技术地图 | 高级氧化技术全球市场与机会剖析

随着水回用的市场增加以及污水排放标准更严格,高级氧化工艺(AOPs)在水和污水处理中的机会正在增加。随着对水中微污染物越来越多的认识,比如药物和工业生产中的化学品,使得传统处理系统面临越来越大的压力,这些传统处理系统无法满足新的严格的排放标准,为高级氧化技术带来了新的机遇。

高级氧化工艺在很多情况下都有很好的应用(见图1),通常用于摧毁难处理的有机物(即难以处理且通常不可生物降解的有机物)或处理有毒物质。

图1 高级氧化技术的分类

然而,两个关键因素看起来有助于加速这些技术在未来几年的应用。首先,随着公众对水中有毒污染物的认识不断增长,以及有关处理微污染物的法规演变,这将推动市政应用对高级氧化技术的需求,高级氧化工艺可将污染物去除至ppb水平。与此相关的是,由于更严格的排放法规或需要避免高度污染的废水(通常需要焚烧)的场外处置成本的增加,高级氧化工艺正在工业废水处理中获得越来越多的关注。同时中国的环境保护议程也开始为高级氧化工艺创造引人注目的经济效益,而北美的市政回用市场也推动了技术的发展。

为了获得最大的成功机会,市场中的供应商必须遵守一条重要规则:没有一个适合所有人的方法。处理工艺因行业而异,技术应用需要大量的定制。市场上有几种解决方案正在寻求获得市场机会。

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高级氧化工艺的技术各不相同(见图2),有多种解决方案(处于不同成熟阶段)。与各种处理技术一样,它们各自在不同的应用中都有其优点和缺点。

图2 高级氧化技术的应用领域

关于哪些可以归类为高级氧化工艺,通常可能存在一些含糊不清的情况。普遍的共识是AOP产生自由基 - 通常是羟基 - 作为强氧化剂来分解水中难降解的有机物。因此,有人认为,使用臭氧系统本身可以归类为AOP,因为它具有产生羟基自由基的能力,但是因为单独使用臭氧和与其他技术相结合,例如与过氧化氢结合使用相比,它产生的量更少,因此,单独使用臭氧不作为AOP的分类。然而,这也提出了该术语的“高级”部分意味着什么的问题。就本文而言,单独的臭氧系统不作为AOP讨论。

紫外/过氧化氢(UV/H2O2)高级氧化工艺是市政水处理中最常用的AOP,可用于自来水或中水回用处理。这是因为它经常成为最具成本效益的解决方案。自2000年代初以来,紫外线/过氧化氢的组合已安装在主要处理厂中,比如荷兰PWN的安迪克水处理厂和加利福尼亚州奥兰治县的含水层补给系统。臭氧和过氧化氢结合使用也是一种普遍的AOP技术,并且与UV /过氧化氢相比通常表现出更优异的微污染物去除能力,但在规模经济规则上而言较小的系统通常更昂贵。然而,它对甲基异冰片(MIB)和土臭味素等气味剂尤其有效,这些都常见于有害的藻类爆发中。而针对另一种新出现的污染物,挥发性有机化学品N-亚硝基二甲胺(NDMA)而言则最好通过光解处理,UV/过氧化氢技术在这种情况下更适合。

电化学氧化工艺相比于上述两种工艺则不太成熟,但由于能够有效地调节工艺以将污染物去除到所需的水平,并且无需在现场存储潜在危险的化学品,所以正在引起关注。这个领域有几个新兴的技术提供商,每个公司都有自己的特色。它们目前倾向于在工业废水领域发挥作用 - 包括高度化学污染的废水,如化学,纺织和制药行业的废水 - 处理生物过程不可能充分去除的难处理有机物。然而,在市政水处理领域,这一技术也正在进行中 - 将吸附与电化学氧化技术相结合的Arvia Technology公司目前正在英国Anglian Water(安格利安水务)公司实验其工艺以去除微污染物。

紫外线或臭氧与催化剂如二氧化钛的使用也引起人们的兴趣,但发展速度较为缓慢。该领域的领导者是Purifics公司,该公司成功部署了其用于处理地下水污染的1,4-二氧六环,这是一种潜在的人类致癌物质。作为紫外线消毒市场的主要参与者atg UV公司正在英国尝试将紫外线/二氧化钛系统应用于自来水处理中,以实现痕量污染物的去除,而另一些则专注于工业应用。加拿大初创公司H2NanO开发了一种使用定制催化剂和功能复合材料的系统,用于提高浆液中纳米颗粒的回收率(参见GWI 2017年1月,第49页)。它开始使用紫外线和自然光对工业废水和尾矿池进行试点。与此同时,Gyrecat光催化技术使用非浆液基二氧化钛,但最初试图将其商业化的公司(Catalysystems)于2017年4月结束,可再生能源公司DP Cleantech随后获得IP。它与英国水处理专家Water-care International合作,将该技术引入废水处理市场。

高级氧化技术在中国的机会

中国的污水处理机会经常被讨论,各个公司都在调动他们的高级氧化相关专业知识,提供“一站式”解决方案。 2017年初,苏伊士和化学品专家Solvay结成联盟,将苏伊士的臭氧和紫外线技术与Solvay的过氧化物技术结合。苏伊士亚洲首席执行官Steve Clark认为,“在很多情况下传统的技术都不适合”,因此需要为严重污染的废水提供完全可定制的解决方案。

图3 高级氧化技术的市场概况

 AOP的机会尤其明显,因为自2015年以来,中国的化学需氧量(COD)排放标准大幅降低,导致多数工业和部分市政污水处理厂运营不符合要求。在许多情况下,排放水平降至50毫克/升,在某些情况下低至30毫克/升,传统解决方案将COD降至只有500毫克/升需要更换或额外的处理步骤。如果AOP已被使用,通常它们不足以满足新标准或会产生有毒的副产品。芬顿氧化工艺 - 过氧化氢和铁复合物作为催化剂的组合 - 已被证明可有效处理中国(以及世界其他地方)工业废水中的酚类,农药和其他有毒有机物。然而,它确实是有代价的,因为芬顿只在pH较低的环境下会发挥作用,并产生有毒的污泥,需要进一步的处理。

Suez-Solvay联盟于2017年11月与万华化学取得了第一份合同,为山东省一个工业园区的RO浓缩液提供AOP系统。工业园区的污水通常都比较难处理,而苏伊士 - Solvay公司可以将多种先进处理方案结合起来。

“这个联盟针对的市场目标90%为工业市场,只有10%是市政市场,”克拉克告诉GWI,他指出在市政方面存在这样的机会,因为在中国的一些城市工业污水没有与生活污水分开。克拉克在各种工业应用领域看到了机遇,特别是在制浆造纸和石化行业。

尽管迄今为止联盟只获得了一个项目,但Clark表示有“许多项目正在准备中”,其中一些项目也包括万华化学在山东以外的地区。万华在欧洲的投资也引起了兴趣,与Slovay的合作关系最终希望扩大在大中华地区之外的联盟。

与此同时,另一家技术公司Arvia Technology正在中国寻找机会,希望通过其技术进入市场,其重点在于将微污染物去除至ppb水平,或者将其他氧化过程的COD进一步去除,以满足排放标准。

“我们可以在Fenton,臭氧或其他处理工艺组合中添加我们的系统,以满足中国30或50mg / L的COD排放标准,”首席执行官Mike Lodge告诉GWI。该公司于2018年初在中国实施了首个全面示范项目,该项目将处理纸浆和造纸废水。在某些情况下,Arvia的Nyex系统直接与现有的三级或四级处理技术竞争。

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