重金属废水处理难题是怎样破解的
昆山工业技术研究院华科生物高分子材料研究所用生物技术打开节能减排、废水治理新路。采用该技术的重金属去除率大于99.5％；生物絮凝剂对环境友好，能完全水解；中水回用率达70％。目前，已达到日产生物捕捉剂1.2吨、日处理重金属废水6000吨的水平———
官产学研结合解决重金属废水处理难题
昆山，中国经济百强县之首。这里生产的笔记本电脑和数码相机，占全世界产量的三分之一以上。
IT工业、电子工业、电镀工业等现代制造业的飞速发展，不可避免地产生了大量的重金属废水，给政府和企业出了一道环保难题。
资料显示，我国每年产生400亿吨左右的工业废水，其中重金属废水约占60％。节能减排、污水治理任务十分艰巨。
传统的治理方法包括沉淀法、吸附法、膜分离法等，这些方法或成本高，或投资大，或产生二次污染，存在诸多不好解决的瓶颈。
近年来，昆山市委、市政府高度重视节能减排、废水治理这件大事，他们制定相关政策，鼓励自主创新，推动官产学研结合，强调从企业的紧迫需求出发解决实际问题。今年3月，该市专门成立了昆山工业技术研究院（筹），市委书记张国华担任工研院建设工作领导小组组长。工研院采取“政府主导、市场运作”模式，与企业、国内外高校、科研院所广泛合作，推动自主研发、科技成果转化和企业技术创新，促进昆山的产业经济从“昆山制造”向“昆山创造、昆山服务”转变。
还在2006年7月，昆山经济技术开发区管委会就把高校科研成果引进昆山进行产业化，由此，昆山华科生物高分子材料研究所应运而生。该所由华东师范大学、昆山科新环境生物工程有限公司等三方共同出资组建，落户于江苏省昆山留学人员创业园。
昆山经济技术开发区管委会顾剑玉主任作出批示：在地理位置十分优越的沪宁高速出口处，划出10000平方米土地，为华科所的科研项目量身定造，建设了3000多平方米的专用科研大楼，这样的大手笔，在县级市范围内还属首创。
2008年，华科所加盟了昆山工业技术研究院。
华科所引进的产业化项目是“基于生物技术的工业重金属废水处理—中水回用系统”，该项目列入了江苏省2008年重大计划项目。其关键技术来源于华东师范大学生命科学院，该院在γ—聚谷氨酸制备及重金属废水处理领域处于国内领先水平；股东昆山科新环境生物工程有限公司拥有雄厚的工程技术人才队伍、健全的销售网络以及在环保工程领域开拓市场积累下来的丰富经验。
官、产、学、研结合，成为昆山破解重金属废水处理难题最大的亮点。
2007年7月，华科所从华东师范大学引进了黄静博士来华科所攻读博士后，并主持该项目开发和研究，同年昆山工研院华科生物高分子材料研究所申报博士后流动站分站。
2007年6月，华科所研制的聚谷氨酸重金属废水处理装置样机在实验室处理重金属废水取得良好效果。
2007年7月，第一套200升/小时的聚谷氨酸重金属废水处理系统样机进入昆山沪士电子股份有限公司试验，用户试验报告称“该项生物新技术对传统废水处理工艺起到了具有革命性的改变”。
2007年8月—10月，“聚谷氨酸重金属废水处理装置样机”在昆山和苏州多家电子、IT、电镀企业进行了多次中试试验，对该类企业的铬、铜、镍混合废水进行处理，取得了“相当好的效果”。
2008年6月，在昆山工业技术研究院统一协调下，华科所和昆山生隆科技有限公司合作，试制了日处理200吨的聚谷氨酸重金属废水处理—中水回用装置，并全程探索和确定生物废水处理工艺和中水回用的工厂化路线，经过三个月紧张试验，终于调试处理成功。9月8日，苏州国家环保高新技术产业园中芬环境检测中心上门现场抽检，各项检测指标全部达标并优于中水回用水质标准。
据中国科学院上海科技查新咨询中心查新检索报告，目前国内外对高分子材料γ—聚谷氨酸运用于中水回用系统的研究未见有报道；“基于生物技术的工业重金属废水处理—中水回用系统”的研究与开发具有新颖性和创新性，该项目综合技术在国内处于领先，并达到国际先进水平。《一种重金属废水处理工艺及其装置》已向国家知识产权局申请了专利（申请号200810107048.7）。
生物技术处理金属废水的四大优势
在昆山生隆科技有限公司生产现场，记者看到两座容量8吨的废水间隙反应器正在交替工作。经过生物方法处理后的水质清澈透明，处理后的水顺着输送水道流出后，红色的景观鱼在水中自由自在地游动。
生隆科技发展有限公司总工程师黄水长告诉记者，待处理的水源主要是电镀线的清洗水，为酸性含铜废水。经过生物处理法后，把景观鱼放养其中可以存活，浇花浇草无不良反应，重新回入车间做一般清洗水使用，不影响产品质量。现在每天处理酸性含铜废水100吨，70％可以回用。
华科所所长郭大磊向记者详细介绍了采用传统化学高分子材料和采用生物重金属捕捉剂处理重金属废水的对比情况。
他说，用传统化学高分子材料处理重金属废水存在四个问题：
第一，需要用两种或以上的化学材料，还要加助凝剂、混凝剂、絮凝剂，重金属去除率最高也只能达到98%%。若处理含量在500毫克/升以上的废水，因无法达标排放，很多企业只能用水稀释，以降低原水的重金属含量，这造成水资源的极大浪费，并增加了处理成本。
第二，由于在处理中添加两种或两种以上的化学材料，造成沉淀物增加，且当中的铜离子含量少，基本无回收价值。另外，沉淀物中聚丙烯酰胺分解物丙烯酰胺为神经毒素，会严重污染土壤，因此企业还必须花钱请专业公司做焚烧和深埋处理，以免造成对环境的污染。
第三，需将废水的pH提高到9以上，处理完重金属离子后，还要加硫酸，将废水的pH调回到7。
第四，采用多种化学制剂，造成废水COD（化学耗氧量）增加5—8倍，企业要在后道增加多级生化暴气池来降解COD，不仅占地大，还要投入巨额运作成本。
相比之下，用21世纪生物重金属捕捉剂处理重金属废水，具有四个明显优势：
第一，在重金属废水预处理时，pH值只要调至6.5—7.5。重金属废水处理后，水的pH一般为中性，废水排放前则无需再调pH值。
第二，生物捕捉剂的添加量少，一般只需0.2‰，但重金属去除率可达99.5%以上，一般无需添加助凝剂。污泥量少，且铜的含量高。污泥中铜的含量大于5%%，可将重金属资源回收利用，为企业节约处理成本。
第三，生物捕捉剂采用微生物发酵技术生产，是新型的绿色环保生物高分子材料，它可生物降解，对人和环境无毒无害，不会产生二次污染。
第四，用生物捕捉剂处理后，废水可达标排放，无需稀释，可省50—100倍的稀释水，真正达到节能减排的目的。且COD的量一般不会很高，只需进行简单的生物（水必清）处理即可，可节省50%%的生物处理费用和场地。
郭大磊说，采用生物高分子材料处理重金属废水，1吨水用200克生物高分子材料（生物捕捉剂）就行了；且生物絮凝剂无毒无害且对环境友好，能完全水解；中水回用率达70％；处理成本小于每吨3元，捕捉到的铜泥还可作为生产铜的原料。目前我们已经达到了日产生物捕捉剂1.2吨、日处理重金属废水6000吨的水平。
工厂化生产瓶颈是怎样突破的
现在科研成果很多，但是很多成果没有办法产业化，只好扔在那里睡大觉。例如，抗菌肽可以替代化学消毒剂、杀菌剂，就是成本高，用不起。聚谷氨酸也是这样，属于生物高分子材料替代化学高分子材料，能够给重金属废水处理带来革命性变化，就是成本下不来。那么华科所的生产成本是怎样降下来的？在工厂化生产实践中，工艺上的瓶颈是怎样突破的？
郭大磊所长认为，有两个重要因素，是决定这项科研成果转化成功的关键。
第一，华东师范大学生命科学院博士生导师吴自荣教授做出了非常重要的贡献。他是国内添加生物诱导剂聚谷氨酸发酵技术的佼佼者，从20世纪80年代就开始这方面的研究，有多年的沉淀。吴自荣教授带领团队开展了大量的基础性工作，又合作组建了昆山工研院华科所，提供了生物菌种的产业化路线等基本技术。正是这个团队十几年来的潜心研究，克服了很多困难，突破了技术瓶颈，缩短了工业化的进程。
第二，昆山科新环境生物工程有限公司拥有一批对微生物工程和发酵工艺相当熟悉的工程技术人员，他们有理论和实践，能够解决产业化生产中的工艺问题。他们找到了这项研究的突破点、关键点。
一个显而易见的事实是：菌种在实验室里发酵是一回事，在工厂里生产又是一回事。例如，在实验室，最佳摇瓶发酵条件比较容易确定，但工业化扩大生产用，所用的原料不用可能与实验室做试验的材料相同，你在玻璃容器里的配方可以做到很精细，大工业就不行。生产实践中出现的情况和问题，要靠有实践经验的工程技术人员解决，一般的大学和研究所不容易做到。
生产原料、发酵周期和产酸量是这项研究的三个关键点。
实验室研究聚谷氨酸的发酵过程，往往注重研究聚谷氨酸微生物合成的代谢途径及调控机制等内容。发酵原料一般为牛肉膏、蛋白胨，甚至采用进口原料，而这些原料无法用于工业化大规模生产。华科所以降低发酵，提高发酵产量为目的，对聚谷氨酸发酵过程的营养因子及环境因素进行发酵条件优化及工艺放大。采用科学的优化方法及计算机模拟化法，突破了发酵原料昂贵的瓶颈。实现了以来源广泛、价格低廉的农副产品或食品加工下脚料代替了昂贵的牛肉膏、蛋白胨等，实现了聚谷氨酸工业生产的必要条件。
按照文献记载，聚谷氨酸的发酵周期是48小时—72小时。产酸量最高为30克/ 升，华科所在实践中，加入了很少的催化剂，就像卤水点豆腐一样，20多个小时就产酸了。产酸量远大于目前文献记载的最高值，发酵周期小于24小时，液体聚谷氨酸产量就可以达到吨级。这项技术突破之后，特别是大大缩短了发酵周期，降低了能源消耗和人工成本。在这里面，核心技术起到了关键作用。而这样的关键技术的突破，是有实践经验的工程技术人员解决的。
产酸不高，产量不稳，是又一个难题。也是技术工人点破的。他们起到了关键作用。调水，ph值变化了，问题解决了。这些东西书本上讲不到。在国外，因聚谷氨酸具有高吸水性，一般都用于高档生物化妆品中的保湿因子，涂在脸上很湿润。这个产品很贵，工业上用不起。我们突破了30克和产酸周期两个关键点，产酸量提高了，生产周期缩短了，成本降低了，这项技术发生了质的变化，就能够实现产业化了。
生物技术治理工业废水前景广阔
近年来，华科所充分发挥其在生物领域中的研发技术优势，与境内外多家企业和机构合作，在多项工业废水治理广泛引用生物技术，并取得较好的成果：
雷贝斯托是欧洲最大的离合器摩擦片材料的独立生产商。2008年夏天，华科所与雷贝斯托设在苏州高新区企业100％全资子公司“雷贝斯托摩擦产品（苏州）有限公司”合作，在该公司新建成的生物水洗塔采用华科所开发的复合型脱硫微生物制剂处理含有硫化物的工业废气，实现了快速脱去气体中的硫化物。 2010年国家实施要求全国橡胶行业自净工业废气，而华科所开发的高效生物法脱硫技术为橡胶行业废气处理提供新技术支持，从而促进橡胶行业的发展及环境保护。
今年与台湾长江龙环境工程有限公司合作，在浙江雅戈尔日中纺织印染有限公司使用纳豆菌系列产品，对纺织印染行业的有机染料废水脱色、COD降解做了深度试验，并获得成功。其间与国内外多种相同产品做平行对照试验，以12小时为一个处理周期，华科所提供的生物产品无论是从效果和性价比都是最优的。
近期，华科所与外商投资企业东莞力德节能科技有限公司合作，在江苏苏州顺惠有色金属制品有限公司，对高浓度COD重金属废水，率先使用全套（水必清）生物处理法，解决了用化学处理法难以处理的高浓度COD废水，在24小时内将COD从大于1000毫克/升降至100毫克/升以下，同时还延长了处理系统中的生物膜的使用寿命，处理成本也大大降低。
广东佛山市三水区大塘工业区废水处理厂同样使用了上述生物处理技术，在不添加设备和增加场地的情况下，使废水处理厂的处理能力得以提高，处理废水的各项指标均达到国家排放标准。
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