《环境与生活》杂志|董兆祥：创新思维实现工业废水零排放
◎实习生 王之远 本刊采访人员 郑挺颖
钢铁行业用水量占全国工业用水总量的3%左右 ， 钢铁生产过程必然伴随大量工业废水排放 ， 废水中包含了大量悬浮物和多种金属离子 ， 所含物质差异性大 ， 处理难度较大 。 在环境保护领域 ， 钢铁工业的废水处理问题持续受到关注 。 不过 ， 有环保资深专家称 ， 有一项绿色技术能为工业废水综合利用打开突破口 ， 这就是河北奥博水处理有限公司发明的废水用作循环水零排放技术 。 那么 ， 这项原创技术是如何实现的？
10月10日 ， 《环境与生活》采访人员来到河北省邯郸市冀南新区 ， 采访了奥博水处理有限公司董事长董兆祥先生 。
本文插图
图｜在广东佛山市举办的第十届国际发明展览会的会场外 ， 董兆祥展示获奖证书和金牌 。
治理行业痼疾的新思路
顾名思义 ， 废水用作循环水零排放技术 ， 即通过加入多功能阻垢缓蚀剂 ， 让未经深度处理的工业废水直接作为冷却循环水的水源 ， 一方面能保护循环水系统设备 ， 另一方面还能实现废水资源化 。
本文插图
图｜2018年9月 ， “废水用作循环冷却水零排放处理技术”在广东佛山市举行的第十届国际发明展览会上获得创新项目金奖 。
说到钢铁行业的废水处理 ， 董兆祥董事长首先分析了传统做法带来的问题：多年来 ， 钢铁行业普遍将干净水应用于冷却循环水系统中 ， 却依然无法避免设备结垢、腐蚀——在经软化处理后的水中 ， 硫酸根处于电离状态 ， 可与碳钢结合 ， 于是碳钢管道被逐渐腐蚀 ， 久而久之发生泄漏 ， 另一方面 ， 随着循环水在运行的过程中升温 ， 水中所含氧气逸出 ， 对设备造成氧腐蚀 。 同时 ， 以碳酸钙、碳酸镁为主的盐类在换热器等设备表面形成水垢 。 腐蚀、结垢现象会缩短设备使用寿命 ， 影响正常生产 ， 提高运营成本 ， 甚至埋下事故隐患 ， 此外 ， 软化水加工过程中析出的钙镁离子需要用工业盐（氯化钠）进一步处理 ， 最后形成的含氯化钙、氯化镁的废水在排放后必然造成环境污染 。
“我们的技术不需要使用软化水 ， ”董兆祥指出 ， “不用干净水 ， 反而更能实现我们防腐蚀、防结垢两大目标 。 ”
本文插图
图｜在一次创新科技项目展览会上 ， 河北邯郸奥博水处理有限公司董事长董兆祥在给参观者认真介绍“废水用作循环冷却水零排放处理技术”的机理、效果、用户认可和专家论证 。
针对已有问题 ， 董兆祥跳出固有的思维模式 ， 不再关心水质 ， 转而采用了以有机膦酸、聚羧酸、磺酸盐和唑类为主要成分的多功能阻垢缓蚀剂 ， 这么做主要能起到两点关键作用：
其一 ， 药剂中的唑类和有机膦酸能络合废水中的重金属离子 ， 进而在设备表面形成预膜 ， 这类重金属离子膜一旦形成 ， 就可以抵御高氯离子、高硫酸根离子和溶解氧对设备的腐蚀 ， 从而解决腐蚀问题；
其二 ， 药剂中的聚羧酸、磷酸盐、磺酸盐将作用于超饱和结垢物质的析出过程 ， 并改变其晶体形态 ， 形成例如碳酸钙的多面体等不规则水渣 ， 这些水渣不能在换热设备表面附着成垢 ， 流动的循环水将水渣冲到循环水池中 。 进而解决了结垢问题 。
如此一来 ， 困扰钢铁行业多年的设备结垢、腐蚀这一“顽疾”得到根治 。 此外 ， 废水中的结垢物质在超饱和状态下必然发生结晶析出 ， 其中的氯化钙结晶将充当净水剂沉淀杂质 ， 让循环水的水质得到进一步改善 ， 方便后续再循环利用 。
全面实现废水低成本资源化
在解决冷却水循环系统“顽疾”的同时 ， 这一技术对废水的处理力度也非常可观 。
一般而言 ， 废水的生化处理需要好氧、厌氧、缺氧等处理设施 ， 而循环水系统恰好符合其条件：在冷却塔处 ， 水与空气交换热量 ， 空气中的氧进入循环水中 ， 使COD（化学需氧量）得到降解；循环水池中上千种微生物进行代谢 ， 使BOD（生化需氧量）得到降解；上水管道是兼氧环境 ， 大分子有机物可分解成小分子有机物；回水管道又是缺氧环境 ， 硝酸盐分解成氮气和无机物 。 废水如此在循环水系统中无限循环 ， 所有的有机物和有机挥发性气体均可降解；换热器处 ， 废水中的乳化油与水中的氢氧根碱度、碳酸根碱度受热产生皂化反应 ， 可起到杀菌、灭藻、清洗作用 ， 由此 ， 废水在循环水系统中得到了深度处理 ， 完成了高效的废水资源化 。
本文插图
图｜2017年4月 ， 在石家庄市万达宾馆 ， 董兆祥与前来考察“废水用作循环冷却水零排放处理技术”的荷兰化学博士王龙先生一起讨论相关技术标准以及在欧盟推广的具体事宜 。
在高效率处理废水之外 ， 废水用作循环水零排放技术的另一大不容忽视的特点是低成本 。 董兆祥强调 ， 传统使用的或国外引进的废水处理回用技术 ， 无论设备投资费用多高、工艺技术要求多么复杂、运行费用多昂贵 ， 本质目的都是为了实现有机物的降解和无机物的固液分离 。 但是 ， 奥博公司的这一技术工艺特别简单 ， 也几乎没有设备投资 ， 他笑着说：“我们的设备就是一个一吨装的塑料桶 ， 药剂加好就可以了" 。
在这一过程中 ， 废水也只需要在污水调节池存放一下 ， 在自然降温、降浊和除掉漂浮油后 ， 就可直接补入循环泵入口处 。 多功能阻垢缓蚀剂的日投加量为循环水系统保有水量的50 ppm 至100ppm（ppm为浓度单位 ， 1ppm为百万分之一） ， 这意味着蒸发掉一吨废水所用药剂的成本仅仅在4元左右 ， 为市面上传统技术所用成本的几十分之一 。 如此一来 ， 每消耗掉一吨废水 ， 等于省去一吨新鲜水费、废水处理费、达标水排放费 ， 真正实现了废水低成本资源化利用 。
本文插图
图｜2018年8月23日 ， 夏青研究员考察河北省沧州市联海化工公司“废水用作循环冷却水零排放处理技术”应用过程中换热器及碳钢管道的无结垢、无腐蚀现状 。
可贵的是 ， 这项技术已经通过多家企业的实践检验 ， 并得到了用户认可 ， 长期用户达四十余家 。 董兆祥先生对自己的产品信心十足：“让用户放心是我们的服务标准：用户可以先使用后付款 ， 达不到预期效果不要钱 ， 如果造成损失我们赔 。 ”董先生甚至还向用户做出“三个百分之百”的承诺：“百分之百不结垢 ， 百分之百不腐蚀 ， 百分之百节水 。 ”
值得注意的是 ， 这项技术的应用不局限于钢铁行业 ， 在生物制药、生物化工、燃煤发电、石油炼化等行业皆有用武之地 。 例如 ， 焦化行业的废水向来处理难度较大 ， 唐山达丰焦化公司自2014年10月11日开始应用此技术 ， 随后58天时间里 ， 管理人员5次打开换热器检查效果 ， 并拍照留存 ， 结果发现循环水的水质变差了 ， 但设备的处理效果却变好了；山东富海焦化每天产生25吨脱硫废液 ， 此前是交给专门的公司处理 ， 每吨废液的费用是2000元 。 而将脱硫废液用作循环水后 ， 每年节约费用1825万元 ， 同时存放在事故池的600立方米脱硫废液也陆续在循环水中得到解决 ， 进而节省120万元 。
技术发展敦促标准革新
新技术从发明之初到被市场广泛接受 ， 这一过程难免曲折 。 在董兆祥董事长看来 ， 也有几方面因素阻碍了废水用作循环水零排放技术的推广和发展 。
本文插图
图｜2018年8月23日 ， 中国环境科学研究院原副院长兼总工程师夏青研究员一行3人考察河北省沧州市联海化工公司“废水用作循环冷却水零排放处理技术”应用过程中冷却塔的运行情况 。
一方面是传统观念的束缚 。 废水用作循环水零排放技术把工业循环冷却水系统变成了工业废水最佳处理装置 ， 这在一定程度上颠覆了传统认知 ， 例如：解决循环水系统设备问题的关键不是优化循环水水质 ， 实际上 ， 循环水水质好坏与设备好坏是反比关系 ， 水质越好 ， 设备运转越差；为了防止设备腐蚀 ， 很多企业会控制循环水的PH值 ， 但循环水PH值只能靠加硫酸调节 ， 故这一要求反而会加重设备腐蚀 。
然而 ， 对于创新技术的一系列颠覆 ， 人们难免抱有担忧和疑虑 ， 对此 ， 董兆祥曾撰写《废水用作循环水零排放技术综述》一文 ， 从环保性、安全性、经济性、科学性方面阐述原理、回应质疑 。 事实上 ， 仍然有很多企业习惯于遵循已有运营模式：宁可高成本投资传统环保设备 ， 也不敢尝试低成本新技术 ， 董兆祥透露 ， 前几年 ， 他在山西召开现场会时 ， 有多家企业来现场参观 ， 最后只有一家企业采用了这项技术 。
不容忽视的是 ， 众多相关企业 ， 尤其是国有企业不敢采用新技术的原因 ， 和另一方面的阻碍密切相关——那就是现行“循环冷却水水质标准” 。 这一标准是《工业循环水处理设计规范》（GB 50050-2017）的重要组成部分 ， 对循环冷却水提出了应控制的水质指标和监测要求 。
但结合多年水处理实践经验 ， 董兆祥认为 ， 只要达到以下四项标准：水温低于30摄氏度、PH值不低于4.0、浊度不大于100NTU（NTU为浊度单位）、不含漂浮油 ， 废水就能作为循环水的补充水 。 而让企业制成符合标准要求的、严格控制氯离子、硬度等指标的达标水 ， 必然也伴随着大量废水的产出 ， 继续处理废水 ， 则高耗能；直接排放 ， 则污染环境 ， 合标做法看似节能减排 ， 实则耗能增排 。 此外 ， 董兆祥董事长还呼吁 ， 应及时修订设备防垢、腐蚀率标准 ， 因为在循环水控制标准无法解决结垢腐蚀问题的局面下 ， 所规定的“碳钢<0.075毫米/年 ， 铜、不锈钢<0.005毫米/年”等腐蚀率标准 ， 同样没有清洁生产的意义 。
本文插图
图｜2017年7月 ， 董兆祥在北京环境大厦向与会专家介绍“废水用作循环冷却水零排放处理技术”的基本原理、数据证明、应用效果、注意事项等内容 。
此外 ， 一部分用户虽然选择了这项技术 ， 但在具体使用过程中遇到了不在预期内的问题 ， 就不敢再继续使用了 。 对此 ， 董兆祥先生回忆道 ， 新技术使用过程中 ， 确实曾经出现过自己始料未及的问题 ， 但解决办法并不复杂 。 例如 ， 山东鲁清石化在使用废水时 ， 出现了异味太大的问题 ， 本质上是因为水池水位太高 ， 单次循环量大 ， 耗时长 ， 只要把水池水位降低 ， 问题就解决了；潞安矿务局焦化厂在冬天使用废水时 ， 因气温较低 ， 废水不上冷却塔降温 ， 致使循环水缺氧 ， 造成氨不能及时转化成硝酸根 ， 致使氨气从水中逸出 ， 腐蚀了凉水架 。 所以无论冬夏 ， 循环水必须上冷却塔处理 。 “细节关乎成败” ， 董兆祥表示 ， 新技术实施细节上的经验教训 ， 是多年实践总结和积累出来的宝贵财富 。
可能是“废水用作循环水零排放技术”太过颠覆性 ， 很多潜在客户对这一创新还是持观望态度 。 但是 ， 作为污水处理领域的资深专家 ， 中国环境科学研究院前副院长夏青研究员 ， 经过多次实地考察 ， 对董兆祥的这一技术深表赞赏 ， 并给予明确支持 。
“天下难事 ， 必作于易”
环保、经济 ， 是废水用作循环水零排放技术的目标与发展动力 ， 高效、简易 ， 则是该技术原理与操作逻辑上的特色 ， 也体现出董兆祥先生对“天下难事 ， 必作于易”这一古训的认同与坚持 。
本文插图
图｜2017年9月 ， 在浙江省宁波市举行的第二届全国石油化工重点工程节能减排与环保水处理技术研讨会上 ， 董兆祥做了重点发言 。
董先生提到 ， 其实这一技术的灵感源于“农家肥”：不管何种动物产生的含有何种成分的粪便 ， 挑到庄稼地里就是天然无污染的最好肥料 。 相应地 ， 经基本处理的废水加上廉价原料制成的药剂 ， 就能彻底“变废为宝” ， 成为最佳循环水水源 。
董兆祥直言：“废水用作循环水零排放这项技术关键在药剂 ， 但它的原料非常普通 ， 很多单体在市面上就能买到 。 ”不过 ， 原料虽简 ， 研究出合适的精确配方仍然需要长期的探索和试验 。 1993年 ， 董兆祥开始研究工业循环水处理药剂及节约用水技术 ， 十年间做了上千次实验 ， 公司成立后 ， 他继续进行相关技术研究 。 最终 ， 在企业员工的共同努力下 ， 公司先后研发出12种水处理剂新产品 ， 并已有多项技术专利 。
本文插图
图｜2015年8月 ， 中国品牌创新发展工程在北京京西宾馆举行的第二届中国行业影响力品牌夏季峰会上 ， 奥博公司荣膺“水处理行业推介企业”品牌 。
在采访的最后 ， 董兆祥董事长表示 ， 为了便于推广 ， 自己愿意放弃个人专利 ， 希望这些服务于社会的技术能够得到更广泛的应用 。
本文插图
本文系《环境与生活》杂志原创 ，
如需转载 ， 请联系本刊；
转载请注明出处及作者 。
责编：刘国伟 网编：于宝源
微博：@环境与生活
【《环境与生活》杂志|董兆祥：创新思维实现工业废水零排放】红板报：环境与生活杂志
推荐阅读
- 细胞|“首个人类胚胎完整模型”！两篇《自然》报道重大进展
- 地球|地球或将再次发生磁极翻转
- 长江|长江断流？你信吗？
- 武汉|《柳叶刀》：武汉人群新冠抗体阳性者占6.9％，其中82％系无症状感染
- 《 苹果燕麦粥》的制作方法
- 中和抗体|王辰团队《柳叶刀》发文，武汉人群研究显示新冠中和抗体至少可以维持9个月
- 【养生厨房】今日菜谱——《草头排骨》
- 种族主义|《纽约时报》煽动对中国的种族主义，美网友群起斥责
- 种族主义|《纽约时报》报道煽动针对中国的种族主义，作者竟然是华人！
- 疫苗|最新《细胞》确认！多种新冠变异病毒，可抵抗疫苗产生的抗体