基本信息
- 項目名稱：
- 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
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目是以Fe-CA、H2O2與木素組成的反應體系，可認為是一種類過氧化物酶的催化氧化反應體系（本研究中Fe-CA仿酶體系），將仿酶體系(Fe-CA)應用于制漿和漂白廢水的三級處理中，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物含量，使廢水達到外排的標準。
- 詳細介紹：
- 所謂仿酶即模擬酶，就是從天然酶中篩選出起主導作用的一些化學物質(zhì)，采用化學合成的方法合成出這些化學物質(zhì)（即模擬酶）。要求化學合成出的這些模擬酶既能表現(xiàn)出酶的優(yōu)異功能，而又要比酶的化學結(jié)構(gòu)簡單且性能穩(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，它對底物具有識別、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、專一性及化學反應條件溫和等優(yōu)點。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）已成為當代化學與仿生科技領(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催化兩者的優(yōu)點，而且是實現(xiàn)綠色化學目標的有效途徑。 本項目的中試結(jié)果表明：三級處理時，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，完全達到了達標外排和回用水的標準。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，使用回用水對漿的質(zhì)量無明顯的不良影響?；赜盟c新鮮水蒸煮時紙張的撕裂度變化不大，說明采用回用水進行蒸煮時，并不會引起大量的剝皮反應而降低纖維的長度。 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，使用回用水對漿的質(zhì)量無明顯的不良影響?；赜盟c新鮮水蒸煮時紙張的撕裂度變化不大，說明采用回用水進行蒸煮時，并不會引起大量的剝皮反應而降低纖維的長度。 深度處理后的的廢水全部回用會造成紙的各項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，而且對成漿和成紙質(zhì)量無明顯影響。 總體來說，采用鐵-羧酸絡合物（Fe-AC）的仿酶處理技術(shù)不僅在處理成本上比現(xiàn)有的高級氧化和其他深度處理技術(shù)有優(yōu)勢，而且處理效果十分明顯，處理體系穩(wěn)定可靠。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 一、作品設(shè)計、發(fā)明的目的 國家環(huán)保部自2008年8月1日起開始實施的《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》(GB 3544-2008)，制漿造紙廢水如果不進行深度處理(三級處理)，二沉池出水將達不到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理確定最佳的工藝條件，再通過中試優(yōu)化實驗方案。 三、作品設(shè)計、發(fā)明的創(chuàng)新點 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物含量。 3、中試和生產(chǎn)應用結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e-CA仿酶體系對制漿造紙廢水的深度處理效率很高，出水CODcr≤100mg/L，使廢水排放達到國家GB 3544-2008排放標準，成本僅為傳統(tǒng)方法處理成本的1/2。 四、作品設(shè)計、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)物的化學結(jié)構(gòu)解析 3、Fe-CA仿酶體系催化聚合機理的研究 4、廢水處理工藝條件的優(yōu)化 五、作品設(shè)計、發(fā)明的主要技術(shù)指標 1、經(jīng)過仿酶體系處理后，制漿造紙廢水的排放達到即將實施的國家標準 2、仿酶體系處理成本小于現(xiàn)有或新建三級處理工藝的綜合成本，低于1元（含藥品和設(shè)備折舊費）。
科學性、先進性
- 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、專一性及化學反應條件溫和等優(yōu)點。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）已成為當代化學與仿生科技領(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催化兩者的優(yōu)點，而且是實現(xiàn)綠色化學目標的有效途徑。 采用鐵-羧酸絡合物（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，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荷，與生物酶相比，由于其結(jié)構(gòu)更加簡單，穩(wěn)定性更好，同時也具有生物酶的效率高的特點。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品屬于產(chǎn)學研項目《基于仿酶處理麥草化機漿生產(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，為實現(xiàn)廢水的循環(huán)使用創(chuàng)造了條件，具有較強的工程適應性。本作品是在此項目基礎(chǔ)上的深入研究，主要工作集中在對這項技術(shù)機理上的研究與完善，并進一步降低了成本。
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
- 實物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 一、技術(shù)特點和優(yōu)勢 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%。而運行成本只有傳統(tǒng)處理方法的1/2左右。 二、作品的適應范圍 這項技術(shù)主要適應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、運行成本低、對現(xiàn)有造紙廠廢水處理設(shè)施的改造少等優(yōu)點。 三、市場分析和經(jīng)濟效益預測 2010年造紙污水深度處理的市場規(guī)?？蛇_到42億元左右 2012年預計可達到突破55億元。初步預測其中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)在常溫下進行，耗能少、處理效率高、占地面積小，基建費用低、運行管理簡單。 4、生化技術(shù) 生物法廢水處理脫色費用低廉、運行簡單、管理便利，現(xiàn)在被廣泛應用于中段水的二級處理。但生化處理具有時間長、白腐菌的優(yōu)勢茵群難以維持、對廢水酸性要求等缺點。 5、電化學技術(shù) 電化學法處理廢水具有氧化還原、凝聚和吸附等多種功能，具有無需添加化學藥品，設(shè)備體積小，占地面積少，操作簡便靈活等優(yōu)點，成為近年來研究熱點之一。 6、高級氧化技術(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，單獨利用臭氧法并不是經(jīng)濟有效的去除有機物的方法,使用臭氧法也會產(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值遠大于4.0，就會出現(xiàn)氫氧化物和氧化物的沉淀，反應速率顯著下降，但是當pH值小于5.0時，后續(xù)生化法處理中的微生物生長就會受到抑制。 (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、適應性強，但是價格昂貴，應用受到限制。 (4)光催化氧化技術(shù) 光催化氧化技術(shù)是在光化學氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以n型半導體為催化劑，當有能量大于禁帶寬度的紫外光照射半導體時，半導體的價帶電子就會吸收光能后被激發(fā)到導帶上，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)達標前提下降低運行成本，減少處理費用。
