亚利桑那州探索盐水回收新路径,多方合作推动绿色制造水资源利用
2025-06-26 10:19
来源:亚利桑那州立大学
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在半导体、电池、制药、食品和饮料等需要超纯水的行业于亚利桑那州不断扩张的背景下,盐水处理成为亟待解决的关键问题。盐水是反渗透等工艺产生的含盐副产品,在亚利桑那州这样的内陆地区,盐水处理难题尤为突出。不过,亚利桑那州立大学土木与环境工程副教授沙纳瓦兹·辛哈将其视为机遇,携手雀巢,在亚利桑那州立大学亚利桑那州水资源创新计划和全球水技术中心的支持下,开发移动式闭环水回收示范设施,有望改变凤凰城大都会地区各行业处理浓盐水的方式。

亚利桑那州面临着严重的盐度挑战。尽管凤凰城都市区冬季无需处理道路撒盐问题,也不淡化海水,但科罗拉多河的水流经该州干旱地区和开放运河时,盐分因蒸发而浓缩,且该谷地天然盐碱地,盐河及其支流流经盐矿,盐最终残留在饮用水中,成为制造商生产超纯水后的盐水来源。例如,雀巢工厂为保证产品质量和食品安全,台积电和英特尔等芯片制造商为避免损坏晶圆或扰乱制造工艺,都需对自来水“脱盐”,产生大量盐水。而浓缩盐水若排入下水道,会增加污水处理成本或影响处理后水用于灌溉的效果。垦务局研究表明,盐污染每年给亚利桑那州造成超3000万美元的经济损失,创新盐水处理方法对当地水资源安全和经济繁荣至关重要。

在此情况下,行业合作应运而生。雀巢位于亚利桑那州的生产设施每天产生超50,000加仑盐水,运输成本高昂。雀巢将此视为机遇,向亚利桑那州立大学寻求帮助。辛哈团队首先对盐水进行分析,发现其清澈但含盐量高,随着处理浓缩,外观会变白变稠。团队采用多步骤系统,先对盐水预处理去除较大颗粒,再经反渗透过程分离成优质水和含盐浓缩液,浓缩盐经疏水膜回收更纯净的水,高浓度盐水送入干燥器和结晶器还原成固体盐产品,最后用大气水收集器收集剩余水蒸气,目标是回收50%至90%的水,得到可控量的结晶盐,大大减轻卡车和污水处理厂负担。

合作过程中,雀巢与亚利桑那州立大学相互受益。雀巢拥有技艺精湛的工程师和水厂操作员,双方每两周开会交流,ASU带来新的见解。雀巢还建议建立更广泛联盟,今年5月,全球水技术中心和美国国家科学基金会(NSF)西南地区未来引擎召集制造商、水供应商、技术开发人员和研究人员,共同制定减少盐水管理对经济发展阻碍的路线图。雀巢员工赞赏此次合作,称获得了测试水资源管理创新方法、ASU专业知识和劳动力发展等益处。ASU也借此吸引附近社区大学学生获得实践经验,将其作为学生和雀巢员工的培训基地。

展望未来,辛哈认为这个项目是水、废物和资源回收认识转变的一部分,从浓缩盐水中提取具有商业价值的矿物盐等元素存在潜在机遇。尽管相关技术目前价格昂贵,但业界已准备好投资,雀巢不仅考虑自身工厂,还为其他工厂迁入该地区树立榜样。在水资源至关重要且盐分问题长期存在的地区,找到可持续的闭环形成方式既是科学挑战,也是经济需求,正如辛哈所说“一滴水都不应浪费”。

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