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基本信息

項(xiàng)目名稱：
基于仿酶體系的制漿造紙廢水深度處理及回用技術(shù)的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目是以Fe-CA、H2O2與木素組成的反應(yīng)體系，可認(rèn)為是一種類過氧化物酶的催化氧化反應(yīng)體系（本研究中Fe-CA仿酶體系），將仿酶體系(Fe-CA)應(yīng)用于制漿和漂白廢水的三級(jí)處理中，能使廢水中難降解、可溶性木素發(fā)生自聚或共聚而大幅度提高分子量，變成疏水性高聚物而析出，從而大幅度降低廢水中有機(jī)物含量，使廢水達(dá)到外排的標(biāo)準(zhǔn)。
詳細(xì)介紹：
所謂仿酶即模擬酶，就是從天然酶中篩選出起主導(dǎo)作用的一些化學(xué)物質(zhì)，采用化學(xué)合成的方法合成出這些化學(xué)物質(zhì)（即模擬酶）。要求化學(xué)合成出的這些模擬酶既能表現(xiàn)出酶的優(yōu)異功能，而又要比酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)具有酶的優(yōu)異功能且性能穩(wěn)定的模擬酶主要是非蛋白質(zhì)分子或分子集合體，它對(duì)底物具有識(shí)別、結(jié)合及催化作用。 本研究發(fā)現(xiàn)，仿酶催化聚合技術(shù)在廢水處理中，具有生物酶催化技術(shù)的高效性、專一性及化學(xué)反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)具有與天然酶功能相似甚至更優(yōu)越的人工酶（即仿酶）已成為當(dāng)代化學(xué)與仿生科技領(lǐng)域的重要課題之一。顯然，仿酶技術(shù)不僅兼具酶催化與化學(xué)催化兩者的優(yōu)點(diǎn)，而且是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)目標(biāo)的有效途徑。 本項(xiàng)目的中試結(jié)果表明：三級(jí)處理時(shí)，在藥品成本控制在0.64元/㎡（總成本小于1.0元/㎡）調(diào)間下，出水CODcr下降到39-53mg/L，色度也可下降到6-10倍，完全達(dá)到了達(dá)標(biāo)外排和回用水的標(biāo)準(zhǔn)。普通的物化處理不僅到不了這么低的CODcr值，在成本上也比本項(xiàng)目的仿酶法高出一倍以上。 造紙廢水經(jīng)深度處理后回用于制漿工段，紙漿得率無明顯變化，卡伯值(用于表明紙漿的木素含量（硬度）或漂白率)稍有升高，漂漿白度幾乎沒有變化，使用回用水對(duì)漿的質(zhì)量無明顯的不良影響?；赜盟c新鮮水蒸煮時(shí)紙張的撕裂度變化不大，說明采用回用水進(jìn)行蒸煮時(shí)，并不會(huì)引起大量的剝皮反應(yīng)而降低纖維的長(zhǎng)度。 造紙廢水經(jīng)深度處理后回用于制漿工段，紙漿得率無明顯變化，卡伯值(用于表明紙漿的木素含量（硬度）或漂白率)稍有升高，漂漿白度幾乎沒有變化，使用回用水對(duì)漿的質(zhì)量無明顯的不良影響。回用水與新鮮水蒸煮時(shí)紙張的撕裂度變化不大，說明采用回用水進(jìn)行蒸煮時(shí)，并不會(huì)引起大量的剝皮反應(yīng)而降低纖維的長(zhǎng)度。 深度處理后的的廢水全部回用會(huì)造成紙的各項(xiàng)性能影響也是非常小。 所以，廢水可以100%回用到制漿工段，可以80%用于抄紙工段，而且對(duì)成漿和成紙質(zhì)量無明顯影響。 總體來說，采用鐵-羧酸絡(luò)合物（Fe-AC）的仿酶處理技術(shù)不僅在處理成本上比現(xiàn)有的高級(jí)氧化和其他深度處理技術(shù)有優(yōu)勢(shì)，而且處理效果十分明顯，處理體系穩(wěn)定可靠。

作品圖片

  • 基于仿酶體系的制漿造紙廢水深度處理及回用技術(shù)的研究
  • 基于仿酶體系的制漿造紙廢水深度處理及回用技術(shù)的研究
  • 基于仿酶體系的制漿造紙廢水深度處理及回用技術(shù)的研究
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

一、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的 國(guó)家環(huán)保部自2008年8月1日起開始實(shí)施的《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3544-2008)，制漿造紙廢水如果不進(jìn)行深度處理(三級(jí)處理)，二沉池出水將達(dá)不到GB 3544-2008中污染物的排放限值。 二、主要研究思路： 1、通過研究仿酶催化聚合脫除木素機(jī)理確定最佳的工藝條件，再通過中試優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。 三、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn) 1、突破了傳統(tǒng)的催化氧化降解污染物的處理理論和方法，創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)了制漿造紙廢水中木素的仿酶催化脫氫聚合。 2、首次采用Fe2+和多元羧酸合成Fe-CA型仿木素過氧化物酶絡(luò)合物，能使制漿造紙廢液中的難降解、可溶性木素發(fā)生自聚或共聚而大幅度提高分子量，變成疏水性高聚物而析出，大幅度降低廢水中有機(jī)物含量。 3、中試和生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e-CA仿酶體系對(duì)制漿造紙廢水的深度處理效率很高，出水CODcr≤100mg/L，使廢水排放達(dá)到國(guó)家GB 3544-2008排放標(biāo)準(zhǔn)，成本僅為傳統(tǒng)方法處理成本的1/2。 四、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵 1、Fe-CA仿酶體系的制備 2、仿酶催化聚合產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)解析 3、Fe-CA仿酶體系催化聚合機(jī)理的研究 4、廢水處理工藝條件的優(yōu)化 五、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo) 1、經(jīng)過仿酶體系處理后，制漿造紙廢水的排放達(dá)到即將實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 2、仿酶體系處理成本小于現(xiàn)有或新建三級(jí)處理工藝的綜合成本，低于1元（含藥品和設(shè)備折舊費(fèi)）。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本研究發(fā)現(xiàn)，仿酶催化聚合技術(shù)在廢水處理中，具有生物酶催化技術(shù)的高效性、專一性及化學(xué)反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)具有與天然酶功能相似甚至更優(yōu)越的人工酶（即仿酶）已成為當(dāng)代化學(xué)與仿生科技領(lǐng)域的重要課題之一。顯然，仿酶技術(shù)不僅兼具酶催化與化學(xué)催化兩者的優(yōu)點(diǎn)，而且是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)目標(biāo)的有效途徑。 采用鐵-羧酸絡(luò)合物（Fe-AC）作為仿木素氧化酶的試劑，配合高效自由基發(fā)生劑-松柏醇或松柏醇葡萄糖苷，該體系能像木素過氧化物酶那樣使低分子量的可溶性木素發(fā)生脫氫聚合反應(yīng)，從而使木素的分子量大幅度上升而析出，再通過后期的絮凝處理，大幅度降低的制漿漂白過程中的污染負(fù)荷，與生物酶相比，由于其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性更好，同時(shí)也具有生物酶的效率高的特點(diǎn)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品屬于產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目《基于仿酶處理麥草化機(jī)漿生產(chǎn)工藝及高效廢水處理技術(shù)研究》的后期研究，該項(xiàng)目曾于2007年11月經(jīng)過山東省科技廳鑒定，鑒定結(jié)果為：可實(shí)現(xiàn)制漿造紙廢水的高效處理，使得制漿造紙過程中產(chǎn)生的大部分木素被分離出來，為實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)使用創(chuàng)造了條件，具有較強(qiáng)的工程適應(yīng)性。本作品是在此項(xiàng)目基礎(chǔ)上的深入研究，主要工作集中在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)機(jī)理上的研究與完善，并進(jìn)一步降低了成本。

作品所處階段

生產(chǎn)階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)入股和技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

一、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 本技術(shù)采用Fe-CA型仿木素過氧化物酶體系使制漿造紙廢水中的低分子可溶性木素發(fā)生脫氫聚合，從而使木素的分子量大幅度上升而析出，通過后續(xù)的輔助絮凝處理使得制漿造紙廢水中的65%左右的木素被縮合和降解，可使CODcr降低50-70%，色度降低80-90%。而運(yùn)行成本只有傳統(tǒng)處理方法的1/2左右。 二、作品的適應(yīng)范圍 這項(xiàng)技術(shù)主要適應(yīng)于造紙廠制漿和漂白過程中的中段廢水，具有處理設(shè)備要求不高、一次性投入小、運(yùn)行成本低、對(duì)現(xiàn)有造紙廠廢水處理設(shè)施的改造少等優(yōu)點(diǎn)。 三、市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 2010年造紙污水深度處理的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到42億元左右 2012年預(yù)計(jì)可達(dá)到突破55億元。初步預(yù)測(cè)其中40%的資金來自我們的潛在客戶。

同類課題研究水平概述

1、混凝技術(shù) 在水處理方法中，混凝法是最常用的方法之一。混凝處理方法是使廢水中的膠體在所加絮凝劑作用下，相互接觸、碰撞、脫穩(wěn)、凝集成一定粒徑的聚集體，最終借助重力作用而沉淀，以達(dá)到固液分離的目的。 2、吸附技術(shù) 吸附脫色技術(shù)是采用多孔的固體吸附劑，利用固一液相界面上的物質(zhì)傳遞，使廢水中的有色污染物轉(zhuǎn)移到固體吸附劑上，進(jìn)而從廢水中分離除去的方法。 3、膜分離技術(shù) 膜技術(shù)在常溫下進(jìn)行，耗能少、處理效率高、占地面積小，基建費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。 4、生化技術(shù) 生物法廢水處理脫色費(fèi)用低廉、運(yùn)行簡(jiǎn)單、管理便利，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于中段水的二級(jí)處理。但生化處理具有時(shí)間長(zhǎng)、白腐菌的優(yōu)勢(shì)茵群難以維持、對(duì)廢水酸性要求等缺點(diǎn)。 5、電化學(xué)技術(shù) 電化學(xué)法處理廢水具有氧化還原、凝聚和吸附等多種功能，具有無需添加化學(xué)藥品，設(shè)備體積小，占地面積少，操作簡(jiǎn)便靈活等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來研究熱點(diǎn)之一。 6、高級(jí)氧化技術(shù) (1)臭氧氧化技術(shù) 與其它處理方法比較而言，臭氧法處理成本較高，單獨(dú)利用臭氧法并不是經(jīng)濟(jì)有效的去除有機(jī)物的方法,使用臭氧法也會(huì)產(chǎn)生其它副產(chǎn)物，其中最受關(guān)注的是羰基化合物中的醛類，這些物質(zhì)具有急性毒性和慢性毒性，并具有一定的致畸、致癌、致突性。 (2)Fenton氧化技術(shù) Fenton法最佳pH值為3.0-4.0，如果pH值遠(yuǎn)大于4.0，就會(huì)出現(xiàn)氫氧化物和氧化物的沉淀，反應(yīng)速率顯著下降，但是當(dāng)pH值小于5.0時(shí)，后續(xù)生化法處理中的微生物生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制。 (3)催化濕式氧化技術(shù) 研究最多的主要有貴金屬系列、銅系列和稀土系列三大類。貴金屬系列(如以Pd、Pt為活性成分)的催化劑活性高、壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)，但是價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到限制。 (4)光催化氧化技術(shù) 光催化氧化技術(shù)是在光化學(xué)氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以n型半導(dǎo)體為催化劑，當(dāng)有能量大于禁帶寬度的紫外光照射半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體的價(jià)帶電子就會(huì)吸收光能后被激發(fā)到導(dǎo)帶上，產(chǎn)生活性電子和帶電荷的空穴，從而形成氧化-還原體系，該技術(shù)能有效地破壞許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的生物難降解污染物。 7、組合技術(shù) 近年來，組合技術(shù)的研究發(fā)展迅速，最常用的就是生物處理與物化處理技術(shù)聯(lián)用，該組合技術(shù)可以在保證處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)前提下降低運(yùn)行成本，減少處理費(fèi)用。
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