重金屬?gòu)U水處理難題是怎樣破解的
昆山工業(yè)技術(shù)研究院華科生物高分子材料研究所用生物技術(shù)打開節(jié)能減排、廢水治理新路。采用該技術(shù)的重金屬去除率大于99.5％；生物絮凝劑對(duì)環(huán)境友好，能完全水解；中水回用率達(dá)70％。目前，已達(dá)到日產(chǎn)生物捕捉劑1.2噸、日處理重金屬?gòu)U水6000噸的水平———
官產(chǎn)學(xué)研結(jié)合解決重金屬?gòu)U水處理難題
昆山，中國(guó)經(jīng)濟(jì)百?gòu)?qiáng)縣之首。這里生產(chǎn)的筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)，占全世界產(chǎn)量的三分之一以上。
IT工業(yè)、電子工業(yè)、電鍍工業(yè)等現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展，不可避免地產(chǎn)生了大量的重金屬?gòu)U水，給政府和企業(yè)出了一道環(huán)保難題。
資料顯示，我國(guó)每年產(chǎn)生400億噸左右的工業(yè)廢水，其中重金屬?gòu)U水約占60％。節(jié)能減排、污水治理任務(wù)十分艱巨。
傳統(tǒng)的治理方法包括沉淀法、吸附法、膜分離法等，這些方法或成本高，或投資大，或產(chǎn)生二次污染，存在諸多不好解決的瓶頸。
近年來，昆山市委、市政府高度重視節(jié)能減排、廢水治理這件大事，他們制定相關(guān)政策，鼓勵(lì)自主創(chuàng)新，推動(dòng)官產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，強(qiáng)調(diào)從企業(yè)的緊迫需求出發(fā)解決實(shí)際問題。今年3月，該市專門成立了昆山工業(yè)技術(shù)研究院（籌），市委書記張國(guó)華擔(dān)任工研院建設(shè)工作領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)。工研院采取“政府主導(dǎo)、市場(chǎng)運(yùn)作”模式，與企業(yè)、國(guó)內(nèi)外高校、科研院所廣泛合作，推動(dòng)自主研發(fā)、科技成果轉(zhuǎn)化和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)昆山的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)從“昆山制造”向“昆山創(chuàng)造、昆山服務(wù)”轉(zhuǎn)變。
還在2006年7月，昆山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會(huì)就把高？蒲谐晒M(jìn)昆山進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，由此，昆山華科生物高分子材料研究所應(yīng)運(yùn)而生。該所由華東師范大學(xué)、昆山科新環(huán)境生物工程有限公司等三方共同出資組建，落戶于江蘇省昆山留學(xué)人員創(chuàng)業(yè)園。
昆山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會(huì)顧劍玉主任作出批示：在地理位置十分優(yōu)越的滬寧高速出口處，劃出10000平方米土地，為華科所的科研項(xiàng)目量身定造，建設(shè)了3000多平方米的專用科研大樓，這樣的大手筆，在縣級(jí)市范圍內(nèi)還屬首創(chuàng)。
2008年，華科所加盟了昆山工業(yè)技術(shù)研究院。
華科所引進(jìn)的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目是“基于生物技術(shù)的工業(yè)重金屬?gòu)U水處理—中水回用系統(tǒng)”，該項(xiàng)目列入了江蘇省2008年重大計(jì)劃項(xiàng)目。其關(guān)鍵技術(shù)來源于華東師范大學(xué)生命科學(xué)院，該院在γ—聚谷氨酸制備及重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平；股東昆山科新環(huán)境生物工程有限公司擁有雄厚的工程技術(shù)人才隊(duì)伍、健全的銷售網(wǎng)絡(luò)以及在環(huán)保工程領(lǐng)域開拓市場(chǎng)積累下來的豐富經(jīng)驗(yàn)。
官、產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，成為昆山破解重金屬?gòu)U水處理難題最大的亮點(diǎn)。
2007年7月，華科所從華東師范大學(xué)引進(jìn)了黃靜博士來華科所攻讀博士后，并主持該項(xiàng)目開發(fā)和研究，同年昆山工研院華科生物高分子材料研究所申報(bào)博士后流動(dòng)站分站。
2007年6月，華科所研制的聚谷氨酸重金屬?gòu)U水處理裝置樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)室處理重金屬?gòu)U水取得良好效果。
2007年7月，第一套200升/小時(shí)的聚谷氨酸重金屬?gòu)U水處理系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)入昆山滬士電子股份有限公司試驗(yàn)，用戶試驗(yàn)報(bào)告稱“該項(xiàng)生物新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)廢水處理工藝起到了具有革命性的改變”。
2007年8月—10月，“聚谷氨酸重金屬?gòu)U水處理裝置樣機(jī)”在昆山和蘇州多家電子、IT、電鍍企業(yè)進(jìn)行了多次中試試驗(yàn)，對(duì)該類企業(yè)的鉻、銅、鎳混合廢水進(jìn)行處理，取得了“相當(dāng)好的效果”。
2008年6月，在昆山工業(yè)技術(shù)研究院統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，華科所和昆山生隆科技有限公司合作，試制了日處理200噸的聚谷氨酸重金屬?gòu)U水處理—中水回用裝置，并全程探索和確定生物廢水處理工藝和中水回用的工廠化路線，經(jīng)過三個(gè)月緊張?jiān)囼?yàn)，終于調(diào)試處理成功。9月8日，蘇州國(guó)家環(huán)保高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園中芬環(huán)境檢測(cè)中心上門現(xiàn)場(chǎng)抽檢，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)并優(yōu)于中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
據(jù)中國(guó)科學(xué)院上海科技查新咨詢中心查新檢索報(bào)告，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高分子材料γ—聚谷氨酸運(yùn)用于中水回用系統(tǒng)的研究未見有報(bào)道；“基于生物技術(shù)的工業(yè)重金屬?gòu)U水處理—中水回用系統(tǒng)”的研究與開發(fā)具有新穎性和創(chuàng)新性，該項(xiàng)目綜合技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。《一種重金屬?gòu)U水處理工藝及其裝置》已向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了專利（申請(qǐng)?zhí)?00810107048.7）。
生物技術(shù)處理金屬?gòu)U水的四大優(yōu)勢(shì)
在昆山生隆科技有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，記者看到兩座容量8噸的廢水間隙反應(yīng)器正在交替工作。經(jīng)過生物方法處理后的水質(zhì)清澈透明，處理后的水順著輸送水道流出后，紅色的景觀魚在水中自由自在地游動(dòng)。
生隆科技發(fā)展有限公司總工程師黃水長(zhǎng)告訴記者，待處理的水源主要是電鍍線的清洗水，為酸性含銅廢水。經(jīng)過生物處理法后，把景觀魚放養(yǎng)其中可以存活，澆花澆草無不良反應(yīng)，重新回入車間做一般清洗水使用，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，F(xiàn)在每天處理酸性含銅廢水100噸，70％可以回用。
華科所所長(zhǎng)郭大磊向記者詳細(xì)介紹了采用傳統(tǒng)化學(xué)高分子材料和采用生物重金屬捕捉劑處理重金屬?gòu)U水的對(duì)比情況。
他說，用傳統(tǒng)化學(xué)高分子材料處理重金屬?gòu)U水存在四個(gè)問題：
第一，需要用兩種或以上的化學(xué)材料，還要加助凝劑、混凝劑、絮凝劑，重金屬去除率最高也只能達(dá)到98%%。若處理含量在500毫克/升以上的廢水，因無法達(dá)標(biāo)排放，很多企業(yè)只能用水稀釋，以降低原水的重金屬含量，這造成水資源的極大浪費(fèi)，并增加了處理成本。
第二，由于在處理中添加兩種或兩種以上的化學(xué)材料，造成沉淀物增加，且當(dāng)中的銅離子含量少，基本無回收價(jià)值。另外，沉淀物中聚丙烯酰胺分解物丙烯酰胺為神經(jīng)毒素，會(huì)嚴(yán)重污染土壤，因此企業(yè)還必須花錢請(qǐng)專業(yè)公司做焚燒和深埋處理，以免造成對(duì)環(huán)境的污染。
第三，需將廢水的pH提高到9以上，處理完重金屬離子后，還要加硫酸，將廢水的pH調(diào)回到7。
第四，采用多種化學(xué)制劑，造成廢水COD（化學(xué)耗氧量）增加5—8倍，企業(yè)要在后道增加多級(jí)生化暴氣池來降解COD，不僅占地大，還要投入巨額運(yùn)作成本。
相比之下，用21世紀(jì)生物重金屬捕捉劑處理重金屬?gòu)U水，具有四個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)：
第一，在重金屬?gòu)U水預(yù)處理時(shí)，pH值只要調(diào)至6.5—7.5。重金屬?gòu)U水處理后，水的pH一般為中性，廢水排放前則無需再調(diào)pH值。
第二，生物捕捉劑的添加量少，一般只需0.2‰，但重金屬去除率可達(dá)99.5%以上，一般無需添加助凝劑。污泥量少，且銅的含量高。污泥中銅的含量大于5%%，可將重金屬資源回收利用，為企業(yè)節(jié)約處理成本。
第三，生物捕捉劑采用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)，是新型的綠色環(huán)保生物高分子材料，它可生物降解，對(duì)人和環(huán)境無毒無害，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
第四，用生物捕捉劑處理后，廢水可達(dá)標(biāo)排放，無需稀釋，可省50—100倍的稀釋水，真正達(dá)到節(jié)能減排的目的。且COD的量一般不會(huì)很高，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的生物（水必清）處理即可，可節(jié)省50%%的生物處理費(fèi)用和場(chǎng)地。
郭大磊說，采用生物高分子材料處理重金屬?gòu)U水，1噸水用200克生物高分子材料（生物捕捉劑）就行了；且生物絮凝劑無毒無害且對(duì)環(huán)境友好，能完全水解；中水回用率達(dá)70％；處理成本小于每噸3元，捕捉到的銅泥還可作為生產(chǎn)銅的原料。目前我們已經(jīng)達(dá)到了日產(chǎn)生物捕捉劑1.2噸、日處理重金屬?gòu)U水6000噸的水平。
工廠化生產(chǎn)瓶頸是怎樣突破的
現(xiàn)在科研成果很多，但是很多成果沒有辦法產(chǎn)業(yè)化，只好扔在那里睡大覺。例如，抗菌肽可以替代化學(xué)消毒劑、殺菌劑，就是成本高，用不起。聚谷氨酸也是這樣，屬于生物高分子材料替代化學(xué)高分子材料，能夠給重金屬?gòu)U水處理帶來革命性變化，就是成本下不來。那么華科所的生產(chǎn)成本是怎樣降下來的？在工廠化生產(chǎn)實(shí)踐中，工藝上的瓶頸是怎樣突破的？
郭大磊所長(zhǎng)認(rèn)為，有兩個(gè)重要因素，是決定這項(xiàng)科研成果轉(zhuǎn)化成功的關(guān)鍵。
第一，華東師范大學(xué)生命科學(xué)院博士生導(dǎo)師吳自榮教授做出了非常重要的貢獻(xiàn)。他是國(guó)內(nèi)添加生物誘導(dǎo)劑聚谷氨酸發(fā)酵技術(shù)的佼佼者，從20世紀(jì)80年代就開始這方面的研究，有多年的沉淀。吳自榮教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展了大量的基礎(chǔ)性工作，又合作組建了昆山工研院華科所，提供了生物菌種的產(chǎn)業(yè)化路線等基本技術(shù)。正是這個(gè)團(tuán)隊(duì)十幾年來的潛心研究，克服了很多困難，突破了技術(shù)瓶頸，縮短了工業(yè)化的進(jìn)程。
第二，昆山科新環(huán)境生物工程有限公司擁有一批對(duì)微生物工程和發(fā)酵工藝相當(dāng)熟悉的工程技術(shù)人員，他們有理論和實(shí)踐，能夠解決產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中的工藝問題。他們找到了這項(xiàng)研究的突破點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)。
一個(gè)顯而易見的事實(shí)是：菌種在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)酵是一回事，在工廠里生產(chǎn)又是一回事。例如，在實(shí)驗(yàn)室，最佳搖瓶發(fā)酵條件比較容易確定，但工業(yè)化擴(kuò)大生產(chǎn)用，所用的原料不用可能與實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)的材料相同，你在玻璃容器里的配方可以做到很精細(xì)，大工業(yè)就不行。生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的情況和問題，要靠有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員解決，一般的大學(xué)和研究所不容易做到。
生產(chǎn)原料、發(fā)酵周期和產(chǎn)酸量是這項(xiàng)研究的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)室研究聚谷氨酸的發(fā)酵過程，往往注重研究聚谷氨酸微生物合成的代謝途徑及調(diào)控機(jī)制等內(nèi)容。發(fā)酵原料一般為牛肉膏、蛋白胨，甚至采用進(jìn)口原料，而這些原料無法用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。華科所以降低發(fā)酵，提高發(fā)酵產(chǎn)量為目的，對(duì)聚谷氨酸發(fā)酵過程的營(yíng)養(yǎng)因子及環(huán)境因素進(jìn)行發(fā)酵條件優(yōu)化及工藝放大。采用科學(xué)的優(yōu)化方法及計(jì)算機(jī)模擬化法，突破了發(fā)酵原料昂貴的瓶頸。實(shí)現(xiàn)了以來源廣泛、價(jià)格低廉的農(nóng)副產(chǎn)品或食品加工下腳料代替了昂貴的牛肉膏、蛋白胨等，實(shí)現(xiàn)了聚谷氨酸工業(yè)生產(chǎn)的必要條件。
按照文獻(xiàn)記載，聚谷氨酸的發(fā)酵周期是48小時(shí)—72小時(shí)。產(chǎn)酸量最高為30克/ 升，華科所在實(shí)踐中，加入了很少的催化劑，就像鹵水點(diǎn)豆腐一樣，20多個(gè)小時(shí)就產(chǎn)酸了。產(chǎn)酸量遠(yuǎn)大于目前文獻(xiàn)記載的最高值，發(fā)酵周期小于24小時(shí)，液體聚谷氨酸產(chǎn)量就可以達(dá)到噸級(jí)。這項(xiàng)技術(shù)突破之后，特別是大大縮短了發(fā)酵周期，降低了能源消耗和人工成本。在這里面，核心技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。而這樣的關(guān)鍵技術(shù)的突破，是有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員解決的。
產(chǎn)酸不高，產(chǎn)量不穩(wěn)，是又一個(gè)難題。也是技術(shù)工人點(diǎn)破的。他們起到了關(guān)鍵作用。調(diào)水，ph值變化了，問題解決了。這些東西書本上講不到。在國(guó)外，因聚谷氨酸具有高吸水性，一般都用于高檔生物化妝品中的保濕因子，涂在臉上很濕潤(rùn)。這個(gè)產(chǎn)品很貴，工業(yè)上用不起。我們突破了30克和產(chǎn)酸周期兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，產(chǎn)酸量提高了，生產(chǎn)周期縮短了，成本降低了，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，就能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化了。
生物技術(shù)治理工業(yè)廢水前景廣闊
近年來，華科所充分發(fā)揮其在生物領(lǐng)域中的研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與境內(nèi)外多家企業(yè)和機(jī)構(gòu)合作，在多項(xiàng)工業(yè)廢水治理廣泛引用生物技術(shù)，并取得較好的成果：
雷貝斯托是歐洲最大的離合器摩擦片材料的獨(dú)立生產(chǎn)商。2008年夏天，華科所與雷貝斯托設(shè)在蘇州高新區(qū)企業(yè)100％全資子公司“雷貝斯托摩擦產(chǎn)品（蘇州）有限公司”合作，在該公司新建成的生物水洗塔采用華科所開發(fā)的復(fù)合型脫硫微生物制劑處理含有硫化物的工業(yè)廢氣，實(shí)現(xiàn)了快速脫去氣體中的硫化物。 2010年國(guó)家實(shí)施要求全國(guó)橡膠行業(yè)自凈工業(yè)廢氣，而華科所開發(fā)的高效生物法脫硫技術(shù)為橡膠行業(yè)廢氣處理提供新技術(shù)支持，從而促進(jìn)橡膠行業(yè)的發(fā)展及環(huán)境保護(hù)。
今年與臺(tái)灣長(zhǎng)江龍環(huán)境工程有限公司合作，在浙江雅戈?duì)柸罩屑徔椨∪居邢薰臼褂眉{豆菌系列產(chǎn)品，對(duì)紡織印染行業(yè)的有機(jī)染料廢水脫色、COD降解做了深度試驗(yàn)，并獲得成功。其間與國(guó)內(nèi)外多種相同產(chǎn)品做平行對(duì)照試驗(yàn)，以12小時(shí)為一個(gè)處理周期，華科所提供的生物產(chǎn)品無論是從效果和性價(jià)比都是最優(yōu)的。
近期，華科所與外商投資企業(yè)東莞力德節(jié)能科技有限公司合作，在江蘇蘇州順惠有色金屬制品有限公司，對(duì)高濃度COD重金屬?gòu)U水，率先使用全套（水必清）生物處理法，解決了用化學(xué)處理法難以處理的高濃度COD廢水，在24小時(shí)內(nèi)將COD從大于1000毫克/升降至100毫克/升以下，同時(shí)還延長(zhǎng)了處理系統(tǒng)中的生物膜的使用壽命，處理成本也大大降低。
廣東佛山市三水區(qū)大塘工業(yè)區(qū)廢水處理廠同樣使用了上述生物處理技術(shù)，在不添加設(shè)備和增加場(chǎng)地的情況下，使廢水處理廠的處理能力得以提高，處理廢水的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
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