水处理技术简史 | 零排放

  发布时间: 2021年01月14日 00:50:17   作者: 广丰能源网

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北极星水处理网讯:零排放可能是环保圈最时髦的词汇。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 Disge,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。

第一部分 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,美国国会通过了著名的《清洁水法案》(Clean Water Act),明确规定企业向自然水体排放污染物必须事先获得许可,正式建立了排污许可证制度。1974年,美国又专门制定了《科罗拉多河流域盐度控制法案》(The Colorado River Basin Salinity Control Act)。

而此时,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。这就是世界上最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。

第二部分 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年就建成了第一个氯碱工厂,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极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极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。

要解决这些问题,就需要对原有蒸发器在设计和工程方面做出相应改进。而这主要是由一些技术实力雄厚的工程公司完成的。在零排放特别是蒸发结晶领域,国际上最知名的三家公司是RCC、HPD和Aqua-Chem公司。

HPD公司成立于1921年,总部位于伊利诺伊州,号称世界上最大的蒸发与结晶公司,在全球提供了超过800套蒸发结晶系统。1998年,HPD被威立雅(Veolia)公司收购。

Aqua-Chem公司成立于1931年,总部位于威斯康星州,是热法脱盐系统的先驱之一。2000年,Aqua-Chem的工业浓缩与脱盐(ICD)部门被阿奎克(Aquatech)公司收购,零排放业务即包括在内。

RCC公司成立于1970年前后,总部位于华盛顿州,是最早推动零排放的技术公司。可以毫不夸张地说,RCC就是为零排放而生。1993年,RCC被Ionics公司收购。2005年,Ionics公司被GE收购。2017年,GE水处理业务被苏伊士(Suez)收购。

1970年代早期,RCC的研究人员向废水蒸发器中加入大量硫酸钙颗粒,其粒径为数十微米,它们与盐水形成固液混合的浆液后,再进入竖直的换热管内壁实现降膜蒸发。这就是所谓的晶种法工艺(Seeded Slurry Process)。

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