響膠原多肽基表面活性劑的表面性能；而且同樣分子量的膠原多肽接枝不同量的疏水基后其表面性能也相差很大。因此，膠原多肽基表面活性劑的結(jié)構(gòu)必然影響其泡沫分離性能。

2.3pH對染料去除率和富集比的影響

如圖3所示，結(jié)晶紫去除率隨pH的增大而增大，富集比則呈下降趨勢。

圖3　pH對染料去除率和富集比的影響Fig.3　Effect of pH on removal extent and enrichment ratio of dye

結(jié)晶紫在水中可完全解離生成帶正電的陽離子，陰離子表面活性劑CBS則解離形成陰離子，兩者可在靜電作用下形成復(fù)合物，這些復(fù)合物可被氣泡通過吸附作用而浮選[22]。堿性條件有助于CBS解離出陰離子，且隨水溶液中OH-的增多解離效果越好，因此溶液pH可顯著影響CBS與結(jié)晶紫的電離以及離子間的締合，從而對去除率和富集比產(chǎn)生影響[23]。

隨溶液pH的升高，CBS在水中解離度增大，可產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫，且易于與結(jié)晶紫解離出的陽離子結(jié)合，從而使得結(jié)晶紫去除率增大。但隨著泡沫量及泡沫穩(wěn)定性的增加，使得夾液量增多，從而富集比逐漸降低。綜合去除率和富集比兩個因素，選擇pH=10為適宜的pH。

2.4氣速對染料去除率和富集比的影響

由圖4可見，結(jié)晶紫去除率隨氣速的增大而增大，富集比則呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。

圖4　氣速對染料去除率和富集比的影響Fig.4　Effect of gas velocity on removal extent and enrichment ratio of dye

當(dāng)氣速增大時，氣體分散器單位時間內(nèi)在單位面積上產(chǎn)生的氣泡個數(shù)增多，總的傳質(zhì)面積增大，使得結(jié)晶紫去除率得以提高。但同時氣泡夾液量也隨氣速的增大而增多，且氣泡在泡沫層的停留時間也相應(yīng)縮短，影響了泡沫聚并而產(chǎn)生的塔內(nèi)回流傳質(zhì)，導(dǎo)致其富集比隨氣速的升高逐漸下降[17,24]。因此，在實際的泡沫分離過程中需要綜合考慮去除率和富集比兩個因素，以確定適宜的氣速。

2.5CBS用量對染料去除率和富集比的影響

由圖5可知，隨著CBS用量的增大，結(jié)晶紫去除率先上升后下降而后又上升，富集比則逐漸下降。

圖5　CBS用量對染料去除率和富集比的影響Fig.5　Effect of CBS concentration on removal extent and enrichment ratio of dye

CBS除了與結(jié)晶紫發(fā)生結(jié)合外，還需要形成穩(wěn)定的泡沫層，其用量對脫色效果有較大影響。CBS在低的用量范圍內(nèi)，隨其用量的增大，形成泡沫量相應(yīng)增多，CBS與結(jié)晶紫結(jié)合的概率也增大，從而使表面吸附量增大，去除率呈現(xiàn)上升趨勢。在300～500 mg·L-1用量范圍內(nèi)，由于通氣速度并未提高，隨著CBS用量的繼續(xù)增大，產(chǎn)生的泡沫量并未明顯增加，此時可能游離的CBS與結(jié)晶紫和CBS形成的復(fù)合物在泡沫表面產(chǎn)生競爭吸附，從而導(dǎo)致對染料去除率的下降[9]。當(dāng)CBS用量較低時，所形成的泡沫因具有相對較高的表面張力而容易破裂，使得富集比較高；隨著CBS用量的增大，泡沫表面張力相對降低而不易破裂，導(dǎo)致持液量增加，從而使得結(jié)晶紫富集比下降[17]。CBS適宜用量為300 mg·L-1，過少或過高用量對泡沫分離是不利的。

2.6泡沫相與液相高度比（HF/HL）對染料去除率和富集比的影響

由圖6可見，結(jié)晶紫的去除率隨HF/HL的增大而降低，而富集比是先上升后下降。

圖6　HF/HL對染料去除率和富集比的影響Fig.6　Effect of HF/HLon removal extent and enrichment ratio of dye

隨著HF/HL的增大，氣泡在液相主體中停留時間逐漸變短，氣泡表面的吸附傳質(zhì)不充分，導(dǎo)致吸附量減小，從而使得結(jié)晶紫去除率逐漸下降。氣泡自液相主體進(jìn)入泡沫主體后，發(fā)生一系列復(fù)雜的傳質(zhì)變化，塔內(nèi)不斷形成的新的泡沫推動整個泡沫層逐漸上升，夾帶的液體在重力作用下回流。在重力的作用下Plateau（普拉托）邊界液體也會排液，在重力排液和Plateau排液的雙重作用下使得液膜變薄[23]。泡沫在擠壓、排液變薄和氣體擴(kuò)散等多重因素的影響下聚并。裝液量少時料液穿過泡沫區(qū)距離較遠(yuǎn)，泡沫的破裂和聚并使得到達(dá)頂部的泡沫減少，因此富集比較低，隨著裝液量的增加，富集比逐漸增大，隨裝液量繼續(xù)增加時，料液穿過泡沫區(qū)的距離縮短，使逆流泡沫區(qū)料液回流傳質(zhì)的時間相應(yīng)縮短，同時夾帶液量逐漸增大，致使富集比開始下降[25]。故隨 HF/HL的增大，富集比先上升后下降，而去除率一直下降。綜合分析去除率和富集比，泡沫相與液相高度比為3左右是較為適宜的。

2.7染料初始濃度對染料去除率和富集比的影響

由圖7可見，在整個濃度范圍內(nèi)，富集比均隨結(jié)晶紫濃度的增加而增加。這是因為隨著結(jié)晶紫濃度的增加，泡沫穩(wěn)定性降低，使得夾液量減少，從而使得富集比增加。而去除率在開始階段隨結(jié)晶紫濃度的增加而增加；但隨著結(jié)晶紫濃度的進(jìn)一步增加，由于氣泡表面的吸附量逐漸達(dá)到平衡，因此去除率不再提高；繼續(xù)增加結(jié)晶紫的濃度，可能是因CBS濃度不足，導(dǎo)致去除率不斷下降[9]。

圖7　染料初始濃度對染料去除率和富集比的影響Fig.7　Effect of dye initial concentration on removal extent and enrichment ratio

2.8乙醇添加量對染料去除率和富集比的影響

由圖8可見，乙醇添加量在0.2%～0.8%（體積）范圍內(nèi)，均可提高浮選效率，但添加量超過0.4%后，其去除率呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢。富集比則先上升后下降而后又上升。

Shakir等[9]、何星存等[22]的研究表明，少量乙醇的加入可在一定程度上提高浮選效率。這是因為，微小泡沫在擠壓、排液變薄和氣體擴(kuò)散等多重因素的影響下變大或是聚并成大氣泡，其上升速度較快，不利于被分離物的捕集。少量乙醇的加入不但可促使產(chǎn)生更多微泡，而且可以起到穩(wěn)泡作用抑制小氣泡聚并成大氣泡，利于被分離物的捕集。

圖8　乙醇添加量對染料去除率和富集比的影響Fig.8　Effect of ethanol concentration on removal extent and enrichment ratio of dye

另一方面，根據(jù)魏宣彪等[26]的研究結(jié)果可以認(rèn)為，加入乙醇將增加泡沫中結(jié)晶紫的含量，而同時泡沫的穩(wěn)定性依然較強(qiáng)，故隨乙醇加入量的增加富集比和回收率均增加；而繼續(xù)增大乙醇用量，其破泡作用開始顯現(xiàn)，因此回收率下降，但富集比下降較小，這是因為加入過量的乙醇后，泡沫量減少，其帶液量也減少，雖然由泡沫帶出的結(jié)晶紫量減少，但富集比基本不變。但乙醇添加量超過一定值后，將不再起到穩(wěn)泡作用，從而導(dǎo)致浮選效率下降[9,27]。因此，乙醇的加入量應(yīng)在恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

2.9CBS與SDS和SDBS泡沫分離性能對比

在保持其他實驗條件一致的情況下，對比了CBS、SDS和SDBS對結(jié)晶紫染料廢水的泡沫分離性能。

如圖9所示，在用量均為200 mg·L-1時，CBS對染料的去除率略低于SDS，但CBS對染料的富集比較SDS高，而SDBS在200 mg·L-1用量下，由于不能形成穩(wěn)定而連續(xù)的泡沫，因此在該濃度下不能進(jìn)行結(jié)晶紫染料的泡沫分離。當(dāng)SDBS的用量增加到 550 mg·L-1時，才能實現(xiàn)泡沫分離，此時SDBS的用量遠(yuǎn)高于CBS的用量，但染料的去除率只略高于CBS，富集比仍低于CBS。因此，對于結(jié)晶紫染料廢水的泡沫分離，CBS的綜合性能優(yōu)于目前普遍使用的SDS和SDBS。

圖9　表面活性劑對染料去除率和富集比的影響Fig.9　Effect of surfactants on removal extent and enrichment ratio of dye

3　結(jié)　論

（1）CBS具有較低的臨界膠束濃度和較高的表面吸附效率，表現(xiàn)出較好的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性；CBS的BOD5/COD值高達(dá)0.72，具有良好的可生物降解性。因此，CBS可用于染料廢水的泡沫分離。

（2）由于 CBS中存在較多羧酸根負(fù)離子，其易與陽離子型染料締合形成復(fù)合物，因此CBS更適用于堿性染料的泡沫分離。

（3）當(dāng) CBS用于結(jié)晶紫染料廢水的泡沫分離時，pH、氣速、泡沫相與液相高度比、CBS用量、乙醇添加量等因素將影響泡沫量、泡沫穩(wěn)定性以及泡沫的夾液量和排液量，從而影響染料的去除率和富集比。

（4）為拓展 CBS的應(yīng)用范圍，應(yīng)進(jìn)一步研究其在其他染料廢水及重金屬離子廢水處理中的泡沫分離性能以及CBS結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系。

符號說明

Ct——分離后染料濃度，mg·L-1

C0——分離前染料濃度，mg·L-1

E ——染料富集比

FC ——發(fā)泡力，%

FS ——泡沫穩(wěn)定性，%

R ——染料去除率，%

Va——上下?lián)u動結(jié)束0 min時的泡沫體積，ml

Vb——上下?lián)u動結(jié)束30 min時的泡沫體積，ml

Vi——發(fā)泡性分析取用溶液體積，ml

Vt——分離后溶液體積，ml

V0——分離前溶液體積，ml

References

[1] Shaul G M, Holdsworth T J, Dempsey C R, et al. Fate of water soluble azo dyes in the activated sludge process [J]. Chemosphere, 1991, 22(1): 107-119.

[2] Wang S, Li H. Kinetic modelling and mechanism of dye adsorption on unburned carbon [J]. Dyes and Pigments, 2007, 72(3): 308-314.

[3] Yagub M T, Sen T K, Afroze S, et al. Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: a review [J]. Advances in Colloid and Interface Science, 2014, 209: 172-184.

[4] Fu Y, Viraraghavan T. Fungal decolorization of dye wastewaters: a review [J]. Bioresource Technology, 2001, 79(3): 251-262.

[5] Gupta V K, Khamparia S, Tyagi I, et al. Decolorization of mixture of dyes: a critical review [J]. Global Journal of Environmental Science and Management, 2015, 1(1): 71-94.

[6] Banat I M, Nigam P, Singh D, et al. Microbial decolorization of textile-dye containing effluents: a review [J]. Bioresource Technology, 1996, 58(3): 217-227.

[7] Lu K, Zhang X L, Zhao Y L, et al. Removal of color from textile dyeing wastewater by foam separation [J]. Journal of Hazardous Materials, 2010, 182(1): 928-932.

[8] Ren Nanqi(任南琪), Zhou Xianjiao(周顯嬌), Guo Wanqian(郭婉茜), Yang Shanshan(楊珊珊). A review on treatment methods of dye wastewater [J]. CIESC Journal (化工學(xué)報), 2013, 64(1): 84-94.

[9] Shakir K, Elkafrawy A F, Ghoneimy H F, et al. Removal of rhodamine B (a basic dye) and thoron (an acidic dye) from dilute aqueous solutions and wastewater simulants by ion flotation [J]. Water Research, 2010, 44(5): 1449-1461.

[10] Choi S J, Choi Y H. Removal of direct red from aqueous solution by foam separation techniques of ion and adsorbing colloid flotation [J]. Separation Science and Technology, 1996, 31(15): 2105-2116.

[11] Zhu Jingxin(朱敬鑫). Treatment technology of the wastewater containing acidic and alkaline dyes by foam separation [J]. Chemical Engineering & Equipment(化學(xué)工程與裝備), 2014, (6): 069.

[12] Chen Li’e(陳莉娥), Zhou Xingqiu(周興求), Wu Jiandong(伍健東). Harmfulness surfactant wastewater and its treatment techniques [J]. Industrial Water Treatment(工業(yè)水處理), 2003, 23(10): 12-16.

[13] Wang Baohui(王寶輝), Zhang Xuejia(張學(xué)佳), Ji Wei(紀(jì)巍), Kuang Li(匡麗), Han Huijun(韓會君). Hazard analysis of surfactants in ecosystem [J]. Chemical Industry and Engineering Progress(化工進(jìn)展), 2007, 26(9): 1263-1268.

[14] Chi Y, Zhang Q, Liao X, et al. Physicochemical properties and surface activities of collagen hydrolysate-based surfactants with varied oleoyl group grafting degree [J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014, 53: 8501-8508.

[15] Chi Yuanlong(遲原龍), Cui Min(崔敏), Yang Qian(楊倩), Liao Xuepin(廖學(xué)品), Zhang Wenhua(張文華), Shi Bi(石碧). Surface property and biodegradation of collagen-peptide based surfactant [J]. China Leather(中國皮革), 2012, 41(11): 37-41.

[16] Chi Yuanlong(遲原龍), Cui Min(崔敏), Liao Xuepin(廖學(xué)品), Zhang Wenhua(張文華), Shi Bi(石碧). Optimization of reaction parameters for synthesis of collagen-peptide based surfactant [J]. China Leather(中國皮革), 2012, 40(23): 8-11.

[17] Wang Y, Wu Z L, Lu K, et al. Study on technology of simultaneous removal of copper ion and crystal violet in aqueous solution by foam separation [J]. Separation Science and Technology, 2011, 46(7): 1200-1204.

[18] Li Xintao(李新濤), Wu Zhaoliang(吳兆亮), Zheng Huijie(鄭輝杰), Jin Yingjun(荊迎軍). Decolorization process of dye wastewatercontaining methyl orange by foam separation method [J]. Chem. Eng. (China)(化學(xué)工程) , 2009, 37 (4): 60-63.

[19] Chi Yuanlong(遲原龍). Preparation of collagen peptide based surfactant using enzymatic hydrolysates of tannery skin wastes[D]. Chengdu: Sichuan University, 2012.

[20] Chen G, Strevett K A, Vanegas B A. Naphthalene, phenanthrene and surfactant biodegradation [J]. Biodegradation, 2001, 12(6): 433-442.

[21] Zhang C, Valsaraj K T, Constant W D, et al. Aerobic biodegradation kinetics of four anionic and nonionic surfactants at sub- and supra-critical micelle concentrations (CMCs) [J]. Water Research, 1999, 33(1): 115-124.

[22] He Xingcun(何星存), Chen Menglin(陳孟林), Lan Liuchun(蘭柳春). Study on treatment of cationic dye crystal violet wastewater by flotation [J]. Journal of Safety and Environment(安全與環(huán)境學(xué)報), 2004, 4(4): 20-22.

[23] Zhang Xiaolong(張曉龍), Wu Zhaoliang(吳兆亮), Zheng Huijie(鄭輝杰), Ding Hongmei(丁紅梅). Decolorization of the wastewater containing crystal violet by foam separation [J]. Chin. J. Proc. Eng.(過程工程學(xué)報), 2008, 8(6): 1116-1119.

[24] Xiao Z, Li X, Wu W S S. Purification and concentration of the total Saikosaponins extracted from Radix Bupleuri using foam fractionation [J]. Separation Science and Technology, 2014, 49(3): 469-475.

[25] Song Weiguang(宋偉光),Wu Zhaoliang(吳兆亮), Liu Guimin(劉桂敏), Li Qian(李僉),Wu Haiyan(吳海艷). Removal of trace mental ions from aqueous solution by foam fractionation[J].Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities(高?；瘜W(xué)工程學(xué)報), 2008, 22(5): 900-905.

[26] Wei Xuanbiao(魏宣彪), Wu Zhaoliang(吳兆亮), Lu Ke(盧珂), Zhang Fang(張芳). Extraction of methyl orange from ethanol-water system by foam separation [J]. Chin. J. Proc. Eng.(過程工程學(xué)報), 2008, 8(6): 1112-1115.

[27] Cho Y S, Laskowski J S. Effect of flotation frothers on bubble size and foam stability [J]. International Journal of Mineral Processing, 2002, 64(2): 69-80.

Foam separation behaviors of collagen-peptide based surfactant for treatment of dye wastewater

ZHOU Shengpeng1, TANG Yi2, LIAO Xuepin1,2, WANG Ru1, SHI Bi2(1College of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan, China;2National Engineering Laboratory for Clean Technology of Leather Manufacture, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan, China)

Foam separation behaviors of the collagen-peptide based surfactant (CBS) for dye removal from wastewater was studied using crystal violet solution as probe. The influences of pH, gas velocity, mass concentration of CBS, height ratio of foam phase to liquid phase (HF/HL), initial concentration of dye and concentration of ethanol on the removal extent of dye were investigated. The experimental results indicated that CBS exhibited good performance at alkaline condition. It was also found that the removal extent of dye was increased as the increase of gas velocity, but the enrichment ratio of dye was decreased. With increasing dosage of CBS, the removal extent of dye was increased at beginning and then decreased as further increasing the dosage of CBS, while the enrichment ratio was decreased all the time. Further investigation indicated that the removal extent of dye was superior when the HF/HLwas around 3, and the appropriate amount of addition of ethanol was beneficial to foam separation. In addition, the removal extent of dye was 80% and the enrichment ratio of dye was 16 at optimal operation conditions. These results suggested that CBS can be used in the foam separation removal of dyes from wastewater.

date: 2015-04-22.

Prof. LIAO Xuepin, xpliao@scu.edu.cn; Prof. WANG Ru, wangru@scu.edu.cn

supported by the National High Technology Research and Development Program of China (2011AA06A108).

collagen-peptide；surfactants；dye wastewater；foam；separation

10.11949/j.issn.0438-1157.20150511

X 705；X 703

A

0438—1157（2015）11—4493—08

2015-04-22收到初稿，2015-06-04收到修改稿。

聯(lián)系人：廖學(xué)品，王茹。第一作者：周生鵬（1991—），男，碩士研究生。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目(2011AA06A108)。