打通工業(yè)廢水零排放“最后一公里”
作者：李東周 鄔曉薇 來源：中國化工報 2024年06月07日
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展形成了強大的物質(zhì)生產(chǎn)能力，也不可避免地帶來了環(huán)境污染。而實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放，是我國工業(yè)界一個美好的夢想——既要打造金山銀山，也要享受綠水青山。通過技術(shù)創(chuàng)新和管理革新，這個夢想在某些行業(yè)已可實現(xiàn)。但在煤化工行業(yè)，廢水零排放曾一度讓全行業(yè)“午夜夢回”——從“黑水”到“綠水”只差最后一公里，卻遲遲無法全面打通。
“不需問‘路在何方’，請相信‘路在腳下’。”就在近日，合眾思(北京)環(huán)境工程有限公司董事長田旭峰接受《中國化工報》記者采訪時擲出豪言：“我們‘踏平坎坷成大道’，為以煤化工為代表的工業(yè)制造業(yè)打通了廢水零排放‘最后一公里’。并用一個個標桿工程證明，與國際相比，中國的工業(yè)廢水零排放技術(shù)，已由跟跑、并行發(fā)展到領(lǐng)跑全球。”
東方破曉，長路已通，大夢將圓。
煤化工的疑惑：近零排放還是零排放?
發(fā)展現(xiàn)代煤化工是我國根據(jù)自身資源稟賦作出的戰(zhàn)略抉擇。然而，煤化工需要消耗大量的水資源。這一矛盾在黃河流域尤為突出：山西、陜西、內(nèi)蒙古、寧夏等4個省份煤炭資源占全國的67%，但水資源僅占全國的3.85%。因此，國家很早就要求新建煤化工項目廢水零排放，即不設(shè)排污口，只有雨水口。
一位業(yè)內(nèi)專家告訴記者，煤化工廢水零排放是指將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進行處理和回用，同時將廢水中的所有物質(zhì)都回收、使用或固化為有價值的資源或產(chǎn)品，實現(xiàn)“無廢液排出”目標。
煤化工廢水包括有機廢水和含鹽廢水。有機廢水處理技術(shù)目前較為成熟；含鹽廢水經(jīng)過一般膜濃縮處理可實現(xiàn)70%以上的再生水回用，但占比在20%~30%的濃鹽水如何低成本處理和結(jié)晶固化成為實現(xiàn)煤化工廢水零排放的主要瓶頸。在焚燒、深井灌注、晾曬、蒸發(fā)塘等傳統(tǒng)處理方式中，不少企業(yè)選擇了蒸發(fā)塘。但是，面對巨量的廢水處理需求，蒸發(fā)塘受面積所限遠遠無法滿足需求。個別企業(yè)為了減少處理成本而投機取巧，出現(xiàn)了騰格里沙漠污染事件等負面案例。
我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模大且密集，廢水零排放并無可借鑒的成熟經(jīng)驗。加之一開始技術(shù)不成熟、工藝路線復(fù)雜、投資成本高，鮮見成功案例。例如，某大型煤化工企業(yè)曾委托當時一家世界500強的水處理公司建設(shè)廢水零排放工程，但因外企缺少同等規(guī)模項目建設(shè)經(jīng)驗，工程投用后運行不理想、系統(tǒng)不穩(wěn)定，大量混鹽無處堆放。因此，不僅企業(yè)心存質(zhì)疑，很多專家也保守地認為，中國煤化工僅能實現(xiàn)近零排放。
近零排放還是零排放，成為許多煤化工企業(yè)的疑惑。
然而實際上，早在2018年，國家能源集團寧東煤化工基地就建成了全球最大煤化工產(chǎn)業(yè)園的零排放和資源化利用項目，從2019年3月正式出水至今，5年來系統(tǒng)運行一切正常。
能否實現(xiàn)廢水零排放?項目實施方合眾思公司的回答十分肯定：“能!”
產(chǎn)業(yè)界的選擇：吃“精糧”還是吃“粗糧”?
在工業(yè)廢水零排放技術(shù)選擇中，膜技術(shù)和蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是備受業(yè)界關(guān)注的兩種。
田旭峰告訴記者，膜是非常“金貴”的高分子材料，被業(yè)界稱為“吃精糧的”，對進水水質(zhì)要求極高，水質(zhì)稍不合格，就會被污染堵塞，導致系統(tǒng)無法運行；相比膜技術(shù)，蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)對進水指標要求不那么苛刻，被稱為“吃粗糧的”。
究竟是吃“精糧”還是“粗糧”，成為產(chǎn)業(yè)界爭論不休的話題。
“我們花了整整4年時間在全球?qū)ふ液线m的技術(shù)。”田旭峰說，他帶領(lǐng)公司研發(fā)人員逐項遴選世界先進的廢水零排放技術(shù)，包括正滲透、膜蒸餾等。經(jīng)過無數(shù)次選材、選型、擇優(yōu)、中試，結(jié)合業(yè)主的需求——投資成本低、工藝路線短、操作方便、能耗低等，他們最終認定，蒸發(fā)結(jié)晶是實現(xiàn)廢水零排放的必經(jīng)之路。這一觀點也得到了很多專家學者的認同。
什么是蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)?“很多工業(yè)廢水處理技術(shù)都是受到大自然和日常生活的啟發(fā)。蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)的概念也來源于生活，如加熱天然水制備純凈的蒸餾水。”田旭峰形象地解釋說，“工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程是不間斷的，并且不能有結(jié)垢物質(zhì)附著在加熱面上。這就對蒸發(fā)器的材質(zhì)和技術(shù)參數(shù)提出了更高的要求。在實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放的過程中，由于濃鹽水成分復(fù)雜，需要針對不同的工程和濃鹽水進行沸點升高試驗，以確定換熱面積、壓縮機溫升等參數(shù)。”
在全力推進技術(shù)研發(fā)的同時，他們選定全球蒸發(fā)行業(yè)的鼻祖加拿大威亭設(shè)備公司(Whiting)為獨家戰(zhàn)略合作伙伴，并引入相關(guān)技術(shù)進行吸收、再創(chuàng)新，開發(fā)出擁有發(fā)明專利的蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。
一把“粗糧”吃下去，一眾項目建起來。從2014年至今，合眾思將其蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)廣泛應(yīng)用于黃河流域的30多個國家重大能源項目的廢水零排放工程中，其中不少工程成為全行業(yè)的標桿工程。
合眾思的考量：“技術(shù)賬”還是“經(jīng)濟賬”?
先進蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)的開發(fā)，解決了能源行業(yè)特別是煤化工行業(yè)的廢水零排放難題，成為黃河流域生態(tài)環(huán)境保護和行業(yè)企業(yè)實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的有力支撐。
多年來，合眾思算了一筆龐大的“技術(shù)賬”。2003年成立至今，他們先后投資6000萬元建設(shè)實驗室、中試基地和生產(chǎn)基地，自主研發(fā)生產(chǎn)了大流量過濾系統(tǒng)、全系列污染指數(shù)測定儀、高鹽水除COD(化學需氧量)裝置、蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)專用藥劑等產(chǎn)品，開發(fā)了冷凍法、晶種法兩項行業(yè)領(lǐng)先的高鹽廢水處理技術(shù)，申報近200項國家專利(發(fā)明專利12項)，參編國家和行業(yè)標準7項。其中，“濃縮結(jié)晶分質(zhì)提鹽及資源化技術(shù)裝備、煤化工廢水深度處理技術(shù)裝備”入選工信部首批《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備依托單位》，“工業(yè)高鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶及高值資源化處理利用技術(shù)”被列入《北京市節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品推薦目錄(2020年本)》。
“算好自身‘技術(shù)賬’的同時，也必須為企業(yè)算好‘經(jīng)濟賬’。”田旭峰說，采用蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)進行零排放和分鹽，工程總投資額可降低至少一半，還可分離出可市售的工業(yè)鹽副產(chǎn)品。在國家能源集團寧東煤化工基地廢水零排放項目，濃鹽水經(jīng)過膜濃縮和分鹽后送到蒸發(fā)結(jié)晶單元處理，每年副產(chǎn)氯化鈉結(jié)晶鹽3.71萬噸、無水硫酸鈉3.93萬噸，按照市場價氯化鈉50多元/噸、硫酸鈉200多元/噸計算，每年可盈利近1000萬元。
為了進一步降低運行成本，公司不斷優(yōu)化工藝，分離出更高品質(zhì)和附加值的工業(yè)鹽。根據(jù)來水的組分不同，他們可以分離出氯化鈉、硫酸鈉、氯化鈣、硫酸銨、磷酸銨、硝酸鹽等高品質(zhì)鹽。
如今，合眾思的“經(jīng)濟賬”也已算到多個其他領(lǐng)域。在山東萊西南墅石墨烯產(chǎn)業(yè)區(qū)廢水零排放工程，以前只能分離出50多元/噸的氯化鈉，氯化鈣等作為廢物處理。如今在系統(tǒng)沒變的前提下，主副產(chǎn)品變成了1600元/噸的氯化鈣。
在寧夏寶豐儲能材料有限公司電池材料產(chǎn)業(yè)鏈示范項目，合眾思改用氨水代替此前常用的氫氧化鈉調(diào)整反應(yīng)液pH值，投資不變的前提下，獲得的結(jié)晶鹽從便宜的硫酸鈉變成市價1000多元/噸的硫酸銨。
“‘最后一公里’打通了，用戶大可‘一路豪歌向天涯，’而我們‘斗罷艱險又出發(fā)’。”談到未來打算，田旭峰說，“蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)核心包括工藝路線、加工制造、特殊金屬材料三大塊，中國在后兩項擁有絕對優(yōu)勢。我們現(xiàn)在又掌握了先進的工藝包，因此下一步計劃‘走出去’。我們的技術(shù)如果用到國外，利潤可高達50%。”
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