携手同行,共创辉煌!
国际动态
当前位置:首页 > 国际交流 > 国际动态

ZERO BRINE --- 循环经济时代的工业水处理

发布日期:2021-08-26 来源: IWA国际水协会
  近几年来,循环经济(Circular Economy)这个概念越来越火,它的核心理念是要将各种资源物尽其用,没有所谓的垃圾。这本来就是大自然的运转法则。为了在工业废水界实践循环经济理念,“欧盟地平线2020”计划于2017年专门成立了一个为期4年的子项目ZERO BRINE。
  加工行业会产生大量含盐水,例如化工每年就生产1150万吨盐水,然后我们又要花费很高的成本去处理它们。其实工业盐水含有各种盐、矿物质、金属,有机物等多种化学物质。ZERO BRINE的目标就是要想办法回收这些含盐废水中的各种资源,一改过去消耗资源的处理方法,给产生废水的污水厂或者周边行业创造新的创收点和价值供应链,形成一个资源利用的闭环。
  
  原来在欧洲,很多关键原材料也是100%依靠进口,例如镁元素 (欧洲94%的镁来自中国)。ZERO BRINE给了欧洲一个从污水回收这些原材料的希望。这是一石二鸟的愿景:和环境和谐相处的同时,提高欧洲工业的竞争力。
  在欧盟100%进口依赖关键原材料(例如镁)的时代,零卤技术为从废水中收获第二代材料提供了许多好处。ZERO BRINE解决方案在与环境和谐相处的同时,还增强了欧洲工业的竞争力。
  ZERO BRINE这个项目一共吸引了10个国家22个合作伙伴,荷兰TU Delft大学是项目的牵头和协调单位。
  
  欧洲四国的中试项目
  中试示范是这个项目的重点,这些项目分布在荷兰、西班牙、土耳其和波兰四个国家。
  
  荷兰
  从2019年1月开始,荷兰的水务公司EVIDES在鹿特丹的Botlek开启的名为去矿质水厂的大型示范工程,重点考察离子交换和膜技术的工业废水处理技术,具体包括了溶气气浮 (DAF)、反渗透、混合床离子交换。
  
  图. 荷兰示范项目现场 | 图源:zerobrine官网
  荷兰有两个场地,场地一用纳滤-蒸发法来处理离子交换产生的废再生液,回收里边的钙、镁(目标回收率>90%)、盐和水,场地二则是处理反渗透的浓缩液,将考察阴离子交换–纳滤–蒸发–共晶冻结结晶(EFC)的可行性,目标回收物包括硫酸盐(目标回收率>70%)、碳酸氢钠、富含氯化钠的再生溶液和水。
  
  图. 鹿特丹Botlek污水厂的工艺流程图 |  图源:zerobrine官网
  波兰煤电厂
  波兰的矿堆每年都会将约400万吨的盐倾倒入河,包括为60%的波兰人提供淡水的Vistula河。当局计算显示,这些含盐废水每年给工业和农业造成约1-2.5亿美元的损失。反渗透-蒸气压缩系统是波兰目前主流的脱盐手段。
  ZERO BRINE项目和Silesian理工大学合作,选择在波兰Laziska Górne的一个煤矿厂作为考察对象,希望能开发以纳滤+反渗透+电渗析组合的新工艺,目标能耗仅为现行工艺的50%,目标回收物包括了去矿质水、氢氧化镁、含钙溶液,剩下的浓缩液可以用于盐结晶。
图片
  图. 波兰Boleslaw Smialy煤矿厂全景 | 图源:ZEROBRINE官网
  这个项目从2019年7月开始运行,规模为400L/小时,处理废水的盐度约23g/L。结果显示,纳滤能有效分离氯化钠和氢氧化镁。单位能耗为12kWh/m³,盐回收率为83%。
  
  图. 波兰示范项目的工艺流程图  | 图源:ZEROBRINE官网
  西班牙制硅厂
  西班牙IQE集团是一家专门生产无机原材料的公司,成立于1958年,总部位于西班牙的萨拉戈萨。非晶硅是他们的重要产品之一。非晶硅的合成非常耗水,1吨硅的生产需要40吨的水,同时需要用到硫酸和砂,因为会产生约35吨废水,硫酸钠的浓度高达20g/L。据统计,欧洲每年生产62万吨硅,继而有2170万废水需要处理。IQE希望通过这个项目将污水回收率提高到80%,减少淡水消耗。
  在西班牙这个项目里,ZERO BRINE工艺分为三部分,首先硅废水先通过悬浮固体滤池和超滤膜进行预处理,然后通过反渗透膜进行浓缩,得到清水和硫酸钠的浓缩液,浓缩液进入第三部分的蒸发结晶,得到纯净水和无水硫酸盐。
  图片这套工艺预计能为IQE每年回收20000吨的硫酸钠和100万吨的回用水。这种通过反渗透预浓缩技术的成本估计是直接蒸发的30%。他们的成本分析显示,改良后的工艺能为工厂每年节省46万欧元的污水处理费用,而且还能从会回收硫酸钠得到180万欧的收入。
  视频. 西班牙项目的视频介绍
  土耳其纺织厂
  纺织业是土耳其的支柱产业之一,占了全国GDP的10%,为75万人提供就业。但纺织业也产生了大量的废水,无论从环境还是经济角度考虑,实施零排放的技术方案对土耳其都是有利的。
  生物或物理化学的污水处理在纺织业也很常见,使用三级处理的厂还会用到纳滤和反渗透。如果要实现零排放,需要对反渗透的浓水也进行处理。他们选了土耳其伊斯坦布尔西北边的Luleburgaz的Zorlu纺织厂进行中试,通过臭氧氧化和纳滤去除杂质(例如色度、硬度、有机质和硫酸盐),然后用反渗透去除剩下的10-20%的盐,回收净水,最后用离子交换来回收盐。另外会有活性炭吸附和紫外氧化单元去除多余的臭氧。
  
  图. 土耳其中试的工艺流程图  | 图源:ZEROBRINE官网
  这个系统能每小时能处理300L的RO浓缩液,氯化钠的回收率约70-80%,反渗透的清水回收率在50-60%之间。
  
  图. 土耳其中试地点 | 图源:zerobrine官网
  关注含盐废水的研究中心
  除了示范工程,ZERO BRINE项目也积极推动含盐废水的基础研究。项目在荷兰、意大利、西班牙、波兰和希腊的大学和研究院设有实验室的研究课题,对共晶冷冻结晶、纳滤、离子交换、反渗透和盐回收等工艺技术的细节进行考察。
  
  图. 荷兰TU Delft实验室的研究设备 | 图源:ZEROBRINE官网
  线上交流平台
  此外,他们还建立了一个在线知识平台,将所有含盐废水相关的信息都汇集到一个网站里,帮助相关参与者得到咨询和交流的机会。注册用户可以在里边了解到加工行业目前会产生含盐废水的来源、各种矿物的用途和属性、ZERO BRINE案例更详细的介绍,以及各种代号的解释。感兴趣的读者不妨亲自注册一试。
  
  总的来说,ZERO BRINE是欧洲在生产制造业推行循环经济理念的一个重大实践。因为这个项目预计在今年才结束,各地项目还在进行时。等项目正式结束并有更多数据的时候,我们再为读者带来后续报道。