打通工業廢水零排放“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
現代工業的發展形成了強大的物質生產能力，也不可避免地帶來了環境污染。而實現工業廢水零排放，是我國工業界一個美好的夢想——既要打造金山銀山，也要享受綠水青山。通過技術創新和管理革新，這個夢想在某些行業已可實現。但在煤化工行業，廢水零排放曾一度讓全行業“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制造業打通了廢水零排放‘最后一公里’。并用一個個標桿工程證明，與國際相比，中國的工業廢水零排放技術，已由跟跑、并行發展到領跑全球。”
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?
發展現代煤化工是我國根據自身資源稟賦作出的戰略抉擇。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，即不設排污口，只有雨水口。
一位業內專家告訴記者，煤化工廢水零排放是指將生產過程中產生的廢水進行處理和回用，同時將廢水中的所有物質都回收、使用或固化為有價值的資源或產品，實現“無廢液排出”目標。
煤化工廢水包括有機廢水和含鹽廢水。有機廢水處理技術目前較為成熟；含鹽廢水經過一般膜濃縮處理可實現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晶固化成為實現煤化工廢水零排放的主要瓶頸。在焚燒、深井灌注、晾曬、蒸發塘等傳統處理方式中，不少企業選擇了蒸發塘。但是，面對巨量的廢水處理需求，蒸發塘受面積所限遠遠無法滿足需求。個別企業為了減少處理成本而投機取巧，出現了騰格里沙漠污染事件等負面案例。
我國煤化工產業發展規模大且密集，廢水零排放并無可借鑒的成熟經驗。加之一開始技術不成熟、工藝路線復雜、投資成本高，鮮見成功案例。例如，某大型煤化工企業曾委托當時一家世界500強的水處理公司建設廢水零排放工程，但因外企缺少同等規模項目建設經驗，工程投用后運行不理想、系統不穩定，大量混鹽無處堆放。因此，不僅企業心存質疑，很多專家也保守地認為，中國煤化工僅能實現近零排放。
近零排放還是零排放，成為許多煤化工企業的疑惑。
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業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年來系統運行一切正常。
能否實現廢水零排放?項目實施方合眾思公司的回答十分肯定：“能!”
產業界的選擇：吃“精糧”還是吃“粗糧”?
在工業廢水零排放技術選擇中，膜技術和蒸發結晶技術是備受業界關注的兩種。
田旭峰告訴記者，膜是非常“金貴”的高分子材料，被業界稱為“吃精糧的”，對進水水質要求極高，水質稍不合格，就會被污染堵塞，導致系統無法運行；相比膜技術，蒸發結晶技術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”，成為產業界爭論不休的話題。
“我們花了整整4年時間在全球尋找合適的技術。”田旭峰說，他帶領公司研發人員逐項遴選世界先進的廢水零排放技術，包括正滲透、膜蒸餾等。經過無數次選材、選型、擇優、中試，結合業主的需求——投資成本低、工藝路線短、操作方便、能耗低等，他們最終認定，蒸發結晶是實現廢水零排放的必經之路。這一觀點也得到了很多專家學者的認同。
什么是蒸發結晶技術?“很多工業廢水處理技術都是受到大自然和日常生活的啟發。蒸發結晶技術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，“工業企業的生產過程是不間斷的，并且不能有結垢物質附著在加熱面上。這就對蒸發器的材質和技術參數提出了更高的要求。在實現工業廢水零排放的過程中，由于濃鹽水成分復雜，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。”
在全力推進技術研發的同時，他們選定全球蒸發行業的鼻祖加拿大威亭設備公司(Whiting)為獨家戰略合作伙伴，并引入相關技術進行吸收、再創新，開發出擁有發明專利的蒸發結晶技術。
一把“粗糧”吃下去，一眾項目建起來。從2014年至今，合眾思將其蒸發結晶技術廣泛應用于黃河流域的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的標桿工程。
合眾思的考量：“技術賬”還是“經濟賬”?
先進蒸發結晶技術的開發，解決了能源行業特別是煤化工行業的廢水零排放難題，成為黃河流域生態環境保護和行業企業實現綠色可持續發展的有力支撐。
多年來，合眾思算了一筆龐大的“技術賬”。2003年成立至今，他們先后投資6000萬元建設實驗室、中試基地和生產基地，自主研發生產了大流量過濾系統、全系列污染指數測定儀、高鹽水除COD(化學需氧量)裝置、蒸發結晶系統專用藥劑等產品，開發了冷凍法、晶種法兩項行業領先的高鹽廢水處理技術，申報近200項國家專利(發明專利12項)，參編國家和行業標準7項。其中，“濃縮結晶分質提鹽及資源化技術裝備、煤化工廢水深度處理技術裝備”入選工信部首批《國家鼓勵發展的重大環保技術裝備依托單位》，“工業高鹽廢水蒸發結晶及高值資源化處理利用技術”被列入《北京市節能技術產品推薦目錄(2020年本)》。
“算好自身‘技術賬’的同時，也必須為企業算好‘經濟賬’。”田旭峰說，采用蒸發結晶技術進行零排放和分鹽，工程總投資額可降低至少一半，還可分離出可市售的工業鹽副產品。在國家能源集團寧東煤化工基地廢水零排放項目，濃鹽水經過膜濃縮和分鹽后送到蒸發結晶單元處理，每年副產氯化鈉結晶鹽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，公司不斷優化工藝，分離出更高品質和附加值的工業鹽。根據來水的組分不同，他們可以分離出氯化鈉、硫酸鈉、氯化鈣、硫酸銨、磷酸銨、硝酸鹽等高品質鹽。
如今，合眾思的“經濟賬”也已算到多個其他領域。在山東萊西南墅石墨烯產業區廢水零排放工程，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。如今在系統沒變的前提下，主副產品變成了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業鏈示范項目，合眾思改用氨水代替此前常用的氫氧化鈉調整反應液pH值，投資不變的前提下，獲得的結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’。”談到未來打算，田旭峰說，“蒸發結晶技術核心包括工藝路線、加工制造、特殊金屬材料三大塊，中國在后兩項擁有絕對優勢。我們現在又掌握了先進的工藝包，因此下一步計劃‘走出去’。我們的技術如果用到國外，利潤可高達50%。”
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