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【荐读】水处理技术简史 | 零排放

来源:www.lnqdhb.com         发布时间:2020-08-25 返回列表
零排放可能是环保圈时髦的词汇。它在广义上描述的是一种不向外部环境排放任何废弃物或污染物的理想状态。水处理领域所说的零排放,通常是对零液体排放(Zero Liquid Discharge,ZLD)的简称,指的是某一主体达到不向外部环境排放废水的状态。

实现零排放不外乎两个途径。一是通过源头废水减量和内部废水消纳来实现;二是通过对末端废水进行零排放处理来实现。当然,也可以是二者的结合。

零排放水处理技术虽然只经历了40多年的发展,但技术水平不断提升,应用领域不断拓展,目前已广泛应用于能源、化工、造纸等行业,正在不动声色地引 领着工业废水处理技术的发展方向。


一、 零排放的起源


零排放水处理的概念起源于美国。故事还要从横跨美国和墨西哥、全长2300多公里的科罗拉多河(Colorado River)说起。

科罗拉多河发源于落基山脉(The Rocky Mountains),上游河水盐度只有50毫克/升左右。上世纪中期,战后科罗拉多河流域的工农业迅速发展,下游河水盐度持续升高,进入墨西哥时已经超过1300毫克/升。这不仅引起了美国国内沿线七个州的广泛关注,更导致了墨西哥政府的强烈抗 议。

1972年正是美国火电产业蓬勃发展的时期。得益于充足的水源和不断上升的电力需求,不少新建电厂选址于科罗拉多河沿岸。但政府担心这些电厂的外排废水会进一步增加河水的盐度,因此延长了审批时间,企业获得项目许可通常需要花费数年之久。

因此,一些电厂开始考虑并采纳以彻 底消除外排为目标的废水处理方案,这大大缩减了项目许可所需的审批时间,通常几个月就能搞定。零排放水处理应运而生。

1974年,美国亚利桑那州纳瓦霍(Navajo)电厂、新墨西哥州圣胡安(San Juan)电厂和犹他州亨廷顿(Huntington)电厂先后投运。它们配套建设了末端废水的蒸发浓缩装置,并将蒸发装置产生的少量浓水引入蒸发塘,从而实现了零排放。这就是世界上早的几个工业废水零排放处理系统。

1980年,科罗拉多河沿线实现零排放的电厂增加至10余个。2004年,这一数字进一步增加至30来个。而此时,零排放也早已在其它地区和行业大量应用,全美建成的工业废水零排放装置总数达到120套左右。
水处理
二、 零排放技术的早期发展


早期的零排放水处理技术主要基于蒸发器和蒸发塘。而这两种技术在用于废水浓缩之前,早已在其它行业得到广泛应用。其中蒸发器的典型工业应用之一是氯碱行业中的碱液蒸发。学化工的同学们对此应该不陌生。20年前,我的毕业实习就是在一个氯碱厂的蒸发工段完成的。

而在美国,早在1893年就建成了一个氯碱工厂,氯碱工业在1940年以后更是随着石油化工的兴起得到了迅速发展,大型蒸发器的应用随之增加。这些行业主要使用多效蒸发器。

与传统蒸发应用相比,废水蒸发面临三大主要挑战。一是废水中的低溶解度组分易随着蒸发浓缩过程在换热表面发生结垢;二是废水中大量存在的氯离子易在浓缩和加热条件下对换热材料造成腐蚀;三是由于不直接产生任何高价值产品,因而用户普遍对能耗与运行成本更加敏感。

晶种法蒸发器改变了浓缩后的盐水中硫酸钙等低溶解度盐的析出位置,使得结晶过程优先发生在悬浮的硫酸钙颗粒表面,而非换热管表面,从而巧妙地解决了换热管表面的结垢问题。

与此同时,航空钛材也被开始用于制造废水蒸发器的换热管,有效解决了氯离子的腐蚀问题;机械蒸汽压缩(MVR)工艺也得到应用,大幅降低了蒸发器的绝 对能耗,并方便电厂等用户使用电能。

至此,采用钛换热管的晶种法MVR蒸发器,成为了第 一代零排放处理技术的核心。时至今日,MVR钛管蒸发器依然是几乎所有零排放工艺的标配。

蒸发塘是一种模仿自然过程的古老技术。由于它受气候条件的限制较大,因此后续在一些项目中被喷雾干燥器取代。1981年,弗罗里达州盖恩斯维尔(Gainesville)电厂建成,其零排放系统即在蒸发器后配备了喷雾干燥器。

但喷雾干燥器需要消耗大量的热空气,绝 对能耗高,处理规模有限,因此又逐渐被效率更高、操作弹性更大的强制循环结晶器所取代。这样,蒸发器与结晶器的组合也逐渐成为零排放系统的代名词。

三、小结与展望

零排放技术并非一种单一的水处理技术,而通常是一系列水处理技术的组合与集成。如果从科罗拉多河沿岸早建成零排放电厂的时间算起,世界零排放技术的发展历经40多年,大致可分为三个阶段。

一阶段,迅速确立了MVR蒸发器加上蒸发塘或结晶器的基本技术路线。这一阶段主要回答了技术是否可行的问题,使得零排放技术在受特定政策驱动的电厂等用户获得初步应用。

二阶段,逐步引入了常规膜浓缩和预处理技术。这一阶段主要回答了应用是否可拓展的问题,使得零排放技术逐渐从电厂进入化工、油砂、煤化工等行业,从美国走向全世界。

第三阶段,也是正在经历的阶段,快速推动着高 效膜浓缩和分盐结晶技术的发展。目前正在试图回答规模是否可持续的问题,这关系到零排放技术能否走得更远,能否成为未来工业水处理的标配技术。

如果从神华煤直接液化项目开始配套建设零排放水处理系统的时间算起,我国零排放技术的真 正发展只有短短10多年的历史,但演变十分迅速。我国零排放市场前期以煤化工为主,近几年电厂零排放逐渐活跃。几乎每一家水处理公司都希望进入零排放市场。我国已经在事实上引 领着全球零排放技术的发展与应用趋势。

展望未来,零排放技术的市场热度至少在短期内仍将持续。可以预见,越来越多的技术创新将进一步增强零排放系统的可靠性,降低处理成本,提升资源化率。相对而言,彻 底解决零排放结晶盐的出路显得更为迫切。可选方案或许包括,推动将副产盐纳入现有的工业盐供应与循环体系、考虑出台明确的集中处置规范、允许建设满足特定标准的人工盐湖等。