甲壳素产业可持续发展若干问题思考

甲壳素产业实现可持续发展的路径选择徐君义（玉环县科技局317600）关键词甲壳素可持续路径在经济增长与人口、资源、环境之间矛盾日益突出的情况下，正确处理人与自然的关系，促进可持续发展，是人类社会发展的必由之路。随着1992年在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会制定的《21世纪议程》的实施，世界范围内掀起了一场产业绿色革命。质量、规模、效益不再是产业发展必须考虑的因素，环境保护和人类健康已纳入企业决策要素之一，强调生产与经济、人与自然的协调发展，任何产业均面临这场可持续发展的绿色革命选择。甲壳素产业是以动物甲壳废弃物为原料，经酸碱处理等生化加工工艺制备甲壳素、壳聚糖、氨糖系列产品等生化制品的资源利用行业。产业发展面临许多亟待解决的问题。本文就围绕我国甲壳素产业实现可持续发展的路径选择作一叙述。1甲壳素产业现状和存在问题1.1现状据初步统计,全国甲壳素产业生产企业由上世纪九十年代中期的数百家降至现在的近百家,其中以甲壳废弃物为原料直接制备甲壳素的生产企业数量不断因环保问题而压缩,数量锐减最大。而氨糖生产企业数量却由原先的下降变为现在的略有增加,规模生产能力不断增大,涌现出十多个上规模企业和三个以上亿元企业。2005年全国共出口氨糖系列产品6000余吨,消费甲壳素1万余吨,其中从国外进口甲壳素超过5000余吨,成为名副其实的氨糖出口大国和甲壳素进口大国。甲壳素产业布局仍以沿海地区为主,其中浙江和江苏为甲壳素产业集中区域,企业数量和产业规模均占较大的比重,尤其是浙江省的海岛小县玉环县,在不足数平方公里的区域内分布6家甲壳素生产企业,年氨糖生产能力达到4000余吨,出现3家年销集超亿元的省级高新技术企业。甲壳素产业化技术取得了较大的进展,新品不断涌现,产品结构初步得到优化。除氨糖系列产品外,以壳聚糖为原料的衍生产品逐年递增,目前总数达40余个品种,产业进入良性发展的轨道。1.2存在问题我国虽然是甲壳素生产大国,但90%的产品以原料形态出口国外,产品附价值很低,吨氨糖销售利润在1000元左右,整个产业沦为发达国家的生产车间,产业自主创新能力严重不足,缺乏核心竞争力;同时,在制备过程中需消耗很多资源和浪费很多资源,不仅污染环境,而且污水处理费用较高,企业难以承受。产业发展面临巨大的资源、环境和市场压力。2产业可持续发展的路径选择2.1引入清洁生产理念清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。目前就甲壳素产业可持续发展而言，推行清洁生产是产业发展的核心。因为只有采取清洁的生产工艺及无污染、少污染的生产方式，加上科学的管理措施，生产清洁的产品,甲壳素产业才能生存下来,并为甲壳素产业大发展，并融入世界经济，打破绿色贸易壁垒奠定基础。我国甲壳素产业起步于六十年代，在九十年代进入大发展时期，除了满足国际市场需求和甲壳废弃物综合利用外，主要着眼点是甲壳素及其衍生产品的利润和税收，其经营理念也首先追求产量、利润而后才是质量。到了21世纪初由于市场竞争的加剧和国家对环保工作的重视，甲壳素产业比较全面地采用先进技术和装备，推行ISO9000质量管理，较快地提高了质量，降低了物质和能源的消耗。但与新世纪的绿色革命要求相比差距较远，我们必须更新观念，树立绿色经营理念，以高新技术为手段，从生态经济大系统的整体优化出发，强化技术创新，在生产工艺中要采取先进的工艺技术，以提高物料和能源的利用率，减少甚至清除废料的生成和排放，从源头上来根治“三废”的排放，并采用先进高效的装备和完善的质量管理制度来确保清洁生产工艺的实施，实现甲壳素产业的可持续发展。2.2甲壳素清洁生产甲壳素清洁生产是实现甲壳素产业可持续发展的关键。目前我国制备1吨甲壳素需消耗28~35吨动物甲壳废弃物、0.5吨片8.5吨30%盐酸、250~300吨清水，1.5吨煤炭等原料和能源，未端废水处理成本达5元/吨以上，巨大的物质和能源消耗及环保治理成本是西方发达国家不愿生产甲壳素的主要原因。甲壳素清洁生产就是引入清洁生产理念，通过对传统甲壳素生产工艺的分析和工艺创新，开展对原料预处理、酸浸废液闭路循环工艺、碱煮废液回用工艺、洗涤废水生物、化学、物理法综合处理及循环利用技术的开发，提高原料中蛋白质、氯化钙、盐酸等副产品的回收利用和能源的利用率，降低甲壳素生产过程中的废物排放，实现甲壳素的清洁化生产。其需要解决的技术关键主要有：一是甲壳素清洁生产工艺的筛选和优化。其要求是变未端治理为产品源头全方位、全生产过程的控制，变单一的物化处理为生化法、物化法和废水回用及资源回收为一体的综合治理，变污染物的多元交叉为单一分隔，为资源的回收和后续废水的生化处理创造条件，从而突破甲壳素生产废水因污染物的多元交叉混合，高COD值和高氯根含量，导致不能采用生化法等常规办法治理的瓶颈制约这世界性难题。二是原料预处理技术，其要求是通过对原料的预处理，大幅度削减蛋白质、水等物质进入碱煮这一后续工段。三是碱煮废液减量或零排放技术的开发，其要求是回收碱煮废水中的富含虾、蟹蛋白质及其降解产物、虾青素、油脂等，从根本上削减有机物的排放、变废为宝，降低未端综合废水处理难度。四是酸浸废液微排放技术的开发，其要求是变酸浸废液的不回收为回收利用。五是综合废水处理技术，要求是综合废水通过自然沉降、物理法，化学法和生物法的处理后达标排放或回用。甲壳素清洁生产技术的突破，将使长期困扰甲壳素产业的废水治理这世界性难题得到解决，同时可回收大量的动物蛋白质和其他资源，经济和社会效益显著。一个年产100吨的甲壳素生产企业实行清洁生产后，由于大量削减废物和能源，不仅废水处理成本由原来的5元降至1.0~1.5元，而且可回收蛋白质固形物150~200吨，节约30%盐酸100~200吨，节约用水15000吨等原来要白白扔掉的宝贵资源，产生的经济效益远大于废水处理成本，这对提高我国甲壳素产业竞争力意义重大。2.3氨糖系列产品的清洁生产。氨糖系列产品是以甲壳素为原料，经盐酸水解等工艺制备而成的氨基葡萄糖盐酸盐、氨基葡萄糖硫酸盐、N-乙酰-D氨基葡萄糖等氨糖衍生产品的简称。我国是氨糖系列产品的生产出口大国，产量占世界的80%，在甲壳素产业中占有举足轻重的地位。尽管近年我国氨糖系列产品生产工艺技术和装备及管理水平有了很大提高，但离清洁生产要求尚有一定的距离。氨糖系列产品清洁生产就是引入清洁生产理念，通过对传统氨糖系列产品生产工艺的创新和优化，使产品的收率得到提高，废酸进行资源化循环利用，大幅度降低原材料及能源的消耗，将废弃物对环境影响程度减少到最低程度。其需要解决的技术关键主要有：一是氨糖系列产品清洁生产工艺筛选和优化。其要求是解决传统酸解工艺过程中盐酸利用率不到投入量的三分之一及酸反应同时形成的聚电解质和焦糖对产品的影响；利用负压蒸发浓缩回收母液能源消耗大，运转费用高，产品回收率低和低浓度废酸排放对环境影响；采用活性碳脱色，成本高，消耗大，排放对环境的影响等。二是母液回收新技术的开发、其要求是能否采用专用离子交换设备回收产品及其废酸，大幅度降低能耗和工人劳动强度，提高产品质量和收率。三是废酸的资源化循环利用技术开发，其要求是使低浓度的废酸经处理后重新可使用。四是粗品溶液离子交换脱色技术开发，其要求是不仅能有效脱色，而且脱色树脂能够再生使用。2.4壳聚糖清洁生产壳聚糖是一种由甲壳素脱去乙酰基后的产物。由于壳聚糖具有无毒，生物相容性好、可生物降解，成膜性好，对重金属有较强的络合作用、具有优良的生理活性和功能保健作用，在食品、医药、环保、化工、纺织、农业等领域得到广泛的应用，并显示出诱人的应用价值。可以说壳聚糖是继氨糖系列产品后维持甲壳素产业可持续增长的第二大主导产品。目前壳聚糖的制备主要有化学法和酶法。其中化学法制备的壳聚糠是市场供应的主体，但该方法尽管生产技术简单，成本低，但生产的壳聚糖的品质、品种和活性程度不能满足市场要求，且有废物排放对环境的危害。酶法制备壳聚糖是利用专一性酶对甲壳素进行脱乙酰反应，是一种清洁生产工艺，但生产成本较高。壳聚糖清洁生产就是引入清洁生产理念，通过对壳聚糖制备工艺的创新和优化、使产品的品种、质量得到提高，满足市场的日益增长需求，对废物进行资源化利用，大幅度降低物耗和能耗，并将废物对环境的影响减少到最低程度。其需要解决的技术关键主要有：一是化学法制备壳聚糖清洁生产工艺的筛选和优化。其要求是通过工艺创新和装备的革新，实现对不同分子量壳聚糖，不同脱乙酰度和活性的壳聚糖制备的可控性反应，同时实现废物的资源化利用。二是不同壳聚糖衍生物的制备与应用技术；三是优良甲壳素脱乙酰酶的分离、培养和工业化应用技术；四是微生物增养法制备壳聚糖技术开发；五是微生物发酵制备低聚合度壳聚糖技术开发。2.5产业自主创新能力的提升我国甲壳素产业沦为发达国家的生产车间,靠赚取微薄的加工费维持产业的发展,这种靠拼资源消耗、拼劳力和牺牲环境的产业发展模式是难以为继的。因此,要实现甲壳素产业的可持续发展,必须创新发展模式,走新型工业化道路,在强化产业自主创新能力上下功夫,真正实现由甲壳素生产大国转为甲壳素制造强国的转变。其需要解决的创新难题主要有:一是强化产业的管理创新。我国甲壳素产业尽管起步早,产业规模大,但长期以来呈现无序发展,缺乏行业自律,恶性竞争严重,产业竞争力受到严重制约。应尽快启动我国甲壳素产业发展战略及规划的研究,组建全国性行业协会和相关网站,发行行业协会会刊,建立沟通企业与政府的联系渠道,协调行业的发展,应对国外可能出现的反倾销和环保壁垒等行业性突发事件。二是强化拥有自主品牌和自主知识产权核心技术企业及产品的培育。三是强化甲壳素产业创新服务平台的建设。四是强化甲壳素产业化关键技术和共性技术的攻关。3结语甲壳素产业的可持续发展就是从生态经济大系统的整体优化出发，着眼于降低甲壳素及其衍生物生产活动对资源的过度使用和对人类及环境的破坏，要求企业在开发利用甲壳素资源，向社会提供生物新材料的同时，兼顾社会效益和环境效益。同时强化产业的管理创新和技术创新,突出品牌的培育和创新平台的建设,进一步理顺产业内部及与外部的关系,以实现甲壳素产业的可持续发展。