多功能多面空心球填料生產廠家零鹽水ZERO BRINE——循環經濟時代的工業水處理

　　多功能多面空心球填料廠家零鹽水ZERO BRINE——循環經濟時代的工業水處理。近幾年來，循環經濟(Circular Economy)這個概念越來越火，它的核心理念是要將各種資源物盡其用，沒有所謂的垃圾。這本來就是大自然的運轉法則。

　　為了在工業廢水界實踐循環經濟理念，“歐盟地平線2020”計劃于2017年專門成立了一個為期4年的子項目ZERO BRINE。

　　加工行業會產生大量含鹽水，例如化工每年就生產1150萬噸鹽水，然后我們又要花費很高的成本去處理它們。其實工業鹽水含有各種鹽、礦物質、金屬，有機物等多種化學物質。

　　ZERO BRINE的目標就是要想辦法回收這些含鹽廢水中的各種資源，一改過去消耗資源的處理方法，給產生廢水的污水廠或者周邊行業創造新的創收點和價值供應鏈，形成一個資源利用的閉環。

　　原來在歐洲，很多關鍵原材料也是100%依靠進口，例如鎂元素 (歐洲94%的鎂來自中國)。ZERO BRINE給了歐洲一個從污水回收這些原材料的希望。這是一石二鳥的愿景：和環境和諧相處的同時，提高歐洲工業的競爭力。

　　在歐盟100%進口依賴關鍵原材料(例如鎂)的時代，零鹵(ZERO BRINE)技術為從廢水中收獲第二代材料提供了許多好處。ZERO BRINE解決方案在與環境和諧相處的同時，還增強了歐洲工業的競爭力。

　　ZERO BRINE這個項目一共吸引了10個國家22個合作伙伴，荷蘭TU Delft大學是項目的牽頭和協調單位。

　　歐洲四國的中試項目

　　中試示范是這個項目的重點，這些項目分布在荷蘭、西班牙、土耳其和波蘭四個國家。

　　荷蘭

　　從2019年1月開始，荷蘭的水務公司EVIDES在鹿特丹的Botlek開啟的名為去礦質水廠的大型示范工程，重點考察離子交換和膜技術的工業廢水處理技術，具體包括了溶氣氣浮 (DAF)、反滲透、混合床離子交換。

　　圖. 荷蘭示范項目現場 | 圖源：zerobrine官網

　　荷蘭有兩個場地，場地一用納濾-蒸發法來處理離子交換產生的廢再生液，回收里邊的鈣、鎂(目標回收率>90%)、鹽和水，場地二則是處理反滲透的濃縮液，將考察陰離子交換–納濾–蒸發–共晶凍結結晶(EFC)的可行性，目標回收物包括硫酸鹽(目標回收率>70%)、碳酸氫鈉、富含氯化鈉的再生溶液和水。

　　圖. 鹿特丹Botlek污水廠的工藝流程圖 | 圖源：zerobrine官網

　　波蘭煤電廠

　　波蘭的礦堆每年都會將約400萬噸的鹽傾倒入河，包括為60%的波蘭人提供淡水的Vistula河。

　　當局計算顯示，這些含鹽廢水每年給工業和農業造成約1-2.5億美元的損失。

　　反滲透-蒸氣壓縮系統是波蘭目前主流的脫鹽手段。

　　ZERO BRINE項目和Silesian理工大學合作，選擇在波蘭Laziska Górne的一個煤礦廠作為考察對象，希望能開發以納濾+反滲透+電滲析組合的新工藝，目標能耗僅為現行工藝的50%，目標回收物包括了去礦質水、氫氧化鎂、含鈣溶液，剩下的濃縮液可以用于鹽結晶。

　　圖. 波蘭Boleslaw Smialy煤礦廠全景 | 圖源：ZEROBRINE官網

　　這個項目從2019年7月開始運行，規模為400L/小時，處理廢水的鹽度約23g/L。結果顯示，納濾能有效分離氯化鈉和氫氧化鎂。單位能耗為12kWh/m³，鹽回收率為83%。

　　圖. 波蘭示范項目的工藝流程圖 | 圖源：ZEROBRINE官網

　　西班牙制硅廠

　　西班牙IQE集團是一家專門生產無機原材料的公司，成立于1958年，總部位于西班牙的薩拉戈薩。非晶硅是他們的重要產品之一。非晶硅的合成非常耗水，1噸硅的生產需要40噸的水，同時需要用到硫酸和砂，因為會產生約35噸廢水，硫酸鈉的濃度高達20g/L。

　　據統計，歐洲每年生產62萬噸硅，繼而有2170萬廢水需要處理。IQE希望通過這個項目將污水回收率提高到80%，減少淡水消耗。

　　在西班牙這個項目里，ZERO BRINE工藝分為三部分，首先硅廢水先通過懸浮固體濾池和超濾膜進行預處理，然后通過反滲透膜進行濃縮，得到清水和硫酸鈉的濃縮液，濃縮液進入第三部分的蒸發結晶，得到純凈水和無水硫酸鹽。

　　這套工藝預計能為IQE每年回收20000噸的硫酸鈉和100萬噸的回用水。這種通過反滲透預濃縮技術的成本估計是直接蒸發的30%。

　　他們的成本分析顯示，改良后的工藝能為工廠每年節省46萬歐元的污水處理費用，而且還能從回收硫酸鈉得到180萬歐的收入。

 

　　土耳其紡織廠

　　紡織業是土耳其的支柱產業之一，占了全國GDP的10%，為75萬人提供就業。但紡織業也產生了大量的廢水，無論從環境還是經濟角度考慮，實施零排放的技術方案對土耳其都是有利的。

　　生物或物理化學的污水處理在紡織業也很常見，使用三級處理的廠還會用到納濾和反滲透。如果要實現零排放，需要對反滲透的濃水也進行處理。

　　他們選了土耳其伊斯坦布爾西北邊的Luleburgaz的Zorlu紡織廠進行中試，通過臭氧氧化和納濾去除雜質(例如色度、硬度、有機質和硫酸鹽)，然后用反滲透去除剩下的10-20%的鹽，回收凈水，最后用離子交換來回收鹽。另外會有活性炭吸附和紫外氧化單元去除多余的臭氧。

　　圖. 土耳其中試的工藝流程圖 |

　　這個系統能每小時能處理300L的RO濃縮液，氯化鈉的回收率約70-80%，反滲透的清水回收率在50-60%之間。

　　圖. 土耳其中試地點 |

　　關注含鹽廢水的研究中心

　　除了示范工程，ZERO BRINE項目也積極推動含鹽廢水的基礎研究。項目在荷蘭、意大利、西班牙、波蘭和希臘的大學和研究院設有實驗室的研究課題，對共晶冷凍結晶、納濾、離子交換、反滲透和鹽回收等工藝技術的細節進行考察。

　　圖. 荷蘭TU Delft實驗室的研究設備 |

　　線上交流平臺

　　此外，他們還建立了一個在線知識平臺，將所有含鹽廢水相關的信息都匯集到一個網站里，幫助相關參與者得到咨詢和交流的機會。注冊用戶可以在里邊了解到加工行業目前會產生含鹽廢水的來源、各種礦物的用途和屬性、ZERO BRINE案例更詳細的介紹，以及各種代號的解釋。感興趣的讀者不妨親自注冊一試。

 

　　總的來說，ZERO BRINE是歐洲在生產制造業推行循環經濟理念的一個重大實踐。因為這個項目預計在今年才結束，各地項目還在進行時。等項目正式結束并有更多數據的時候，我們再為讀者帶來后續報道。

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