打通工业废水零排放“最后一公里”
作者：李东周 邬晓薇  来源：中国化工报  2024年06月07日
现代工业的发展形成了强大的物质生产能力，也不可避免地带来了环境污染。而实现工业废水零排放，是我国工业界一个美好的梦想——既要打造金山银山，也要享受绿水青山。通过技术创新和管理革新，这个梦想在某些行业已可实现。但在煤化工行业，废水零排放曾一度让全行业“午夜梦回”——从“黑水”到“绿水”只差最后一公里，却迟迟无法全面打通。
“不需问‘路在何方’，请相信‘路在脚下’。”就在近日，合众思(北京)环境工程有限公司董事长田旭峰接受《中国化工报》记者采访时掷出豪言：“我们‘踏平坎坷成大道’，为以煤化工为代表的工业制造业打通了废水零排放‘最后一公里’。并用一个个标杆工程证明，与国际相比，中国的工业废水零排放技术，已由跟跑、并行发展到领跑全球。”
东方破晓，长路已通，大梦将圆。
煤化工的疑惑：近零排放还是零排放?
发展现代煤化工是我国根据自身资源禀赋作出的战略抉择。然而，煤化工需要消耗大量的水资源。这一矛盾在黄河流域尤为突出：山西、陕西、内蒙古、宁夏等4个省份煤炭资源占全国的67%，但水资源仅占全国的3.85%。因此，国家很早就要求新建煤化工项目废水零排放，即不设排污口，只有雨水口。
一位业内专家告诉记者，煤化工废水零排放是指将生产过程中产生的废水进行处理和回用，同时将废水中的所有物质都回收、使用或固化为有价值的资源或产品，实现“无废液排出”目标。
煤化工废水包括有机废水和含盐废水。有机废水处理技术目前较为成熟；含盐废水经过一般膜浓缩处理可实现70%以上的再生水回用，但占比在20%~30%的浓盐水如何低成本处理和结晶固化成为实现煤化工废水零排放的主要瓶颈。在焚烧、深井灌注、晾晒、蒸发塘等传统处理方式中，不少企业选择了蒸发塘。但是，面对巨量的废水处理需求，蒸发塘受面积所限远远无法满足需求。个别企业为了减少处理成本而投机取巧，出现了腾格里沙漠污染事件等负面案例。
我国煤化工产业发展规模大且密集，废水零排放并无可借鉴的成熟经验。加之一开始技术不成熟、工艺路线复杂、投资成本高，鲜见成功案例。例如，某大型煤化工企业曾委托当时一家世界500强的水处理公司建设废水零排放工程，但因外企缺少同等规模项目建设经验，工程投用后运行不理想、系统不稳定，大量混盐无处堆放。因此，不仅企业心存质疑，很多专家也保守地认为，中国煤化工仅能实现近零排放。
近零排放还是零排放，成为许多煤化工企业的疑惑。
然而实际上，早在2018年，国家能源集团宁东煤化工基地就建成了全球最大煤化工产业园的零排放和资源化利用项目，从2019年3月正式出水至今，5年来系统运行一切正常。
能否实现废水零排放?项目实施方合众思公司的回答十分肯定：“能!”
产业界的选择：吃“精粮”还是吃“粗粮”?
在工业废水零排放技术选择中，膜技术和蒸发结晶技术是备受业界关注的两种。
田旭峰告诉记者，膜是非常“金贵”的高分子材料，被业界称为“吃精粮的”，对进水水质要求极高，水质稍不合格，就会被污染堵塞，导致系统无法运行；相比膜技术，蒸发结晶技术对进水指标要求不那么苛刻，被称为“吃粗粮的”。
究竟是吃“精粮”还是“粗粮”，成为产业界争论不休的话题。
“我们花了整整4年时间在全球寻找合适的技术。”田旭峰说，他带领公司研发人员逐项遴选世界先进的废水零排放技术，包括正渗透、膜蒸馏等。经过无数次选材、选型、择优、中试，结合业主的需求——投资成本低、工艺路线短、操作方便、能耗低等，他们最终认定，蒸发结晶是实现废水零排放的必经之路。这一观点也得到了很多专家学者的认同。
什么是蒸发结晶技术?“很多工业废水处理技术都是受到大自然和日常生活的启发。蒸发结晶技术的概念也来源于生活，如加热天然水制备纯净的蒸馏水。”田旭峰形象地解释说，“工业企业的生产过程是不间断的，并且不能有结垢物质附着在加热面上。这就对蒸发器的材质和技术参数提出了更高的要求。在实现工业废水零排放的过程中，由于浓盐水成分复杂，需要针对不同的工程和浓盐水进行沸点升高试验，以确定换热面积、压缩机温升等参数。”
在全力推进技术研发的同时，他们选定全球蒸发行业的鼻祖加拿大威亭设备公司(Whiting)为独家战略合作伙伴，并引入相关技术进行吸收、再创新，开发出拥有发明专利的蒸发结晶技术。
一把“粗粮”吃下去，一众项目建起来。从2014年至今，合众思将其蒸发结晶技术广泛应用于黄河流域的30多个国家重大能源项目的废水零排放工程中，其中不少工程成为全行业的标杆工程。
合众思的考量：“技术账”还是“经济账”?
先进蒸发结晶技术的开发，解决了能源行业特别是煤化工行业的废水零排放难题，成为黄河流域生态环境保护和行业企业实现绿色可持续发展的有力支撑。
多年来，合众思算了一笔庞大的“技术账”。2003年成立至今，他们先后投资6000万元建设实验室、中试基地和生产基地，自主研发生产了大流量过滤系统、全系列污染指数测定仪、高盐水除COD(化学需氧量)装置、蒸发结晶系统专用药剂等产品，开发了冷冻法、晶种法两项行业领先的高盐废水处理技术，申报近200项国家专利(发明专利12项)，参编国家和行业标准7项。其中，“浓缩结晶分质提盐及资源化技术装备、煤化工废水深度处理技术装备”入选工信部首批《国家鼓励发展的重大环保技术装备依托单位》，“工业高盐废水蒸发结晶及高值资源化处理利用技术”被列入《北京市节能技术产品推荐目录(2020年本)》。
“算好自身‘技术账’的同时，也必须为企业算好‘经济账’。”田旭峰说，采用蒸发结晶技术进行零排放和分盐，工程总投资额可降低至少一半，还可分离出可市售的工业盐副产品。在国家能源集团宁东煤化工基地废水零排放项目，浓盐水经过膜浓缩和分盐后送到蒸发结晶单元处理，每年副产氯化钠结晶盐3.71万吨、无水硫酸钠3.93万吨，按照市场价氯化钠50多元/吨、硫酸钠200多元/吨计算，每年可盈利近1000万元。
为了进一步降低运行成本，公司不断优化工艺，分离出更高品质和附加值的工业盐。根据来水的组分不同，他们可以分离出氯化钠、硫酸钠、氯化钙、硫酸铵、磷酸铵、硝酸盐等高品质盐。
如今，合众思的“经济账”也已算到多个其他领域。在山东莱西南墅石墨烯产业区废水零排放工程，以前只能分离出50多元/吨的氯化钠，氯化钙等作为废物处理。如今在系统没变的前提下，主副产品变成了1600元/吨的氯化钙。

在宁夏宝丰储能材料有限公司电池材料产业链示范项目，合众思改用氨水代替此前常用的氢氧化钠调整反应液pH值，投资不变的前提下，获得的结晶盐从便宜的硫酸钠变成市价1000多元/吨的硫酸铵。
“‘最后一公里’打通了，用户大可‘一路豪歌向天涯，’而我们‘斗罢艰险又出发’。”谈到未来打算，田旭峰说，“蒸发结晶技术核心包括工艺路线、加工制造、特殊金属材料三大块，中国在后两项拥有绝对优势。我们现在又掌握了先进的工艺包，因此下一步计划‘走出去’。我们的技术如果用到国外，利润可高达50%。”
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