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    廢水中常常含有自然沉降法不能去除的細(xì)微懸浮物和膠體污染物，對(duì)于這類(lèi)廢水必須首先投加化學(xué)藥劑來(lái)破壞膠體和細(xì)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(guò)程包括膠體的脫穩(wěn)、顆粒的遷移和聚集、微絮顆粒通過(guò)吸附、卷帶和橋連而形成更大的絮凝體的過(guò)程。
投加的藥劑有無(wú)機(jī)多價(jià)金屬鹽類(lèi)和有機(jī)高分子聚合物兩大類(lèi)。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(wú)機(jī)絮凝劑具有腐蝕性，使用時(shí)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(shí)產(chǎn)生大量的含金屬污泥，需要進(jìn)一步的復(fù)雜處理步驟。有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少、pH適用范圍廣，受鹽類(lèi)及環(huán)境條件影響小，污泥量少，處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。然而，有機(jī)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(duì)上述問(wèn)題，本產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，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(yáng)離子絮凝劑產(chǎn)品。
本項(xiàng)目獲得資助情況：廣東省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目-工業(yè)攻關(guān)《甘蔗渣制備細(xì)菌纖維素改性陽(yáng)離子絮凝劑的關(guān)鍵技術(shù)研究》，項(xiàng)目編號(hào)：2013B010403020，2013.07.01~2015.06.30
江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)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(guān)鍵技術(shù)研究及中試示范》，項(xiàng)目編號(hào)：BE2013083，2013.4~2016.4

    無(wú)機(jī)絮凝劑由于具有腐蝕性，使用時(shí)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(shí)產(chǎn)生大量的含金屬污泥，需要進(jìn)一步的復(fù)雜處理步驟，其應(yīng)用受到一定的限制。目前研究和應(yīng)用得較多的是合成有機(jī)高分子聚丙烯酰胺類(lèi)絮凝劑，已經(jīng)有不同種類(lèi)的聚丙烯酰胺絮凝劑產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。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(lèi)絮凝劑在使用過(guò)程中配制成水溶液后極不穩(wěn)定，存放時(shí)間短、超過(guò)48h便失去絮凝或混凝性能。
天然高分子絮凝劑原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，選擇性大，投放量小，安全無(wú)毒，可以完全生物降解，無(wú)二次污染，不受pH 值變化影響。從性能上來(lái)看，天然高分子絮凝劑的功能比較單一，難以滿(mǎn)足復(fù)雜條件下污水處理的需要，特別是對(duì)溶解性雜質(zhì)如有機(jī)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(duì)天然高分子絮凝劑進(jìn)行改性處理。另一方面，從原料來(lái)源上來(lái)說(shuō)，淀粉和殼聚糖作為原料存在“與人爭(zhēng)糧”的問(wèn)題。因此，來(lái)源廣泛、儲(chǔ)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(wú)機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑的復(fù)配使用，僅僅是將無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑通過(guò)物理混合進(jìn)行復(fù)配，這些復(fù)配物并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)分子級(jí)別的復(fù)合，而真正將無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行共聚反應(yīng)制備共聚物絮凝劑的報(bào)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(chǎn)品相比，本成果具有以下創(chuàng)新性：
利用甘蔗渣為原料通過(guò)高效水解制備高反應(yīng)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(yáng)離子絮凝劑，綠色環(huán)保；
得到的絮凝劑產(chǎn)品可以聚合原液形式貯存，合成過(guò)程中不需干燥環(huán)節(jié)、無(wú)生產(chǎn)性污水，應(yīng)用過(guò)程溶解速度快，無(wú)篩余物并可節(jié)約生產(chǎn)性用水，呈現(xiàn)清潔生產(chǎn)特征。

    本成果的生產(chǎn)工藝是由本單位經(jīng)過(guò)上千次反復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得，技術(shù)上簡(jiǎn)單復(fù)制的難度較大。
本成果的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，技術(shù)內(nèi)容具有獨(dú)占性。具體專(zhuān)利如下：
1.原位發(fā)酵制備細(xì)菌纖維素的方法，ZL201510391158.0
2.細(xì)菌纖維素均相制備陽(yáng)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(yáng)離子絮凝劑的方法，ZL201310075390.4
4.一種通過(guò)溶解再生處理秸稈的方法，申請(qǐng)?zhí)?01510647620.9

    本項(xiàng)目所用原材料甘蔗渣、秸稈等可再生，成本低廉，所得到的產(chǎn)物為可降解的環(huán)境友好型的高分子材料，其市場(chǎng)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(jìn)地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本項(xiàng)目制備的共聚物絮凝劑的成本遠(yuǎn)低于聚丙烯酰胺，具備了工業(yè)化的條件和競(jìng)爭(zhēng)的能力。因此，本項(xiàng)目的實(shí)施可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

    本項(xiàng)目的技術(shù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所擁有項(xiàng)目產(chǎn)品直接相關(guān)的發(fā)明專(zhuān)利多項(xiàng)，且已經(jīng)完成了1000噸/年的中試放大實(shí)驗(yàn)研究，項(xiàng)目的工藝路線均通過(guò)有效驗(yàn)證，產(chǎn)品也經(jīng)過(guò)多家客戶(hù)試用，達(dá)到的預(yù)期的目標(biāo)。項(xiàng)目組從事生物基高分子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)十余年，具有豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。項(xiàng)目組成員的平均年齡不到35歲，均為碩士研究生以上學(xué)歷，是一支朝氣蓬勃，富有創(chuàng)新力的團(tuán)隊(duì)，為項(xiàng)目的進(jìn)一步研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    本項(xiàng)目主要開(kāi)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(nóng)業(yè)及城市生活用水的凈化處理。目前，傳統(tǒng)的絮凝劑產(chǎn)品主要有無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑。無(wú)機(jī)絮凝劑如聚合氯化鋁鐵、聚合氯化鐵等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品存在用量較大，絮凝效果欠佳，易造成二次污染等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺類(lèi)絮凝劑。近年來(lái)，在傳統(tǒng)的絮凝劑基礎(chǔ)上，開(kāi)展了復(fù)合型絮凝劑的研究。復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑是在無(wú)機(jī)高分子絮凝劑中添加或引入Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)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(lèi)復(fù)合無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑、聚鐵鹽無(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑和聚鋁鐵鹽無(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑。但是，這些產(chǎn)品還是存在用量較大，廢物處理困難等問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)外在復(fù)合型有機(jī)高分子絮凝劑的研究也作了大量的工作。主要側(cè)重于將人工合成高分子有機(jī)物與天然有機(jī)物復(fù)合而成的復(fù)合型有機(jī)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(zhēng)糧的問(wèn)題，其大規(guī)模應(yīng)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(lèi)理想的原料。本項(xiàng)目以可再生的甘蔗渣為原料，通過(guò)水解制備纖維素，然后利用化學(xué)合成纖維素改性陽(yáng)離子絮凝劑，具有較好的應(yīng)用前景。

    據(jù)原環(huán)保部發(fā)布的2015中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)顯示，全國(guó)累計(jì)排放廢水高達(dá)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(wàn)噸。我國(guó)市場(chǎng)上的單一絮凝劑主要有四大類(lèi):（1）無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(jī)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(jiàn)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(jù)調(diào)查，2015年僅山東省絮凝劑用量為42萬(wàn)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(chǎng)上銷(xiāo)售的無(wú)機(jī)絮凝劑主要以聚合氯化鋁鐵、聚合氯化鐵等產(chǎn)品為主。然而，無(wú)機(jī)絮凝劑產(chǎn)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(diǎn)，已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
目前國(guó)內(nèi)用量最大的有機(jī)絮凝劑為聚丙烯酰胺（PAM）。如以法國(guó)愛(ài)森為代表的外資或中外合資企業(yè)生產(chǎn)的聚丙烯酰胺（市場(chǎng)份額約占6%-8%）以及國(guó)內(nèi)以江蘇無(wú)錫鳳民科技環(huán)保有限公司等為代表的聚丙烯酰胺產(chǎn)品（市場(chǎng)份額約占22%-25%）。以目前34.7%的市場(chǎng)份額來(lái)計(jì)算，我國(guó)每年需要52-70萬(wàn)噸的絮凝劑產(chǎn)品。然而，聚丙烯酰胺的原料主要是來(lái)自于石油的丙烯酰胺。然而，隨著石油的短缺和化工原料價(jià)格的飛速上漲，丙烯酰胺的價(jià)格將不斷上漲，目前，丙烯酰胺的價(jià)格已經(jīng)超過(guò)20000元/噸。從長(zhǎng)遠(yuǎn)上來(lái)看，石油基化工產(chǎn)品不符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，開(kāi)發(fā)新的高性能絮凝劑的低成本原料，具有廣闊的市場(chǎng)需求和發(fā)展前景。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，無(wú)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(chǎng)十分巨大，具有很好的發(fā)展空間。目前，作為一個(gè)新行業(yè)，我國(guó)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(jìng)爭(zhēng)，但沒(méi)有任何企業(yè)占有顯著的市場(chǎng)份額，也沒(méi)有任何一個(gè)或幾個(gè)企業(yè)對(duì)行業(yè)的發(fā)展具有重大的影響。對(duì)絮凝劑行業(yè)來(lái)說(shuō), 目前是一個(gè)非常難得的戰(zhàn)略機(jī)會(huì)。

    本成果的供應(yīng)商和客戶(hù)主要為企業(yè)，通過(guò)購(gòu)銷(xiāo)關(guān)系可以形成穩(wěn)定的合作關(guān)系，實(shí)現(xiàn)多方共贏。本項(xiàng)目所需的原料等可就近于化工市場(chǎng)采購(gòu)。生物質(zhì)可就近向農(nóng)民收購(gòu)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(hù)，目標(biāo)市場(chǎng)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(chǎng)均為成熟的市場(chǎng)，通過(guò)產(chǎn)品試用等手段可以有效的打開(kāi)銷(xiāo)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(guó)內(nèi)最大的丙烯酰胺生產(chǎn)廠家，其出廠價(jià)格為18500元/噸，此外進(jìn)口的日本三井牌的丙烯酰胺的報(bào)價(jià)為20000元/噸左右。根據(jù)阿里巴巴的最新報(bào)價(jià)，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（100%含量）的價(jià)格為2.5萬(wàn)元/噸以上，且大部分為陰（陽(yáng)）離子型的聚丙烯酰胺，雙性聚丙烯酰胺國(guó)產(chǎn)的相對(duì)較少。如河南鑫銘化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的兩性聚丙烯酰胺（含量90%）的價(jià)格為30000元/噸。與國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品相比，進(jìn)口的絮凝劑產(chǎn)品價(jià)格更為昂貴，如愛(ài)森牌兩性離子聚丙烯酰胺（FAM 4802）報(bào)價(jià)4.5萬(wàn)元/噸。
本項(xiàng)目產(chǎn)品由于引入了成本低廉的生物質(zhì)，生產(chǎn)成本可控制在20000元/噸左右，明顯低于同類(lèi)型的產(chǎn)品，具有明顯的成本和價(jià)格優(yōu)勢(shì)。