工业高盐废水治理历经数十年技术与工程迭代,国际上形成了以ZLD(零排放)和MLD(近零排放)+深井灌注为代表的两条主流技术路径;国内普遍采用ZLD+混盐填埋的技术路径。这3条技术路径均存在能耗高、排碳高、经济性差、次生固废污染、地质安全隐患等共性难题待解。
在此背景下,我国创新性提出第4条技术路径——MLD+SLS(固液协同)膏体类岩石化路径。经多年产学研用证实,该技术路径突破传统“分离提纯”的治理思维定式,构建“盐离子晶格固化+物质共生循环+地质长效封存”的全新治理体系,可有效解决高盐废水、大宗固废、采空区地质灾害治理难题,是适配我国煤炭(850105)能源(850101)禀赋的低碳、安全、经济的原创方案,为高盐废水绿色利用提供全新技术范式与理论支撑。
既往路径不尽如人意
ZLD是一套集“预处理—浓缩—蒸发结晶—固液分离”的组合工艺链,在欧美、中东等地已有数十年工程实践经验,主要应用于电厂脱硫废水、页岩气(885372)采出水、化工(850102)废水等领域。
ZLD系统设备复杂,综合投资在千万至数亿元不等。ZLD治理高盐废水最大的痛点是能耗、碳排极高。行业数据显示,蒸发结晶工段电耗达到40至80kWh/m3,且治理高浓度卤水时能耗更高。这不仅推高运行成本,还产生大量间接碳排放。治理后产物是盐及混盐,可能产生新的固废治理(884269)问题,处置成本可能高达2000至3000元/吨。换言之,ZLD是将“水污染”问题转化为“固废污染”问题,巨额投入结果是污染介质的时空转移。
MLD在ZLD基础上进行了调整。将废水最大限度浓缩后,通过深井灌注方式注入地下深部咸水层或枯竭油气藏进行地质封存,但在实际应用过程中易产生争议与风险。一是地质安全风险突出。历史上曾发生因注入压力过高诱发微地震的案例。二是长期封存风险不确定。灌注流体在深部地层的长期迁移路径难以精确预测,百年尺度的环境风险缺乏可靠的评估手段。三是公众接受度低。地下污染物灌注处置模式易与地下水污染、地层破坏等负面风险联系,项目选址落地阻力大,社会邻避矛盾突出。
我国高盐废水治理长期跟随国际ZLD技术路径,在煤化工(884281)、煤炭(850105)、电力等领域形成大量工程实践。典型流程为:预处理—膜浓缩减量—蒸发结晶—分盐(或不分盐)—混盐/杂盐—危废填埋场。煤化工(884281)高盐废水成分复杂,经过此技术路径处理后的废盐还面临氯化钠和硫酸钠难以精准分离、产盐品质不佳、混合杂盐被纳入HW类危险废物管理范畴等问题,既增加处置成本,也难以实现理想的资源化利用效果。整体来看,ZLD+混盐填埋的治理路径为彻底消除“液态污染”,投入巨额资金、消耗大量能源(850101)与药剂进行处置,最终却制造了“固态污染”,后续管控难度更大。
固液协同崭露头角
经过多年的探索和攻关,我国科研团队与企业联合提出MLD+SLS膏体类岩石化路径。
这项技术路径的核心是摒弃了高盐废水蒸发结晶、分盐提纯的传统路径。高盐水经材料化处理后与煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、钢渣、赤泥等大宗工业固废进行“固液协同”反应,通过常温化学激发与多态、多相废物同频固化反应,制备出结构致密、性能稳定、耐久性强的膏体类岩石材料。将过程膏体泵送至煤矿采空区或塌陷区等地质空间进行原位类岩石充、回填,实现“两废”协同处置与地质灾害修复治理的一体化目标。
该技术是将固液两废协同改性、互为原料利用,是全流程资源化过程,属于地球仿生类岩石生成的交叉科学过程。这实现了高盐废水不提纯、不分离、全量资源化的创新处置——盐离子不作为“分离对象”,而是作为核心功能组分参与胶凝固化与材料成型过程,将盐离子通过化学键合稳定“锁”在类岩石固结体内部,运用地质仿生学原理使其在地质时间尺度内不析出、不浸出、不迁移,彻底消除盐污染的环境风险。使其在地质时间尺度上保持稳定,无二次污染增量。
治理范式迎来变革
与传统路径对比,MLD+SLS膏体类岩石化技术路径通过系统耦合构建工业共生循环体系,完成从地表人工风险存储向地质化学稳定封存跨越,实现仿地质演化的生态处置模式。这使得高盐废水的治理范式发生变革,具体可概括为四个维度。
四个维度包括成本与能耗、产物与风险、空间利用、技术水平。
投入与收益实现从“烧钱”到“省钱”。MLD+SLS膏体类岩石化技术路径让废水治理成本与固废处置成本相互抵扣,变“两笔支出”为“一笔收益”,变“环保消耗”为“低价工程原材料”。
盐离子实现从“混盐危废”到“类岩石”稳定封存。“固液协同”反应,将盐离子通过物理包裹、化学键合与离子交换三重机制固定在类岩材料的晶格与凝胶网络中,固化体浸出液中主要污染物浓度均低于GB/T14848—2017Ⅲ类水标准限值。
空间利用实现从“找地埋”到“向地要空间”。MLD+SLS膏体类岩石化技术路径将填埋转向煤矿采空区、塌陷区生态恢复,既完成了“两废”的最终处置,又实现了采空区地质灾害治理与地表沉陷控制,将处置行为转为修复行为。
技术达到“国际先进”水平。MLD+SLS膏体类岩石化技术路径相关核心技术已获得发明专利授权,并在2026年3月,由中华环保联合会综合评定为国际先进水平。
MLD+SLS膏体类岩石化技术路径有效解决了高盐废水治理的共性难题,实现了三个转变。一是有害离子从“游离态”转化为“结合态”,其环境活性和迁移能力发生根本性改变。二是构建了“矿井/煤电/煤化工(884281)高盐水—充填材料—采空区/塌陷区”的人工物质循环系统,高盐废水治理实现从“线性处理”到“共生循环”的转变。三是将污染物从“地表人工封存”(数十年风险窗口)转移至“地下地质封存”(百年至千年尺度稳定)。
后续技术研究,可从胶凝体系盐离子长期演化规律、多场耦合条件下充填体耐久性能等关键科学问题入手,进一步探索该类岩石材料在生态环境恢复中的使用边界。
(于树江系中国矿业大学(北京)博士、水木(北京)能源(850101)环保有限公司董事长,王凯系水木(北京)能源(850101)环保有限公司高工)
