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神奇“膜法”治“黑龍”

  • 發(fā)布時間:2015-06-09 01:30:37  來源:科技日報  作者:佚名  責(zé)任編輯:羅伯特

  “這水已經(jīng)等同于純凈水,對人體無害,解渴不成問題?!?/p>

  一邊說著,羌強一邊用手捧起經(jīng)過處理的造紙制漿廢水,連喝兩大口。

  5月下旬的江蘇,盡管已經(jīng)步入初夏時節(jié),但是在南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)能達(dá)水務(wù)公司超濾系統(tǒng)運行區(qū),記者沒有聞到絲毫令人不快的異味,反而是管委會主任羌強的這個舉動讓人大吃一驚。

  就在3年前,開發(fā)區(qū)王子造紙公司的制漿廢水原計劃建一條百余公里的管道直排大海,而那里正是啟東漁民世世代代賴以為生的傳統(tǒng)漁場。管道工程一夜之間陷入輿論漩渦的中心,也讓這個投資百億的大項目變得命運多舛。

  而現(xiàn)在,眼前又黑又臭的造紙制漿廢水,經(jīng)過預(yù)處理、膜過濾、蒸發(fā)結(jié)晶等工序,轉(zhuǎn)瞬就變成可以回收利用的中水、工業(yè)用鹽和干泥。不僅全過程實現(xiàn)零排放,而且中水還成了開發(fā)區(qū)內(nèi)企業(yè)搶手的香餑餑。這一切的幕后功臣,就是南京工業(yè)大學(xué)徐南平院士團(tuán)隊40多位科研人員以及他們所展現(xiàn)的神奇膜技術(shù)。

  “慣例”背后的環(huán)保悖論

  啟東,是地處萬里長江入??诒眰?cè)的一個縣級市,這里三面環(huán)水,形似半島,水產(chǎn)豐富。

  3年前,當(dāng)總投資19.8億美元、設(shè)計年產(chǎn)80萬噸高檔紙、71.4萬噸木漿的江蘇王子制紙有限公司,將配建一條造紙制漿廢水排海管道的消息傳到啟東,世代以漁業(yè)為生的當(dāng)?shù)匕傩?,不由地開始擔(dān)心造紙制漿廢水會影響生態(tài)和近海漁業(yè)養(yǎng)殖。

  啟東民眾認(rèn)為,造紙廢水直排大海,污染環(huán)境、危及生態(tài)、破壞漁業(yè)資源。而在行業(yè)內(nèi),造紙制漿廢水經(jīng)處理后直排大海是國際“慣例”,王子公司是世界第三、亞洲第一大造紙企業(yè),在日本國內(nèi)和其他發(fā)達(dá)國家,都采用同樣的工藝和處理方法。這是一場事關(guān)發(fā)展與保護(hù)、經(jīng)濟(jì)利益與生態(tài)效益之間的沖突。

  “死棋”牽出的技術(shù)困局

  由于政府“永久停建”的承諾,這條尚未完工的排海管道,成為一步“死棋”,留下了巨大的困局:

  ——不排大海,則日本最大在華投資項目王子造紙制漿尾水無處排放,南通面臨可能超過100億元的巨額違約賠償,經(jīng)濟(jì)上、外交上的負(fù)面連鎖反應(yīng)難以估量;

  ——就地處理,國內(nèi)外都沒有造紙制漿廢水“零排放”先例可循,有專家論證,在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,要實現(xiàn)零排放,僅前期投入就需30億元,超出修建排海管道所需12億元的一倍多,地方財政難以為繼。

  “制漿尾水零排放,當(dāng)時國內(nèi)外業(yè)界普遍認(rèn)為不可能?!表椖繉嵤┤?、南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所楊剛教授說。

  記者采訪獲悉,造紙制漿廢水處理有三大技術(shù)障礙無法逾越:一是成分復(fù)雜,有300—600種物質(zhì),特別是含有大量的膠體物質(zhì)、木質(zhì)素、短纖維等,極易造成納米級的過濾膜污染堵塞,3個月必須更換,成本極高;二是含有高濃度的有機物,使得脫水不徹底,副產(chǎn)鹽無法結(jié)晶;三是預(yù)處理過程中的臭氣難以控制,影響環(huán)境。

  關(guān)鍵時刻,時任江蘇省省長助理兼科技廳廳長、中國工程院院士、中國膜科學(xué)973項目首席科學(xué)家的徐南平主動請纓,帶領(lǐng)南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)研究所的40多位研發(fā)人員,接下了造紙制漿廢水“零排放”的世界性技術(shù)難題。

  他們將要完成的任務(wù)是,全天候、24小時無條件運行,將制漿廢水變成可回收利用的中水、工業(yè)用鹽及干泥,實現(xiàn)廢水全量回收利用。

  此時,基本沒有專門留給他們的科研攻關(guān)時間。

  “膜法”制勝的創(chuàng)新豐碑

  “要實現(xiàn)‘零排放’,科學(xué)鎖定制漿廢水的成分十分重要。”楊剛介紹,由于制漿廢水成分復(fù)雜,水質(zhì)比課題組想像的更差,就連日本王子公司也在不斷修正指標(biāo),僅從每次提供的水質(zhì)參數(shù)上看,一次比一次惡劣。

  “我們沒有任何退路,只能背水一戰(zhàn)!”徐南平院士告訴記者。為了盡快獲得實驗數(shù)據(jù),將日本原廠的廢水空運到南通進(jìn)行研究。

  在對水樣多次科學(xué)分析的基礎(chǔ)上,項目團(tuán)隊提出了成套設(shè)計工藝。

  這套裝置的工藝分別為預(yù)處理、膜集成和蒸發(fā)結(jié)晶3個流程,每個流程都包含著諸多復(fù)雜技術(shù)與工藝,環(huán)環(huán)相扣,缺一不可。如預(yù)處理中,科研人員采用生物膜降解技術(shù),不僅可將臭味去除,還有效解決了過濾膜的污染堵塞難題。

  “這是國際上目前最為先進(jìn)合理的工藝?!睏顒傉f。

  膜集成是關(guān)鍵環(huán)節(jié),占到處理水量的90%多。通過膜材料這個特殊的“篩子”,將大部分好水過濾出來,是實現(xiàn)零排放的重要保障。

  最終,南京工業(yè)大學(xué)研究人員精心設(shè)計出的膜集成環(huán)節(jié)過濾出的純水,水質(zhì)指標(biāo)COD小于3,電導(dǎo)率小于150,比自來水都好。

  此時,幾萬噸廢水中還剩下幾百噸高鹽水需要處理。如何讓鹽分結(jié)晶,順利提取出來,做到既有效又節(jié)能,是整個工藝的最后一道工序。但國內(nèi)外沒有可供參考的案例。某國外造紙企業(yè)采用了蒸發(fā)技術(shù),但最終出來的都是糊狀物,鹽分根本提取不出。

  為此,研究人員采取了機械再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù),結(jié)合恰當(dāng)?shù)倪M(jìn)水條件和過程條件控制,實現(xiàn)了有效結(jié)晶。前來采購的精細(xì)化工廠都不敢相信,這白花花的工業(yè)鹽竟然出自制漿廢水。

  最后剩余的干泥,含有鈣、鎂等成份,被用在建筑工程中,是實惠又安全的材料。

  3個月完成設(shè)計,6個月完成建設(shè)與安裝,一年實現(xiàn)試運營。在王子公司制漿生產(chǎn)線建成投產(chǎn)之前,廢水處理工程全部建成,中方完全履行了雙方簽訂的協(xié)議。

  看似“天方夜譚”的世界級難題,攻克了!

  目前,這套全球唯一的制漿廢水中水回用裝置已經(jīng)在南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)“能達(dá)水務(wù)有限公司”順利運行一年多。

  開發(fā)區(qū)環(huán)保局局長王朝輝表示,能達(dá)公司是中水回用工程的實施主體,制漿廢水日處理能力設(shè)計峰值達(dá)4萬噸,平均值3.65萬噸,王子公司日產(chǎn)制漿廢水3.2萬—3.6萬噸,全部在這里集中處理。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,處理后產(chǎn)生的中水水質(zhì)良好,主要水質(zhì)指標(biāo)如COD、濁度、硬度、pH值等,均優(yōu)于長江水甚至自來水。

  經(jīng)測算,目前每噸中水運行成本約為5元,售價為2元,地方財政只需要補貼運行成本3元。與排海管道工程相比,建設(shè)資金和運行費用都有顯著降低。經(jīng)過適應(yīng)性運行后,將有可能進(jìn)一步降低運行成本。

  由于售價低、水質(zhì)好,這些回用中水已經(jīng)成為開發(fā)區(qū)內(nèi)企業(yè)爭搶的香餑餑,僅王子公司每天就引中水1.2萬噸用于造紙,江山農(nóng)化每天也使用5000噸,用于鍋爐補充水或循環(huán)冷卻水。園區(qū)每年因此可節(jié)水2000萬噸,并減少向水體排放COD、BOD分別為1500噸和400噸。一項技術(shù)便釋放出大量的環(huán)境容量指標(biāo),為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展“騰出”巨大空間。

  相關(guān)專家表示,包括造紙行業(yè)在內(nèi)的一批工業(yè)項目,盡管是達(dá)標(biāo)排放,但對水環(huán)境的傷害仍然不小,長此以往必然會造成水體不堪重負(fù)。

  “中水回用工程具有很大的科技推廣價值?!毙炷掀奖硎?,這次成功實踐,讓他們有信心解決幾乎所有工業(yè)廢水的處理問題。只要科學(xué)分析相關(guān)工業(yè)廢水的成分,有針對性地進(jìn)行相關(guān)膜材料集成,均可實現(xiàn)全部中水回用,也就是零排放。如果各地政府能夠下定決心進(jìn)行推廣,這項技術(shù)將對中國乃至世界的水資源保護(hù)、水環(huán)境治理發(fā)揮不可估量的作用。

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