水是所有化学加工工业 (CPI) 部门的“通用货币”，是每个过程不可或缺的一部分——从上游(在那里对其进行处理并用于公用事业和工艺目的)到下游(在那里必须再次进行处理)排放前符合环保法规。然而，随着对水需求的增加，水资源压力和稀缺正在造成一种情况，即水是一种昂贵且宝贵的资源。Subir Bhattacharjee 说：“化学加工商已经从将水视为其生产的次要转变为意识到水管理和处理是该过程中不可或缺的一部分，这意味着他们更专注于提高这种关键流体的效率和可持续性，IntelliFlux Controls(加利福尼亚州欧文市)的创始人兼首席执行官)。
TrendMiner (Houston;www.trendminer.com) 的客户成功经理 Charlotte Fischer 说，这一新的重点导致使用更可持续的水实践，这些实践并不止于处理废水以符合环境法规。“加工商专注于最大限度地减少用水量和产生的废水量，以及改变整个生产过程，以在循环经济中回收或再利用水。”
当今版本的循环经济涉及一个可再生系统，在该系统中，通过减缓、减少和关闭材料和能源循环来减少资源使用、废物产生、排放和能源浪费。“在这种循环经济中，水、能源消耗和碳足迹通常被一起利用，因为由于需要移动大量水流，水的再利用和处理本质上是能源密集型的，”Fischer 指出(图 1)。
虽然机械和其他处理方法正在从根本上改进以应对当今的水挑战，但也正在采用数字化和数据分析来提高水管理技术的效率(图 2)。Bhattacharjee 说：“基于数字和软件的升级通常会向加工商展示如何提高流程强度或流程效率，以节省运营费用，同时仍提高当前流程的可持续性。”
SUEZ Water Technologies & Solutions(宾夕法尼亚州特雷沃斯;www.suezwatertechnologies.com)的执行产品经理 Peter Macios同意：“可持续性和运营不一定是排他性的。随着运营的发展和化学处理器重复使用更多的水，设备、新处理方法和数字解决方案的组合可以帮助他们实现可持续性和运营目标。”
设备进步
Fischer 说，由于可持续性包括以符合监管框架的方式减少资源和能源消耗以及提高效率，因此有无数的技术可以满足许多情况的需求。其中包括零液体排放 (ZLD) 技术、使用微生物降解有机物的高级生物工艺、使用氧化去除污染物的高级氧化工艺 (AOP) 以及反渗透 (RO) 和超滤等膜技术。“随着这些技术的发展和优化，它们变得非常有用，”她说。
例如，在过去几年中，用于水再利用和再循环的设备没有能力以具有成本效益的方式或在必要的操作参数范围内达到工艺或设施其他区域再利用所需的水质量， Kurita America(明尼苏达州明尼阿波利斯;www.kurita.com)的战略企业业务执行副总裁 Joe Tirreno 说。“然而，近年来，技术已经足够先进，排放的废水可以以具有成本效益的方式在工厂开始时回收利用，特别是因为今天的水成本远高于水的成本。回收利用。”
他指出 ZLD 等技术得到了足够的改进，已成为一个主要趋势。“我们已经为乙醇行业建造了几个 ZLD 设施。这些植物通常位于玉米地中间，无法获得水或处理水的位置，因此通常在那里使用 ZLD。在其他行业，ZLD 和其他技术正被用于可持续发展和原水的有限可及性。”
根据 Aquatech International(宾夕法尼亚州卡农斯堡;www.aquatech.com)的首席运营官 Ravi Chidambaran 的说法，通常有采用多种技术的集成 ZLD 工厂，以实现更高水平的可持续性。该公司最近开发了一种高回收率 RO 技术，即高级回收反渗透 (ARRO)，该技术克服了传统 RO 技术的挑战，可在不延长清洁和维护停机时间的情况下实现高达 95% 的回收率，这将以前的 RO 技术限制在75%的回收率。
他指出，世界各地正在建造综合工厂。例如，在印度，Aquatech 提供了一个集成的 ZLD 工厂，将废物转化为纯氯化钠，用作其苛性碱制造的原料。“他们不仅不会产生处理废物的成本，而且还会将其转化为具有自身价值的原材料。”
Chidambaran 说，该公司还开发了一种称为 BioMOD AnMBR 的技术，这是一种厌氧膜生物反应器，是一种能量中性或能量正技术。“这意味着它不消耗任何能量，或者它可以提供可用作热源的能量。我们能够实现 95% 以上的 COD [化学需氧量] 减少并产生甲烷作为副产品，可用作热源。这也减少了额外污泥的数量，因此污泥处理量减少了近一半。”
替代治疗
虽然机械设备选择在进步，但仍然需要额外的处理方法和化学品，例如环保消毒剂、腐蚀抑制剂、除垢剂或其他化学品，以及替代处理选项，例如紫外线 (UV) 光和膜技术。因此，治疗提供者正在努力改进这些产品以实现可持续发展目标。
Tekleen Automatic Filters 公司经理 Dan Flanick(加利福尼亚州洛杉矶;www.tekleen.com)说，最简单的选择之一是在 RO 等机械设备之前使用过滤)。“我们提供过滤能力低至 2 微米的自清洁筛网过滤器，”他说。“我们已经看到 RO 预过滤中这些过滤器的大量增长，因为 RO 膜非常昂贵，因此使用自清洁过滤器保护它们可以节省大量停机时间和大量更换膜的费用，同时有助于延长 RO 设备的使用寿命。”在使用自清洁筛网过滤器之前，加工商使用多介质过滤器作为预过滤器，需要大量的占地面积。Flanick 说，Tekleen 的自清洁过滤器可以减少 70% 的占地面积，为处理器提供额外的空间以更低的成本添加更多设备。
杜邦水解决方案(位于特拉华州威尔明顿;www.dupontwatersolutions.com)的欧洲、中东和非洲生命科学和专业营销经理 Noel Carr 说，树脂是另一种用于解决预处理挑战的方法。)。“污染物是人造和天然存在于水中的元素、复合物和化合物，必须有选择地去除，以免干扰化学处理，”卡尔说。硼是加工商最麻烦的化合物之一，尤其是在微电子行业，即使是低浓度的硼也会给超纯水 (UPW) 系统和产品产量带来问题。虽然杜邦一直提供硼选择性树脂 (BSR)，但由于对总有机碳 (TOC) 可浸出物和电阻率的要求，大多数不适用于 UPW 系统的抛光回路。为了满足对半导体级 BSR 产品日益增长的需求，杜邦开发了 AmberTec UP7530 半导体级硼选择性离子交换树脂，可用于将硼去除至痕量水平，同时具有可接受的 delta TOC 和电阻率。无需在现场用化学品进一步后处理即可使用，使其成为环保的选择。
而且，为了在没有刺激性化学品的情况下保护热交换表面，正在开发聚合物以防止结垢。“化学加工商面临的最大挑战之一是热交换设备的重要性。它必须至少以设计参数运行，因为对于低于设计的每个百分点，对设施生产力和盈利能力的影响都可能是巨大的，”Kurita 的 Tirreno 说。“这也会影响可持续性，因为它会增加电力的使用，因为设备必须更加努力地工作，因此保持该设备的规模至关重要，但同时，需要环保的选择。”
作为回应，栗田提供了一种聚合物，旨在保持热交换表面清洁并去除现有沉积物。Kurita 的 DReeM 聚合物，也称为分散和去除效应管理技术，是一种独特的化学物质，旨在最大限度地提高传热表面的清洁度和效率(图 3)。
还正在开发成膜化学物质，以取代含有磷酸盐的化学物质，例如用于冷却和锅炉水处理的化学物质。“从历史上看，公用化学品包含一些磷成分，但我们现在看到禁止使用磷，这在接收流中造成了许多问题，”SUEZ 的 Macios 说。“因此，加工商正在寻求冷却和锅炉水处理的替代解决方案。”因此，SUEZ 开发了用于冷却水处理的 ECOFilm，它不含任何优先污染物，基于简单的含碳、氢和氧的分子，利用被处理水的自然特性来创建工程膜在冶金表面(图 4)。特殊化学品用于促进这些薄膜在金属表面的形成。
除了更温和的化学物质外，还可以使用自动化技术来控制和计量废水应用中的液固分离化学品。Kurita 的 S.sensing CS 系统是为管理化学品进料而开发的，因此该系统可以主动对进水废水质量的变化做出反应并进行调整，从而实现更高的生产率、更低的环境影响和优化的废水处理结果。“通常，在水处理设施中，您会监测出水中水的清洁度，然后根据清洁度进行调整，但查看两次调整结果之间的时间跨度可能需要数小时，”Tirreno 说。“该系统使用激光技术来测量进水，以在几分钟内检测到生产变化、意外溢出和操作故障。S。
Aquatech 的 Chidambaran 对此表示赞同：“总的来说，我们希望减少和优化化学品消耗，并尽量减少一些会产生潜在危险副产品的化学品的使用，”他说。“有时，会根据程序化的最坏情况持续使用过量的化学品。然而，这些条件在一年中可能只存在几天。借助实时传感，可以根据实际情况大幅减少或消除化学品剂量，从而降低化学品成本以及因意外副产品造成的任何影响。”
Aquatech 最近开发了 BioFilmPro(图 5)，这是一种使用实时监控来解决此类问题的技术解决方案。该技术仅在必要时使用电化学方法来控制生物污垢和化学物质。
