PMC多核无机高分子絮凝剂

一、项目概述

目前，用于污水处理的絮凝剂种类很多，根据结构可以分为有机絮凝剂和无机絮凝剂两大类。各种无机絮凝剂以其巨大的成本优势在污水处理中得到了广泛应用，其中产量最高、使用最广的是碱式氯化铝(聚合氯化铝)(简称PAC)。

为了改善工程应用中普遍存在的PAC聚合度不够大、絮凝架桥能力弱、出水混浊及水解反应不稳定等问题，国内外许多学者致力于发展各种复合型无机高分子絮凝剂，并已取得许多成果，但多数复合型絮凝剂的缺点是生产成本大幅度增加或者存储稳定期缩短。

由北京大学化学与分子工程学院研制开发成功的PMC多核无机高分子絮凝剂（简称PMC絮凝剂）是一种新型无机高分子复合型絮凝剂，含有多种金属和非金属吸附核，采用独有的特殊合成技术经水解、络合、聚合、复合、同质等反应精制而成，解决了阳离子型絮凝剂与阴离子型絮凝剂不能稳定共存的问题，兼具无机高分子絮凝剂与有机高分子絮凝剂的特点。具有矾花形成快、絮体大而密实的特点，在不增加污水处理综合费用的前提下，大幅度提高了无机高分子类絮凝剂的絮凝效果，并成功地在吐哈油田、辽河油田、克拉玛依油田和西安投入工业生产，实现了产业化。

二、 产品特性

PMC絮凝剂独特的多核结构，可吸附污水中的各种有害组分，通过其自身大分子链所具有的电中和吸附-架桥聚结-卷扫脱稳作用，可快速形成致密而体大的矾花，有效清除水中的机械杂质(SS)、含油量、化学耗氧量(COD)、生物耗氧量(BOD)及各种有害粒子，对炼油污水、采油污水、钻井废水、造纸废水、酿造废水、制糖废水、城市生活污水及热电厂循环水等各种工业污水，均能经济有效地处理。对悬浮物、含油、COD、硫（S^2-）、砷(As^3-)、氟(F^-)和重金属离子等重污染指标的去除率明显高于PAC。处理后废水的COD、SS、S^2-、含油量、重金属离子和pH值均能达到或超过相关的排放标准。

PMC絮凝剂对污水pH值适应范围广，在pH值4～11范围内均有效，而且污水pH值越高，处理效果越好。使用PMC絮凝剂，一般无需预调整污水的pH值。

PMC絮凝剂所含的多种阳离子核可分别对污水中各种类别特性粒子发生选择性吸附，因而适合处理多组分和变组分污水，这一特性为PMC絮凝剂所特有。

PMC絮凝剂系多种组分经独特的合成工艺制备而成，其较高的分子量和分子结构中的助凝官能团在矾花形成后，即迅速聚结成网，因而矾花大而密实，污泥浓度高而体积小，过滤特性好，使处理后水质清澈透亮。

PMC絮凝剂具有一定的杀菌阻垢作用，特别适合油田回注污水的处理，有效减缓地层结垢倾向。PMC絮凝剂也可用于城市自来水净化系统和热电厂循环冷却水净化系统。

PMC絮凝剂在油水界面上的选择性吸附分布有助于破除油水微乳胶体，特别适合净化处理含油污水。可作为辅剂与破乳剂配合使用，大大减少破乳剂的用量。

PMC絮凝剂使用方便，与常用杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂等具有良好的匹配性，对设备无腐蚀性，对污水温度不敏感，可在较低温度下使用。

PMC絮凝剂具有很高的性能价格比，其等效加量、等价加量、等量加量均优于聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁（PFS）等同类传统产品，一般比使用PAC、PFS等产品综合节约污水处理费用10%～30%。

三、应用范围

PMC絮凝剂可广泛用于生活用水、城市废水及造纸、皮革、化纤、化肥、电力、食品、印染等各种工业废水处理，尤其适合处理石油工业钻井、采油、炼油等生产中的含油污水。目前已在吐哈油田、辽河油田、克拉玛依油田、克拉玛依炼油厂、独山子炼油厂、库尔勒造纸厂、新疆七一棉纺厂等的污水处理中开始推广应用。

四、产品使用方法

根据处理对象，确定选用饮用水型PMC絮凝剂或污水型PMC絮凝剂。

（1）根据待处理水样性质，进行小样烧杯试验——加药＋快速搅拌1min＋慢速搅拌10min＋静置20min，取其上清液，测定相关水质数据，确定PMC絮凝剂最佳使用浓度。

（2）  推荐PMC絮凝剂使用浓度为50～200ppm。

（3）  PMC絮凝剂可先稀释为10%～30%稀溶液，再加入污水中。

（4）  PMC絮凝剂与5ppm 聚丙烯酰胺（PAM）配合使用, 效果更佳。

五、主要技术指标

(1) 外 观：桔黄色液体或土黄色膏体或土黄色固体。

(2) pH值(1%水溶液)：     3.0～5.0。

(3) 相对密度d₄²⁰ ：       1.1～1.2(liq)。

(4) 各种金属核总量M_T ：  大于20%(以M_XO_Y计)。

(5) 总盐基度B_T ：        大于40%。

(6) 水不溶物：           小于1% 。

六、投资估算及经济效益分析

投资新建液体PMC絮凝剂生产厂，由于液体产品的包装、运输成本一般高于固体产品，应考虑产品就近销售。一个日供水50万吨的自来水厂年絮凝剂用量约为2000吨。所需主要设备包括反应釜、加热炉、储酸罐、成品絮凝剂储罐、耐酸泵、附属管道、水电配套设备等。厂房总建筑面积约100平方米（其中办公室及化验室20～30平方米），估计占地1～2亩。预计总投资约为40万元。PMC絮凝剂综合成本约为1000～1200元/吨，目前同类产品市场平均售价约为2000～2500元/吨，净利润约为800～1000元/吨，年销售量为2000吨时总利润约为150～200万元。详细预算如下：

（1）   生产规模按年产2000吨液体PMC絮凝剂，生产天数按250天计，采用二班制生产，每日生产16小时。

（2）   生产装置主要由三部分组成：①储酸罐、原料库， ②搪瓷聚合反应釜， ③液体产品熟化储存罐等。

（3）   厂房总建筑面积约100平方米（其中办公室及化验室20～30平方米）。生产装置总投资及各分项投资概算见表1。

（4）   生产操作定员主要包括操作工人6名（每班3人，二班倒）、技杂工1名、化验员1名和管理人员2名，采用二班制生产，总人数为10人。

（5）   按生产1吨液体PMC絮凝剂产品估算其生产成本见表2。

（6）   按2002年市场同类产品售价为2000～2500元/吨的下限2000元/吨计，综合经济效益分析见表3。

表1     PMC絮凝剂生产装置投资概算

表2     PMC絮凝剂生产成本估算(以1吨产品计)

表3     投资生产PMC絮凝剂产品经济效益预测

上述生产投资及经济效益估算表明，采用我校提供的多核无机高分子絮凝剂先进生产工艺，建立一座年生产2000吨液体PMC絮凝剂的工厂，如销售得法，可做到当年建厂、当年生产、当年回收全部投资，其投资效益十分可观。

七、市场预测

环保产业是新兴的朝阳产业，对各类污水的处理是现阶段我国环境治理的重点，其中高效水处理药剂又是重中之重。新型水处理药剂作为精细化工新材料已列入国家优先扶持发展的高新技术产业——新材料领域。2001年全国有200家左右水处理剂生产厂，生产100多个牌号的各类水处理剂20多万吨，产值约10亿元。其中仅絮凝剂一类就占17万吨，产值达7亿元左右，是水处理剂中最重要的品种。

目前我国城市污水排放总量在25～30亿吨左右，而处理率尚不足20%。若以每处理1吨污水平均须用100克（即100ppm）絮凝剂计，则全国每年应需各种絮凝剂200～300万吨。全国现有50余家絮凝剂生产厂生产四大类絮凝剂，即无机盐絮凝剂如铝盐（明矾）、铁盐（绿矾）等；无机高分子絮凝剂如聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）等；天然有机高分子絮凝剂如壳聚糖、改性淀粉等；合成有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺（PAM）等。从产品性能价格比考虑，我国市场常用的絮凝剂主要是无机高分子絮凝剂PAC、PFS和合成有机高分子絮凝剂PAM。按2001年絮凝剂销售总额17万吨计，平均每家年产3000吨左右，仅能满足总需求量的10％左右。随着人们环保意识的增强、环境法规的限制和环保政策的强制贯彻，水处理剂生产市场增长潜力巨大。

当前，水处理絮凝剂正向“高分子化、复合化、系列化和专用化”方向发展，各类无机高分子絮凝剂以其“低价、高效、生产工艺相对简单”等特点在我国得到迅猛发展，也是当今世界性研究的热点，我国在某些领域的研究已达到了较高的水平。有远见和实力的企业与有关高校和科研单位协同攻关，逐步形成有自主知识产权、高技术含量、适应中国市场特色的水处理药剂研发生产联合体，必将为企业带来巨大经济和社会效益。

八、合作方式

1.   PMC絮凝剂生产技术转让，包括建厂设计指导、设备运行调试、技术人员培训、产品研发及生产全套技术文件、重点用户及特殊污水处理售后服务。

以本研究成果为基础，开展各类水处理新型絮凝剂产品的联合研发。