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    廢水中常常含有自然沉降法不能去除的細微懸浮物和膠體污染物，對于這類廢水必須首先投加化學藥劑來破壞膠體和細微懸浮物在水中形成的穩(wěn)定分散系，使其聚集為具有明顯沉淀性能的絮凝體，然后用重力法予以分離，這一過程包括膠體的脫穩(wěn)、顆粒的遷移和聚集、微絮顆粒通過吸附、卷帶和橋連而形成更大的絮凝體的過程。
投加的藥劑有無機多價金屬鹽類和有機高分子聚合物兩大類。前者主要由鋁鹽和鐵鹽，后者主要有聚丙烯酰胺及其變形物。無機絮凝劑具有腐蝕性，使用時受pH值變化影響較大，生成的絮體易碎、處理后的水中仍含有較高濃度的金屬離子，同時產生大量的含金屬污泥，需要進一步的復雜處理步驟。有機高分子絮凝劑具有用量少、pH適用范圍廣，受鹽類及環(huán)境條件影響小，污泥量少，處理效果好等優(yōu)點。然而，有機高分子絮凝劑耐剪切穩(wěn)定性較差、在自然條件下難以降解，處理比較困難。針對上述問題，本產品將天然的纖維素引入到聚丙烯酰胺分子鏈中有效的改善了絮凝劑的耐剪切性能和可降解性能。首先以制糖廠副產品-甘蔗渣的為原料輕度水解制備水溶性的纖維素原料；再次，選擇合適的引發(fā)體系和聚合工藝，以纖維素和丙烯酰胺為原料進行接枝共聚反應，制備出一種新型的環(huán)境友好型與可降解的纖維素改性陽離子絮凝劑產品。
本項目獲得資助情況：廣東省高新技術產業(yè)化項目-工業(yè)攻關《甘蔗渣制備細菌纖維素改性陽離子絮凝劑的關鍵技術研究》，項目編號：2013B010403020，2013.07.01~2015.06.30
江蘇省科技支撐計劃項目（工業(yè)部分）《改性凹凸棒土與纖維素共聚制備環(huán)境友好型絮凝劑的關鍵技術研究及中試示范》，項目編號：BE2013083，2013.4~2016.4

    無機絮凝劑由于具有腐蝕性，使用時受pH值變化影響較大，生成的絮體易碎、處理后的水中仍含有較高濃度的金屬離子，同時產生大量的含金屬污泥，需要進一步的復雜處理步驟，其應用受到一定的限制。目前研究和應用得較多的是合成有機高分子聚丙烯酰胺類絮凝劑，已經有不同種類的聚丙烯酰胺絮凝劑產品實現工業(yè)化生產。然而，干態(tài)聚丙烯酰胺及其衍生物溶解速度慢、存在篩余物，且聚丙烯酰胺類絮凝劑在使用過程中配制成水溶液后極不穩(wěn)定，存放時間短、超過48h便失去絮凝或混凝性能。
天然高分子絮凝劑原料來源豐富，價格低廉，選擇性大，投放量小，安全無毒，可以完全生物降解，無二次污染，不受pH 值變化影響。從性能上來看，天然高分子絮凝劑的功能比較單一，難以滿足復雜條件下污水處理的需要，特別是對溶解性雜質如有機污染物，這些傳統(tǒng)的絮凝劑處理效果很不理想，因此有必要對天然高分子絮凝劑進行改性處理。另一方面，從原料來源上來說，淀粉和殼聚糖作為原料存在“與人爭糧”的問題。因此，來源廣泛、儲量豐富、可再生的纖維素是制備天然高分子絮凝劑的理想原料之一。
此外，目前無機和有機高分子絮凝劑的復配使用，僅僅是將無機絮凝劑和有機高分子絮凝劑通過物理混合進行復配，這些復配物并沒有實現真正意義上通過化學反應實現分子級別的復合，而真正將無機材料和有機材料利用化學反應進行共聚反應制備共聚物絮凝劑的報道很少。因此，本成果創(chuàng)新性地提出纖維素和丙烯酰胺共聚制備出一種纖維素基環(huán)境友好型與可降解的高分子絮凝劑。與傳統(tǒng)產品相比，本成果具有以下創(chuàng)新性：
利用甘蔗渣為原料通過高效水解制備高反應活性和可及度的纖維素原料；以可再生的纖維素為原料合成絮凝效果優(yōu)良的環(huán)境友好型和可降解的纖維素基陽離子絮凝劑，綠色環(huán)保；
得到的絮凝劑產品可以聚合原液形式貯存，合成過程中不需干燥環(huán)節(jié)、無生產性污水，應用過程溶解速度快，無篩余物并可節(jié)約生產性用水，呈現清潔生產特征。

    本成果的生產工藝是由本單位經過上千次反復實驗獲得，技術上簡單復制的難度較大。
本成果的相關技術內容已經獲得了國家發(fā)明專利授權，技術內容具有獨占性。具體專利如下：
1.原位發(fā)酵制備細菌纖維素的方法，ZL201510391158.0
2.細菌纖維素均相制備陽離子絮凝劑的制備方法，ZL201510241441.5
3.凹凸棒土改性制備纖維素陽離子絮凝劑的方法，ZL201310075390.4
4.一種通過溶解再生處理秸稈的方法，申請?zhí)?01510647620.9

    本項目所用原材料甘蔗渣、秸稈等可再生，成本低廉，所得到的產物為可降解的環(huán)境友好型的高分子材料，其市場潛力巨大，大大提高了可再生資源的高附加值利用，有利于促進地方農業(yè)經濟發(fā)展。本項目制備的共聚物絮凝劑的成本遠低于聚丙烯酰胺，具備了工業(yè)化的條件和競爭的能力。因此，本項目的實施可以創(chuàng)造巨大的經濟效益。

    本項目的技術來源于中國科學院廣州能源研究所。中國科學院廣州能源研究所擁有項目產品直接相關的發(fā)明專利多項，且已經完成了1000噸/年的中試放大實驗研究，項目的工藝路線均通過有效驗證，產品也經過多家客戶試用，達到的預期的目標。項目組從事生物基高分子產品開發(fā)十余年，具有豐富的技術儲備。項目組成員的平均年齡不到35歲，均為碩士研究生以上學歷，是一支朝氣蓬勃，富有創(chuàng)新力的團隊，為項目的進一步研究奠定了堅實的基礎。

    本項目主要開發(fā)一種可用于污水處理的環(huán)境友好型高效絮凝劑，可用于工業(yè)、農業(yè)及城市生活用水的凈化處理。目前，傳統(tǒng)的絮凝劑產品主要有無機絮凝劑和有機絮凝劑。無機絮凝劑如聚合氯化鋁鐵、聚合氯化鐵等產品，這些產品存在用量較大，絮凝效果欠佳，易造成二次污染等缺點，已經不能滿足日益嚴格的環(huán)境標準。有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺類絮凝劑。近年來，在傳統(tǒng)的絮凝劑基礎上，開展了復合型絮凝劑的研究。復合型無機高分子絮凝劑是在無機高分子絮凝劑中添加或引入Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等陽離子或SiO32-、SO42-、Cl-、PO43-等陰離子的1 種或幾種，從而制得高電荷密度的各類復合無機高分子絮凝劑。如聚合硫酸氯化鋁（PACS）、聚合硅酸氯化鋁（PASiC）和聚合硅酸硫酸鋁（PASiS）等聚鋁鹽無機高分子復合絮凝劑、聚鐵鹽無機高分子復合絮凝劑和聚鋁鐵鹽無機高分子復合絮凝劑。但是，這些產品還是存在用量較大，廢物處理困難等問題。
國內外在復合型有機高分子絮凝劑的研究也作了大量的工作。主要側重于將人工合成高分子有機物與天然有機物復合而成的復合型有機高分子絮凝劑，如淀粉、殼聚糖改性聚丙烯酰胺等。但是由于淀粉、殼聚糖等存在與人爭糧的問題，其大規(guī)模應用也受到一定的限制。因此，纖維素是合成天然高分子絮凝劑的一類理想的原料。本項目以可再生的甘蔗渣為原料，通過水解制備纖維素，然后利用化學合成纖維素改性陽離子絮凝劑，具有較好的應用前景。

    據原環(huán)保部發(fā)布的2015中國生態(tài)環(huán)境狀況公報顯示，全國累計排放廢水高達735.3億噸，按照一般投加量（4×10-5-6×10-6），共消耗絮凝劑約為40-300萬噸。我國市場上的單一絮凝劑主要有四大類:（1）無機低分子絮凝劑，如鋁鹽(硫酸鋁、氯化鋁，明礬)、鐵鹽（氯化鐵，硫酸鐵）等；（2）無機高分子絮凝劑，如聚合氯化鋁，聚合硫酸鋁，聚合硫酸鐵，聚合磷酸鋁，聚合磷酸鐵，聚合硅酸等。（3）天然高分子絮凝劑，如殼聚糖、改性淀粉等；（4）合成有機高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺（PAM）、聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）、二甲基二烯丙基氯化銨-丙烯酰胺共聚物等。其中最常見的絮凝劑是聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、硫酸鋁和聚丙烯酰胺。據調查，2015年僅山東省絮凝劑用量為42萬噸，其中使用最多的是鋁系絮凝劑，約占總量的65.3%，其次是鐵系絮凝劑，約占18.2%。目前，市場上銷售的無機絮凝劑主要以聚合氯化鋁鐵、聚合氯化鐵等產品為主。然而，無機絮凝劑產品存在用量較大、絮凝效果欠佳、絮體處理困難，易造成二次污染等缺點，已經不能滿足日益嚴格的環(huán)境標準。
目前國內用量最大的有機絮凝劑為聚丙烯酰胺（PAM）。如以法國愛森為代表的外資或中外合資企業(yè)生產的聚丙烯酰胺（市場份額約占6%-8%）以及國內以江蘇無錫鳳民科技環(huán)保有限公司等為代表的聚丙烯酰胺產品（市場份額約占22%-25%）。以目前34.7%的市場份額來計算，我國每年需要52-70萬噸的絮凝劑產品。然而，聚丙烯酰胺的原料主要是來自于石油的丙烯酰胺。然而，隨著石油的短缺和化工原料價格的飛速上漲，丙烯酰胺的價格將不斷上漲，目前，丙烯酰胺的價格已經超過20000元/噸。從長遠上來看，石油基化工產品不符合國家可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，開發(fā)新的高性能絮凝劑的低成本原料，具有廣闊的市場需求和發(fā)展前景。
隨著我國經濟的高速發(fā)展及對環(huán)境保護的日益重視，無論是工業(yè)污水還是生活污水，其排放總量和需處理量不斷增加，絮凝劑市場十分巨大，具有很好的發(fā)展空間。目前，作為一個新行業(yè)，我國的絮凝劑行業(yè)目前屬于典型的零散型行業(yè)。有許多企業(yè)在參與競爭，但沒有任何企業(yè)占有顯著的市場份額，也沒有任何一個或幾個企業(yè)對行業(yè)的發(fā)展具有重大的影響。對絮凝劑行業(yè)來說, 目前是一個非常難得的戰(zhàn)略機會。

    本成果的供應商和客戶主要為企業(yè)，通過購銷關系可以形成穩(wěn)定的合作關系，實現多方共贏。本項目所需的原料等可就近于化工市場采購。生物質可就近向農民收購廢棄秸稈，然后粉碎，干燥即可使用。

    本成果主要面向企業(yè)客戶，目標市場主要為市政污水；洗煤廢水；印染廢水；油田廢水；水體凈化和泥水分離等。這些市場均為成熟的市場，通過產品試用等手段可以有效的打開銷售渠道。
目前，合成高分子絮凝劑用量最多的為聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的合成原料為丙烯酰胺，其中江西昌九是國內最大的丙烯酰胺生產廠家，其出廠價格為18500元/噸，此外進口的日本三井牌的丙烯酰胺的報價為20000元/噸左右。根據阿里巴巴的最新報價，陽離子聚丙烯酰胺（100%含量）的價格為2.5萬元/噸以上，且大部分為陰（陽）離子型的聚丙烯酰胺，雙性聚丙烯酰胺國產的相對較少。如河南鑫銘化工產品有限公司生產的兩性聚丙烯酰胺（含量90%）的價格為30000元/噸。與國產產品相比，進口的絮凝劑產品價格更為昂貴，如愛森牌兩性離子聚丙烯酰胺（FAM 4802）報價4.5萬元/噸。
本項目產品由于引入了成本低廉的生物質，生產成本可控制在20000元/噸左右，明顯低于同類型的產品，具有明顯的成本和價格優(yōu)勢。