光伏+污水治理！央视专题报道中铁上海局鄂尔多斯蒙苏经开区工业污水再生水厂
前言
12月16日，央视新闻经济频道《经济半小时》节目，走进由中铁上海工程局EPC总承包的国内规模最大的鄂尔多斯零碳产业园光伏废水回用及零排放项目，关注光伏废水处理。
光伏+污水治理！央视专题报道中铁上海局鄂尔多斯蒙苏经开区工业污水再生水厂
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近年来我国光伏产业快速发展，已经成为推动绿色能源普及的重要力量。今年的十月份，我国最大的光伏废水零排项目在内蒙古鄂尔多斯正式投产。那里的光伏废水是如何处理的呢？我们就跟随记者的镜头一起去探寻光伏废水零排放的秘密。
内蒙古鄂尔多斯市的蒙苏经济开发区零碳产业园，吸引了光伏动力电池、新能源汽车领域的多家龙头企业落户，园区内的光伏全产业链项目每年可以生产46G瓦单晶硅棒和切片、30G瓦单晶电池以及5G瓦光伏组件，年装机量相当于三峡电站总装机量的五分之一。
但与此同时，光伏产品在生产过程中产生的废水，也给当地生态环境保护带来了不小的挑战。
为这个产业园区配套建设的污水处理项目正在紧张建设中，作为项目建设的主要负责人——中铁上海工程局市政环保公司内蒙古区域项目党支部书记高伟已经承受了两年多的巨大压力。
奔腾不息的黄河在中国的尾部勾勒出一个巨大的几字湾，而内蒙古的鄂尔多斯便坐落于这一湾湖的怀抱之中。作为全国黄河流经第二长的地级市，鄂尔多斯市拥有728公里的黄河岸线，占全市国土总面积的近10分之1，达8点7万平方公里。鄂尔多斯既是重要的经济发展地带，更是重要的生态屏障。这里48%的土地为沙漠沙地，生态环境脆弱。根据当地环保要求，污水厂处理后的水不能直接排入黄河周边水域，所以工业园区内每家企业的生产污水实行零排放。
高伟向记者介绍，这个地方也有一些特殊性的要求，就是除了六月份到9月份这个雨水丰富的季节，其他基本上都是枯水期，光伏废水处理完就不能排放，如果排放的话，容易造成盐碱地，对这个生态环境造成一个不可逆的损坏。
从污水厂选址开始，高伟团队最为关注的就是如何将处理后的水全部回用于园区生产，实现水资源的循环利用。
高伟表示，首先要考虑到这个园区的地势相对低的地方，目前我最终我们选的是这个地方，这个地方离我们这个生产企业排污口的落差，达到了将近五六十米。这是我们污水处理厂，光伏企业产生的废水进入到污水处理厂大概是3公里的长度。
这个污水处理项目总占地487亩，相当于45个足球场，分两期进行建设。项目一期已于今年10月投产，每天可处理10万吨工业废水。
中国市政华北院西安分公司院长助理雷海东表示，光伏废水中硅比较高，氟化物还有蓝降解CLD，还有常规指标，比如说氮磷，包括这个SS总共大概有十来项。
光伏工厂在硅片切割、脱胶和清洗等环节会产生大量废水，这些废水盐分高硬度大，有机物难以降解，因此废水如何循环利用一直是公认的难题。但是在鄂尔多斯这一家污水处理厂，记者看到，经过一整套先进的处理工艺后，原本污染严重的废水已经变身为清澈可用的中水。
雷海东介绍，经过处理后，现在出水的TDS（总溶解固体含量）每升300多毫克。
这个数据意味着经过处理的光伏废水已经达到中水用途的标准。雷海东算了一笔账，按照每天处理光伏废水48000吨计算，每天可回收中水46000吨，一年可节省大约1600万吨，水循环利用率达95%。
那么，这些光伏废水是如何从污染水变成可再利用的清水呢？又是如何实现零排放循环利用的呢？
中铁上海工程局集团有限公司环境工程技术创新中心总工程师董志强表示，我们前后是整合了十多种国际国内领先的技术。包括我们的除硅除硬、多模式的AO、除氟等。
如何处理光伏废水？难度比较大的一个就是除硅，即除去水中二氧化硅的化学反应。董志强所在团队常试了多种方法，他们采用了大规模超滤加反渗透装配式设计，并结合了高浓度钙盐和胶体硅酸盐去除技术，终于将废水中的硅离子去除。
伊金霍洛旗澎源供水有限责任公司常务副总经理张雯淇介绍，我们这边进水的硅离子它是120毫克每升，经过我们这个工艺段去除后，能达到30毫克每升。
除硬，即去除水中的水垢，它们大幅降低了废水的硬度。
张雯淇介绍，进水的硬度在每升1000毫克左右，经过除硬阶段，能降到每升100到200毫克左右。
接下来，光伏废水将进入多模式AO处理环节。在这个过程中，废水分段进入生物池内的厌氧区、缺氧区、先氧区和好氧区，通过在不同反应阶段，利用微生物的不同代谢特征，逐步分解去除水中的有机物和其他污染物。
伊金霍洛旗澎源供水有限责任公司技术员刘开介绍，总氮进水是50毫克每升，出水是15毫克每升。氨、氮在进水时是15毫升每克，出水时是2毫升每克。总磷是进水时1毫升每克，出水时为0.1毫升每克。
除氟是光伏废水处理中的一大难点。董志强告诉记者，含氟废水如果直接排放，将影响土壤和水体的生态平衡，破坏微生物活性。要有效除服，首先必须准确检测光伏废水中氟离子的数量、分布以及它们的存在形式。然而，在氟离子的检测上，董志强所在的团队遇到了挑战。
董志强表示，我们常规的检测手段只能检测出废水中氟离子的某一种状态，但实质上水体中的氟离子是呈现出多种不同的状态，这是我们联合南京大学共同进行科学研究的一个关键点。
检测出光伏废水中的氟离子到底有多难呢？又用什么去除氟呢？带着疑问记者来到了南京大学。在南京大学的实验室里，我们看到了用来检测和除氟的装置。
南京大学环境学院副教授、博士生导师张孝林表示，有大概三分之一到二分之一的氟始终测不出来。我们在想，这一部分它是不是已经钻到了悬浮物内部，悬浮物就像一个巨大的锁，把氟给锁在里面。那么为了验证我们的猜想，我们又用了一种特殊的“化学钥匙”把这个锁给打开。打开之后，本来测不出来那部分氟，也暴露出来了。
氟离子检测后，接下来的难题是如何去除光伏废水中的氟。为此，南京大学科研团队研发了一种复合纳米材料，直径小于1毫米，含有数以亿计的纳米粒子，粒径相当于人类头发丝的六万分之一。然而，这些纳米粒子活跃度非常高，极其不稳定，容易流失和团聚，失去作用。为了解决这些问题，张孝林借鉴了织毛衣时毛线球的原理。
张孝林表示，把它想象成是一个巨大的一个毛线球。那么我们把它继续放大，放大之后发现这个毛线球内部有很多的一个孔，而在这个孔里面填充了数以亿计的纳米粒子，可以在空间上阻隔它们之间的相互作用，也可以在空间上来防止他们的流失。
那么这些像毛线球结构的复合纳米材料，是不是能有效去除光伏废水中的氟呢？
张孝林介绍，除氟的过程中，纳米粒子就像是一只饥饿的老虎，氟相当于是它的食物。那么我们的这个复合材料就相当于把老虎给锁进笼子里面，放到笼子里面去。这样的话既不影响肉从笼子孔孔眼当中进入老虎嘴中，又不会让老虎出来。就靠这样的一个方式，可以很好的把氟离子从水中去除。
从复合纳米材料的研发到除氟过程，实际上是一场科研人员与氟离子斗智斗勇的拼搏，这背后凝聚了南京大学五十多年来几代科研人员攻坚克难的心血。
南京大学环境学院教授、博士生导师张炜铭表示，半个世纪以来，我们四五代人在这方面持续的努力。每一代都在前面这一代的基础之上进行融合，然后再发展。我们主要涉及的有环境、材料等五六个专业的共同融合。我们的研究团队实际上是由一二百号人组成的，其中国家资金的投入也有大几千万。
为了将新型复合纳米材料除氟的新技术、新工艺尽快落地，南京大学还专门搭建了一个产学研的中式系统平台。
张炜铭介绍，有了中间这个过程，可以使我们试错的次数由原来的一百多次，转为只要十几、二十次就够了。有了这么一个链条的话，应该说可以节省经济成本90%以上，科技转化时间大概也可以压缩到一两年，就可以落地。
得益于南京大学五十多年的科研探索，在几百公里外的鄂尔多斯，采用这种纳米材料新技术和新工艺的除氟车间已经运行超过两个月，水质处理效果显著提升。
伊金霍洛旗澎源供水有限责任公司技术员张伟表示，再经过半小时的沉淀，使达到8毫克每升的氟化物含量降至1毫克每升以下。
这是膜处理环节，它主要选用两种膜来过滤光伏废水，一种是微米级的超滤膜，主要是去除废水中的胶体、细菌、悬浮物等污染物。另一种是纳米级的反渗透膜，它可以去除水中的离子、溶质等物质。通过这一道工艺处理之后，可以把光伏废水中75%的水进行水资源再生利用。COD、有机质从进水250毫克每升可以降到20毫克每升，氨、氮从进水15毫克每升可以降到1毫克每升。
光伏废水经过处理后，75%的废水可以回收利用。那么这些回收的中水都能用在哪里呢？
内蒙古百川光热科技有限公司是鄂尔多斯工业园区里生产光热发电设备的一家企业，生产过程中，需要用大量的超纯水，也就是过滤后的高品质中水来清洗光热反射镜的玻璃。以前，他们每天需要用掉1100吨水，而现在他们就使用经过光伏废水处理后的中水，节省不少水费。以前大概一天花个7000到8000块钱，现在仅花费3000块钱左右。
75%的水被生产企业回收利用了，那剩下25%的光伏废水去哪儿了？
在蒸发预处理车间中，双模车间产生的25%的光伏废水，经过蒸发入预处理车间。一方面它能够提高整场的水自然回收率达到95%以上，另外一方面，它能够为蒸发结晶器分盐，保证盐的品质以及处理规模。
伊金霍洛旗澎源供水有限责任公司技术总监郭宇鹏介绍，经过蒸发预处理后，25%的光伏废水可以进一步提高中水回收利用率达到95%，剩下的5%通过蒸发提炼后，除了极少部分产生杂盐，按固体危险废物处理外，绝大部分能够提炼出氯化钠，也就是工业盐。
负责人表示，举一个例子，按氯化钠的市场行情的话，一吨大概在70块钱左右，我们每天按90吨产量来算的话，产生收益就在6300块钱左右。氯化钠目前我们是主要用在制造溶雪剂，主要销售在我们北方区域。
通过除硅、除硬、纳米除氟，光伏废水从污水变成了可回收利用的中水，并且能够提炼出工业盐，增加了经济价值，最终实现了光伏废水的零排放和水资源的循环使用。
郭宇鹏表示，从光伏废水到清水，中间要经过十二三个环节，然后经过36个小时，就变成可利用的再生中水。
伊金霍洛旗澎源供水有限责任公司执行董事牛彦鹏介绍，现在每天收集的污水大概51800吨，处理完以后的污水回供给企业，每天大概是51400吨，回用率达到了99.2%。
如今，鄂尔多斯这个光伏废水零排项在投资规模、回用标准、分盐量上刷新了国内光伏废水处理领域的三项记录，成为光伏废水处理领域的新标杆。
鄂尔多斯蒙苏经济开发区管委会副主任薛振宇认为，这保护了黄河流域生态环境和高质量发展，同时这个污水处理厂作为园区最大的基础设施保障工程，它保障了园区这十多家企业的一个正常运行，保障了零碳产业园的一个正常运行。
虽然我国水资源总量丰富，但是人均水资源量仅为全球平均水平的四分之一，是世界上严重缺水的国家之一。工业是我国用水的重要领域，如何让工业废水变活水是一项长期艰巨的任务。
在该项目中我们看到，工业园区正通过一系列技术改造和创新，实现工业废水的零排放，推动工业废水循环利用。同时也在大力推广节水技术装备，降低工业的用水量。
最新的数据显示，2023年规模以上工业用水重复利用率达到94%。我们相信，随着更多水资源循环利用智慧实践的深入推进与发展，新型工业化将在逐绿征程中稳步迈进。
