辣木（Moringa oleifera）作为硫酸铝的可持续替代品，用于农工业废水混凝处理

《Journal of the Indian Chemical Society》：Moringa oleifera as a Sustainable Alternative to Aluminum Sulfate for Agro-Industrial Wastewater Coagulation

　　

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  研究了辣木籽提取物作为农业工业废水处理的天然絮凝剂的效果。
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  在优化条件下（pH 8.3，108 mg/L），该生物絮凝剂实现了高达92.3%的浊度去除率。
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  与硫酸铝相比，辣木絮凝法产生的污泥减少了32%，并且保持了接近中性的pH值。
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  该过程通过吸附-络合机制增强了Mg²⁺和Zn²⁺等二价金属的去除效果。
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  提出了一种结合辣木籽絮凝和辣木果荚生物吸附的循环处理策略，以实现可持续的废水管理。

引言

水是我们星球上最重要的资源之一，被广泛用于家庭和工业用途。水质至关重要，特别是在用于饮用时，因为它直接关系到个人健康和整个环境的福祉[1]，[2]。然而，大多数发展中国家在为人口提供纯净安全的水方面面临挑战，摩洛哥也不例外，该国由于水资源短缺和水污染问题，在水资源管理方面面临困难[3]，[4]。

预计摩洛哥的工业部门将继续发展，特别是在食品加工领域，这将产生大量废水。如果这些废水未经处理或使用处理系统直接排放，可能会对地下水或地表水造成严重影响[4]。在这种情况下，显然食品加工部门是通过产生废水而导致水污染的主要来源之一，因此迫切需要考虑采用符合环保要求的水处理方法来保护水资源[5]。Mansir等人[6]指出，由于气候变化等因素，摩洛哥Souss-Massa地区产生的农业工业废水具有很高的污染潜力，并且季节性很强，因此迫切需要在该地区应用水处理技术以实现高效处理。更重要的是，由于涉及高昂的成本和环境风险，以及基础设施建设的成本，使用合成化学物质进行化学处理是一种常见的做法[7]，[8]。

此外，一些毒理学研究还表明，处理后的水中残留的铝可能与某些类型的神经退行性疾病有关[9]。然而，这被视为一个正在发展的问题，促使人们研究对环境和健康影响较小的新型絮凝剂。絮凝和沉淀是可用于从溶液中去除胶体颗粒的处理方法。尽管絮凝和沉淀过程非常有效，但它们也伴随着使用合成化学物质所带来的生态和健康风险[10]。在这方面，人们越来越关注开发可持续、经济高效且环保的水处理方法。辣木籽提取物已被证明是一种有效的天然絮凝剂[11]。我们的研究团队最近报告了辣木果荚在去除阳离子染料方面的优异吸附性能[12]，[13]，这表明可以全面利用整个辣木植物。此外，我们的研究还全面探讨了辣木植物的物理化学性质，如热力学和功能基团[14]。

辣木籽中的絮凝剂是具有优良电荷中和特性的阳离子蛋白。此外，这些絮凝剂可以通过简单方法提取，因此在农村或半工业环境中易于获得[15]，[16]。除了去除浊度外，辣木还显示出了作为多用途工具去除水中的病原体和金属的潜力，使其成为水处理的多功能选择[17]。在尼日利亚、印度和拉丁美洲国家进行的多项研究表明，辣木在去除水中的悬浮固体方面的性能与传统化学絮凝剂相当甚至更优，从而提高了水质[18]，[19]。

尽管不同研究表明使用天然絮凝剂具有广阔前景，但值得注意的是，关于在摩洛哥食品工业中使用辣木籽的研究非常有限[20]。因此，本研究旨在重点研究辣木籽提取物，并将其与硫酸铝进行比较，以评估其在食品加工废水处理中的性能，并从统计学上比较两者在改善主要水质参数方面的效率[21]，确定处理机制，并评估其在食品工业中用于经济高效废水处理的可能性。

我们的研究小组还发现辣木废弃物（即辣木果荚粉MOPP）作为阳离子染料（如亚甲蓝）的高吸附容量生物吸附剂的巨大潜力，其吸附能力可达88.5 mg/g，并且在五次吸附-解吸循环后仍能保持超过85%的再生能力[12]。这项发表在《Water, Air, and Soil Pollution》上的先前研究强调了将较少被利用的辣木家族废弃物转化为资源的可行性。在本研究中，我们不再关注批处理生物吸附系统，而是关注动态絮凝-沉淀系统，探讨了辣木籽中的生物活性化合物作为农业工业废水处理的天然絮凝剂的应用。通过将其效率与传统化学絮凝剂硫酸铝进行比较，本研究试图完成辣木植物的价值循环利用。它还提出了一种双策略，即利用同一农业资源的不同部分——果荚用于生物吸附，种子用于絮凝，以开发适用于水资源稀缺国家（如摩洛哥）的可持续集成废水处理系统。

最近的研究进一步强调了可持续植物基絮凝剂在水处理中的重要性，评估了辣木籽、仙人掌、芦荟和黎巴嫩松等生物絮凝剂在去除浊度和染料方面的效果，与传统的无机絮凝剂（如明矾和氯化铁）进行了对比[22]，[23]，[24]，[25]。

章节摘要

研究区域和样品采集

废水样本取自卡萨布兰卡Ain Sebaa工业区的三个不同农食品工业。然后，样品被存储在5升的灭菌容器中，并在低温条件下运输到实验室。为了更准确地反映农食品工业排放物中的污染物负荷，采样是在生产高峰期进行的。实际上，其他研究者处理类似问题时也采用了类似的采样策略

pH值和浊度

这两种絮凝剂在去除水样中的浊度方面表现出非常高的效率，并且在p < 0.001的水平上具有统计学意义。对于辣木籽提取物（MO），所有剂量（40、90和140 mg/L）都属于同一个统计组（b），与对照组（a）不同。这表明所有剂量都产生了显著效果，其中最佳效果发生在5.1 ± 0.25 NTU时，对应88.7%的浊度去除率

局限性与未来展望

尽管本研究提供了良好的机制信息并在受控条件下优化了处理过程，但仍存在一些需要承认的局限性。首先，尽管本研究使用了单一复合废水样本来分析不同絮凝剂的机制，但它没有涵盖农业工业废水在不同季节和操作条件下的所有可能变化

结论

本研究成功证明了辣木籽提取物不仅是一种替代硫酸铝的选择，而且在作用机制和环境效益方面更具优势。通过罐测试、Zeta电位、污泥体积和RSM优化实验，证实了辣木籽提取物的作用机制是部分电荷中和，其中Zeta电位从-18.7 ± 1.1 mV增加到

数据可用性声明

本研究使用的数据集可应要求向相关作者索取。

CRediT作者贡献声明

AHMED ENNHAILI：研究、方法学、写作——审稿与编辑。OMAR FANIDI：写作——审稿与编辑、验证、项目管理。ABDERRAHIM JRIFI：数据可视化、验证、监督、资源管理。MAHA ADEL：数据可视化、资源管理、研究。SALIM AHMED：数据可视化、方法学、数据分析。HIBATALLAH TIBARI：研究、方法学、软件开发、初稿写作。EL MEHDI EL HANDAOUI：初稿写作、方法学、数据分析

利益冲突

作者声明他们没有可能影响或被认为可能影响本手稿所呈现研究的竞争性财务利益或个人关系。

伦理批准

本文不包含任何由作者进行的涉及人类参与者或动物的研究。

资金声明

本研究未接受任何外部资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

本研究未获得任何资助。作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。所有作者均无任何可能影响研究的竞争性利益，包括就业、咨询、股票持有、酬金、专家证词、专利申请/注册或资助

致谢

作者感谢ENSAM Hassan II大学智能系统、工业与机械工程实验室（LISIME）、Ben M'Sik科学学院物理化学、材料与催化实验室以及Ben M'Sik科学学院分析与分子化学实验室提供的宝贵技术支持和研究设施。同时也要特别感谢位于Ain Sebaa工业区的工业合作伙伴

E.L.MEHDI EL HANDAOUI|HIBATALLAH TIBARI|AHMED ENNHAILI|AHMED SALIM|MAHA ADEL|OMAR TANANE|ABDERRAHIM JRIFI|OMAR FANIDI