雖說“食不厭精，膾不厭細”，但過猶不及。當人體長期攝入高營養(yǎng)物質(zhì)后，血液就容易變得粘稠污濁，不能向器官和組織細胞提供高效的血氧物質(zhì)，導(dǎo)致臟腑機能低下，引發(fā)各種疾病。大自然中的水就像血液，由于人為因素，江河等自然水域如果接納了大量的生物所需要的氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)就會引起富營養(yǎng)化的水污染現(xiàn)象，藻類等浮游生物迅速繁殖，魚類和其他生物大量死亡。

磷，廣泛存在于動植物組織中，是重要的食品添加劑和工業(yè)原料。一些食品的生產(chǎn)過程中如果添加了食品級磷酸后不僅口感更好，而且能夠長久保鮮。在工業(yè)領(lǐng)域，磷還有一個重要作用——磷化，磷化的目的主要是給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕。

眾所周知，管道腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常面臨的問題。腐蝕后的設(shè)備損壞除了帶來經(jīng)濟損失，還易造成安全隱患。因此在水處理的領(lǐng)域中，為了保護冷卻水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，磷常會被用來作為緩蝕劑。

工業(yè)化生產(chǎn)導(dǎo)致磷污染日趨嚴重

近日，筆者采訪了來自藝康集團研發(fā)中心納爾科無磷項目組的研發(fā)成員，研發(fā)部經(jīng)理于博士說：“傳統(tǒng)冷卻水方案都是用有磷的，多年的現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗也證明磷是一種理想的緩蝕藥劑。但是如果用有磷方案的話，那意味著你的冷卻水排污水中至少要有大于1PPM以上的磷元素。尤其是在十多年前，由于石化、電力等大型工業(yè)企業(yè)興起，水量消耗比較大，所以冷卻水這部分的排污水都是直接排放到自然水體當中，會導(dǎo)致嚴重的水體富營養(yǎng)化問題。”（*PPM（parts per million）是用溶質(zhì)質(zhì)量占全部溶液質(zhì)量的百萬分比來表示的濃度，也稱百萬分比濃度。）同時，磷在冷卻水系統(tǒng)中的添加，也增加了磷酸鈣沉積和微生物控制的風(fēng)險。

水十條頒布，污染防治的強心劑

2015年4月，國家頒布了《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”），其中第二十一條表示，將進一步控制污染物排放總量，完善污染物統(tǒng)計監(jiān)測體系。其中，選擇對水環(huán)境質(zhì)量有突出影響的總氮、總磷、重金屬等污染物，研究納入流域、區(qū)域污染物排放總量控制約束性指標體系。

2016年，全國地表水國控斷面中，I-III類水質(zhì)斷面占67.8%（目標為66.5%），同比增加1.8個百分點，劣V類水質(zhì)斷面占8.6%（目標為9.2%），同比減少1.1個百分點。“水十條”的年度目標總體上完成。然而，長江干流總磷污染卻上升為主要污染物。令人頭疼的是，“長江流域總磷污染超標”成為當時長江干流區(qū)域所面臨的新挑戰(zhàn)。

限制磷的排放、防治水體磷污染可對水的環(huán)境保護起到至關(guān)重要的作用。“國家的磷排放標準中，總磷是要限制在0.5PPM以下。所以如果使用有磷的解決方案通常來講是無法達到直排要求的。”“水十條”發(fā)布之后，政府的執(zhí)法力度越來越強，如果企業(yè)超標，面臨的不僅僅是經(jīng)濟處罰，可能是關(guān)停甚至承擔刑事責任。

“另外，隨著企業(yè)對節(jié)水的要求提高，用水效率就會隨之提升。有些客戶需要將冷卻水的循環(huán)倍數(shù)提升到10倍以上，那他所面臨的水處理的挑戰(zhàn)就更大，因為水會越來越濃縮，里面的污染物也越發(fā)的富集。隨著水資源保護意識的提升，有些客戶現(xiàn)場為了更大程度的節(jié)約用水，會將不同的水源添加到冷卻水系統(tǒng)中，這其中包括回用水，反滲透水，甚至是其他生產(chǎn)工藝使用過的水，復(fù)雜的補水水源會給整個系統(tǒng)帶來更大的波動，使整個冷卻水系統(tǒng)的控制變得更加挑戰(zhàn)。”無磷項目組研發(fā)成員張博士補充道。

歷經(jīng)十年，全新無磷方案應(yīng)運而生

為了達到排放標準，企業(yè)往往需要額外投入設(shè)備，并進行廢水工藝改造。根據(jù)廢水處理規(guī)模不同，投入費用從十幾萬到上百萬不等，日常運行及處理費用也會急劇上升。在電廠，冷卻水用量可以占到工廠全部用水的60-80%。因此，冷卻水系統(tǒng)大幅減少磷使用，是企業(yè)有效降低廢水處理端的壓力與費用的必要手段之一。

事實上，很多宣稱“不含磷”的產(chǎn)品僅僅是達到了國家和各地區(qū)以及各行業(yè)相關(guān)法規(guī)對含磷洗滌劑不得高于1.1%的規(guī)定，并未實現(xiàn)完全“無磷”，這無形中又為生產(chǎn)企業(yè)的排放達標增添了一些不確定因素。十年前，納爾科第一個在市場上推出了無磷方案，在幫助工業(yè)企業(yè)控制設(shè)備腐蝕的前提下，從源頭就將磷規(guī)避開，確保工廠排放達到國家標準。當時，該方案在中國就已有上百家企業(yè)客戶應(yīng)用，主要圍繞石化行業(yè)。

然而，第一代無磷方案面向的是長江區(qū)域內(nèi)工業(yè)企業(yè)，處理的水體并不復(fù)雜。隨著近年來，中國的化工企業(yè)向北遷移，新疆、寧夏、內(nèi)蒙等區(qū)域重工業(yè)興起，相關(guān)水體的水質(zhì)有了很大的不同，其中以黃河流域為首的水質(zhì)則更為復(fù)雜。“中國的水質(zhì)基本可分為三類，一類是包含廣州、福建等珠江流域的南方水系，堿度和硬度較低，俗稱‘軟水’；第二類是長江流域，包括長三角區(qū)域的中性水質(zhì)；第三類就是北方水系，像東北、西北主要是高氯、高電導(dǎo)這種腐蝕性的水質(zhì)。不同的水質(zhì)有著不同的處理難度，第一類和第三類這兩種水質(zhì)其實是占了整個中國水域的50%左右，其所對應(yīng)的處理難度會明顯高于第二類水質(zhì)。”于博士說。

“十年前我們推出第一套無磷解決方案后，市場中也陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)了類似的解決方案。但是我們其實知道，老的無磷方案有局限性，只能適用于長江區(qū)域的水質(zhì)。為了適用復(fù)雜水質(zhì)，特別是軟水和高腐蝕性水質(zhì)，納爾科形成由北美，亞太和中國研發(fā)人員組成的研發(fā)小組，經(jīng)過長期的研究探索，才在2017年底成功推出了新一代的無磷方案。這個全新的方案，在北方和南方等不同水質(zhì)下，都表現(xiàn)了優(yōu)異的防腐蝕結(jié)垢性能，讓應(yīng)用的水域范圍更寬。”

50+組動態(tài)試驗、1000+組靜態(tài)實驗、每年8000組水樣分析

在納爾科水質(zhì)分析中心，每年有8000多個從客戶現(xiàn)場送來的水樣進行研究分析。這8000多組水樣能夠幫助研發(fā)人員了解全國各地的水質(zhì)情況。對于那些難處理的水，比如南方的軟水，北方的高氯水，他們會通過一系列模擬實驗來篩選出合適的處理方案。

張博士告訴筆者，模擬實驗分靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)實驗的目的是作大規(guī)模的方案初篩，研究人員會比對不同試劑的對水樣處理效果，通常一組靜態(tài)實驗可以同時比對8-10個配方，初篩完成后就會進行相對復(fù)雜的動態(tài)實驗。

他解釋道：“動態(tài)實驗會用到我們的實驗室的兩套模擬裝置，用來模擬整個冷卻塔的蒸發(fā)、循環(huán)、換熱的過程。在這兩套裝置上，我們可以進一步驗證我們的藥劑方案。針對一些極端水質(zhì)，我們會從現(xiàn)場取回幾噸真實水樣進行實驗，一組動態(tài)模擬實驗往往需要3到4周的時間，以確保我們的方案可行性。”

納爾科新一代無磷方案在技術(shù)路線確定后，僅在2017年，就完成了50組以上的動態(tài)模擬，1000組以上的靜態(tài)實驗，建立了在各種水質(zhì)下的應(yīng)用指導(dǎo)。

用數(shù)字化解決水的“疑難雜癥”

然而，“無磷化”的解決方案遠不止更換一種藥劑那么簡單。因為磷還可作為藥劑量大小的標識，過去，企業(yè)只需監(jiān)測磷含量即可獲知藥劑的有效劑量，如果徹底“無磷”，企業(yè)該如何實時掌握藥劑的使用情況呢？

為了解決這個問題，納爾科的無磷方案中結(jié)合了3D TRASAR^TM自動化管理技術(shù)。它的數(shù)字化示蹤功能可以檢測藥劑使用情況，因而企業(yè)主對工廠的冷卻水可以更全面地監(jiān)測并及時得到反饋，盡量減少因為系統(tǒng)的問題影響自己的生產(chǎn)計劃。

除了數(shù)字化的監(jiān)測技術(shù)和數(shù)據(jù)平臺，納爾科還提供一般藥劑廠商不一樣的增值服務(wù)——精細化的冷卻水現(xiàn)場管理，比如“enVision云端數(shù)據(jù)管理平臺”，配合遠程的專家中心，提供系統(tǒng)報警和運營報告等服務(wù)。

在水治理的領(lǐng)域中，納爾科的身份更像一名“治病的醫(yī)生”，而非一個單純的“藥劑供應(yīng)商”。通常來講，一個企業(yè)如果有優(yōu)化工廠冷卻水的需求時，納爾科的技術(shù)專家會先做一個“定制診斷”——除了對于水質(zhì)的分析，還會對客戶系統(tǒng)及運行狀況進行全面的了解，從而根據(jù)專業(yè)軟件工具進行方案匹配。納爾科的Optimizer軟件專家系統(tǒng),集成了不同方案在各種應(yīng)用條件下的測試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并通過模型建立，實現(xiàn)最佳方案推薦和性能預(yù)測。納爾科的銷售只要把系統(tǒng)信息輸入進去，就會自動匹配合適的方案和劑量。如果該系統(tǒng)情況超出了系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)范圍，這個時候就需要“特殊診斷”，針對水質(zhì)進行進一步的組合實驗，再通過動態(tài)模擬系統(tǒng)進行驗證

在談到客戶案例時，張博士談到了一家來自新疆的光伏企業(yè)。“客戶的水質(zhì)腐蝕應(yīng)力非常高，導(dǎo)致他們在設(shè)備維護和排放之間一直無法獲得平衡。后來他們尋求納爾科的幫助，通過應(yīng)用新無磷方案，我們幫他們降低了67%的設(shè)備腐蝕，并還把循環(huán)水的循環(huán)倍數(shù)提高了一倍，這就意味著耗水量也進一步降低，這在西北缺水地區(qū)的意義重大。加之是全無磷的解決方案，能完全滿足排放指標。”

“無磷不僅僅是為了幫助企業(yè)降低總運行成本，比如后期設(shè)備的維修費用，更重要的是幫助企業(yè)和行業(yè)實現(xiàn)更大的價值回報——節(jié)水、節(jié)能及安全方面的收益，更好地踐行可持續(xù)發(fā)展，為國內(nèi)的生態(tài)環(huán)境帶來益處。”他強調(diào)說。

寫在最后

近年來在政策的驅(qū)動下，國內(nèi)企業(yè)在污水防治和減排方面取得了積極進展，各個流域的水質(zhì)也在持續(xù)改善。去年5月，納爾科參與編寫了《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》的國家標準，為各大企業(yè)提供了設(shè)計參考，可助力防治工業(yè)水污染。在無磷的案例中，如果從源頭上消除了磷物質(zhì)，就好比凈化了工業(yè)的“血液”，也捍衛(wèi)“血管”的健康，更進一步平衡了經(jīng)濟效益和可持續(xù)發(fā)展。

“你們團隊接下來是什么計劃？”筆者問。

“去寧夏出差。”

“你們研發(fā)部門也要出差嗎？”

“對。及時跟蹤現(xiàn)場的工況，以及系統(tǒng)運行的狀態(tài)，分析問題的原因，傾聽客戶的聲音，對我們了解技術(shù)的應(yīng)用效果非常重要，就好比醫(yī)生到家來面診吧，了解實際病情才能對癥下藥。”張博士笑著說。

“這就是為什么很多人都笑稱我們?yōu)?lsquo;水的Doctor’（既是博士，也是醫(yī)生)。”于博士補充道。