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“功能化三维聚合物类水处理药剂的创新设计与工程应用”获上海市技术发明一等奖

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成果已广泛应用于40多个国家

近日,上海市2018年度科学技术奖励大会举行,我校李风亭教授团队的“功能化三维聚合物类水处理药剂的创新设计与工程应用”获技术发明一等奖。“为工业循环水、饮用水和工业污水处理,尤其是焦化废水达标应用或排放提供了技术保障,达到国际先进水平。”鉴定专家表示。

水处理药剂是工业用水、生活用水、废水处理工程中所需的化学药剂,在环境污染治理和缓解水资源矛盾中发挥着重要而又独特的作用,是保障水质安全的有效途径之一。在工业循环水处理中,能控制水垢、污泥的形成,减少泡沫,减少与水接触材料的腐蚀;在饮用水和污水处理中,可以去除水中悬浮固体和有毒物质,除臭、脱色,软化和稳定水质等。常用的水处理药剂包括阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、清洗剂、分散剂、预膜剂、消泡剂、絮凝剂等。

近年来,国家环保力度不断加大,钢铁、电镀等行业的重金属废水开始实施更严格的排放标准;重污染的焦化废水执行严格的污染物排放标准(GB16171-2012),并对单位产品排水量设置了更严格的要求,切断了稀释排放的路径;同时工业用水指标不断下调,国务院印发的《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)提出,“到2020年,万元GDP用水量、万元工业增加值用水量比2013年分别下降35%、30%以上”。

李风亭介绍,在工业循环水处理中,污垢分散效率的提升,是工业水处理的一个关键难题。常规工业污水水处理方法,在去除氰酚致癌物、多环芳烃等难降解有机物等方面,效率亟待提高。随着排放标准及工业用水指标的提高,如何高效、低化、清洁地深入处理水中污染物,是目前保障水质安全及节约用水所面临的严峻挑战。李风亭说,传统的水处理药剂一般多为小分子、线性聚合物,小分子吸附效力低,而线性聚合物在酸性、浓缩等条件下容易发生卷曲,性能会大幅度降低。

十多年来,李风亭带领的团队在科技部国际科技合作专项及上海市政府间国际科技合作计划等项目支持下,跳出传统水处理剂的小分子、线性聚合物的结构局限,引入三维空间聚合物,研发出功能化三维聚合物类水处理药剂,取得了一系列创新性成果,其中包括“三维端胺基树枝状聚合物联用三维网状结构聚合氯化铝/聚硅硫酸铁”的新型三维聚合物类絮凝剂。该絮凝剂创新性地耦合三维网状混凝剂网捕、絮凝,实现污染物的高效去除,解决了焦化废水中可溶性氰、酚、杂环类致癌物、难降解有机物等难以达标的问题。在不改变原有焦化废水主体处理工艺的条件下,仅需一组反应-沉淀处理装置,经过简单混合、搅拌,使出水稳定达标。同时在不采用反渗透膜脱盐处理的前提下,可完全循环使用,完全实现资源与能源的双重回收利用。李风亭说,该技术可实现焦化废水的资源化处理,对于排水量100m3/h焦化废水处理设施,可以减少膜处理投资2000万元。截止目前国内有超过15家焦化企业采用这一技术,累计处理废水1.5亿立方米。

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李风亭团队创新性地发明了“二硫代羧酸/巯基功能化三维聚合物”类重金属捕集剂, 提高对废水中重金属的去除效果,解决了电镀行业、钢铁行业等重金属无法满足2018年新排放标准的难题。该重金属捕集剂具有特殊的三维空间结构,其螯合-絮凝重金属的双重性能,可直接分离酸性/络合态重金属废水,出水重金属达到微克级(ppb级),沉积的重金属通过熔融冶炼回收,实现了重金属废水的资源化处理。李风亭介绍,应用此项技术,长江流域敏感区域的工业污水,能将镍离子稳定控制在0.03ppm以下。

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团队还首次发明了“羧基/膦基功能化纳米树枝状聚合物”阻垢分散剂,解决了传统阻垢分散剂钙容忍力差、阻垢分散性能不兼具的缺陷,实现了高浓缩倍数条件下工业水处理(循环冷却水、反渗透、蒸发脱盐)安全稳定运行,达到了节水与零排放目的。树枝状聚合物,因其功能基团处于结构末端,在任何条件下(酸性、浓缩)都不会发生自缠绕沉积现象,其特殊的三维空间结构赋予其兼具阻垢与分散双重性能,解决了硅垢这一世界性的难题,工业用水重复率由50%提高至90%,钙容忍力提高5倍以上。据悉,此项成果已在国内多个电力企业和钢铁企业得到应用。

上述成果已广泛应用于韩国、意大利、乌克兰、印度、土耳其、肯尼亚等40多个国家以及国内多个省市,作为科技部应对气候变化的技术之一,曾在2012年坎昆全球气候变化缔约国会议和2015年非洲环境部长会议期间发布,不仅为我国,也为“一带一路”沿线国家和非洲安全供水和水资源保护做出了贡献。项目成果通过技术转让,目前已在50多家企业生产,有10多家企业近三年内新增产值27.94亿元,新增利润3.02亿元,新增税收1.46亿元。我校获得的直接技术转让费总计2800万元。项目获中国发明专利62项,美国专利4项,成果形成了27项国家标准,21项行业标准。

来源:同济大学新闻网

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