“這水已經(jīng)等同于純凈水，對人體無害，解渴不成問題。”
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)濟技術開發(fā)區(qū)能達水務公司超濾系統(tǒng)運行區(qū)，這里沒有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)大學徐南平院士團隊40多位科研人員以及他們所展現(xiàn)的神奇膜技術。
“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，當總投資19.8億美元、設計年產(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?shù)匕傩眨挥傻亻_始擔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)達國家，都采用同樣的工藝和處理方法。這是一場事關發(fā)展與保護、經(jīng)濟利益與生態(tài)效益之間的沖突。
“死棋”牽出的技術困局
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)濟上、外交上的負面連鎖反應難以估量;
——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，當時國內(nèi)外業(yè)界普遍認為不可能。”項目實施人、南京工業(yè)大學膜科學技術研究所楊剛教授說。
據(jù)悉，造紙制漿廢水處理有三大技術障礙無法逾越：一是成分復雜，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;三是預處理過程中的臭氣難以控制，影響環(huán)境。
關鍵時刻，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973項目首席科學家的徐南平主動請纓，帶領南京工業(yè)大學膜科學研究所的40多位研發(fā)人員，接下了造紙制漿廢水“零排放”的世界性技術難題。
他們將要完成的任務是，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時間。
“膜法”制勝的創(chuàng)新豐碑
“要實現(xiàn)‘零排放’，科學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，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)!”徐南平院士表示。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行研究。
在對水樣多次科學分析的基礎上，項目團隊提出了成套設計工藝。
這套裝置的工藝分別為預處理、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雜技術與工藝，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。如預處理中，科研人員采用生物膜降解技術，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合理的工藝。”楊剛說。
膜集成是關鍵環(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)大學研究人員精心設計出的膜集成環(huán)節(jié)過濾出的純水，水質(zhì)指標COD小于3，電導率小于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，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，結(jié)合恰當?shù)倪M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個月完成設計，6個月完成建設與安裝，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)濟技術開發(fā)區(qū)“能達水務有限公司”順利運行一年多。
開發(fā)區(qū)環(huán)保局局長王朝輝表示，能達公司是中水回用工程的實施主體，制漿廢水日處理能力設計峰值達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，建設資金和運行費用都有顯著降低。經(jīng)過適應性運行后，將有可能進一步降低運行成本。
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。一項技術便釋放出大量的環(huán)境容量指標，為地方經(jīng)濟發(fā)展“騰出”巨大空間。
相關專家表示，包括造紙行業(yè)在內(nèi)的一批工業(yè)項目，盡管是達標排放，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。
“中水回用工程具有很大的科技推廣價值。”徐南平表示，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。只要科學分析相關工業(yè)廢水的成分，有針對性地進行相關膜材料集成，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行推廣，這項技術將對中國乃至世界的水資源保護、水環(huán)境治理發(fā)揮不可估量的作用。
廢水可直接飲用？科學家破解造紙制漿廢水零排放難題
時間：2015-06-15
來源：科技日報
