煤化工废水零排放概念及难点

1、废水零排放概念

“零排放”概念首先是从工业废水减排的实践中提出的。找到这么一个零排放定义:所谓零排放，是指无限地减少污染物和能源排放直至到零的活动，即应用清洁生产、物质循环和生态产业等各种技术，实现对资源的完全循环利用，而不给大气、水和土壤遗留任何废弃物。其内容是，首先要控制生产过程中不得已产生的液态、气态和固态的排放物，将其减少到零；其次是将那些排放物中可再利用的能源、资源进行回收，最终实现对环境的零污染。

对废水零排放的定义，曾有如下三种描述:

①排出的废水中不含有毒物质。该定义有利于减少生产过程中有毒副产品的产生但是并不强调减少废水量，不能促进水的循环利用和节约水资源。

②排出的废水量可能并不小，但废水是相对安全的，其中可能含有一定浓度的可溶物质，但对于受纳水体无害。该定义可以促进对废水的深度处理，以达到废水排放指标的要求。

③没有废水从工厂排出，所有废水经二级或三级处理后转化成了固体废物，再进行相应处理。这实际上是污染物在不同介质间的转移，仅就废水而言实现了零排放，并没有消除污染源。该定义可以促进水的循环利用。

上述三种定义侧重点各有不同，但对于环境保护都有一定的积极意义。在实际应用中，通常所说的废水零排放是指通过提高水的循环利用率，实现从工厂排出的废水量为零，即零液体排放(ZLD)。2008年，我国质量监督检验检疫总局颁布的GB/T21534-2008《工业用水节水术语》中对零排放解释为“企业或主体单元的生产用水系统达到无工业废水外排”。

废水零排放是个系统工程，其内涵包括节水和治水两个方面，节水即采用节水工艺等措施提高用水效率，降低生产水耗，同时尽可能提高废水回用率，从而最大限度利用水资源；治水即采用高效的水处理技术，处理高浓度有机废水及含盐废水，将无法利用的高盐废水浓缩为固体或浓缩液，不再以废水的形式外排到自然水体。

煤化工废水的“零排放”，其确切含义是“零液体排放”，即将煤化工生产过程中所产生的废水、污水、清净下水等经过处理后全部回用，对外界不排放废水。

煤化工产业耗水量巨大，产生的废水量也很大，并且水质复杂，污染物浓度很高，而煤炭资源丰富的地域，往往既缺水又无环境容量，废水虽然经过处理能够满足国家的相关排放标准，但由于无排放河流或无环境容量，仍无处可排。水资源和水环境问题已成为制约煤化工产业发展的瓶颈，寻求处理效果更 好、工艺稳定性更强、运行费用更低的废水处理技术，实现废水“零排放”，已经成为煤化工产业发展的自身需求和对环境保护的要求。

2021年11月15日工业和信息化部公布的《“十四五”工业绿色发展规划》(工信部规[2021]178号)中，明确提出“煤化工浓盐废水深度处理和回用”的要求。煤化工废水零排放对落实上述标准和规划，促进煤化工产业的绿色发展具有重要的长远意义。

2、煤化工废水零排放的难点

煤化工废水零排放虽然在技术理论上基本可行，但在实际工程设计中存在诸多难点，主要体现在以下几个方面:

(1)非正常工况导致废水水质、水量波动大

通常，所有的水处理过程，都有明确的进水水质和水量指标，这样才能保证工艺过程的正常、稳定和高效。但是，下列因素，会导致水质、水量的异常波动。

①目前的现代煤化工项目大多处于工程示范阶段，为实现高效低能耗生产，工艺参数需要不断调试，而物料平衡、反应温度、压力等的变化必然导致废水水量和水质的变化，并直接影响废水的末端治理和回用。

②原材料煤的质量波动和产地变化等会在很大程度上影响生产产生废水的水质。

③废水零排放系统承载着处理其他水处理系统末端不能达标排放或回用的各种废水的“强大功能”，来水复杂，既有工艺水、事故水、难处理废水、各种浓水等，也有零排放系统自身的冲洗废水、化学清洗废水、再生废水、事故废水的回流等，这些来水成分复杂，水质、水量波动大。

④化学反应工艺的滞后特性和生化反应平衡过程漫长的特性，给系统的调整带来困难。

所有这些，都会使零排放装置运行中工艺参数的控制十分困难。如果一个环节控制不好，后续各个环节都会难以控制，一旦工艺失控，又会产生新的故障水，形成恶性循环。所以零排放系统实现稳定运行是有很大难度的。例如，由于煤质波动和前端生产操作系统的不稳定，某煤直接液化项目水处理系统的进水COD波动范围高达10倍以上，生化处理的菌种驯化十分困难。水质、水量波动大，给水处理系统工艺和设备带来严峻挑战，有时会超过系统的处理容限，导致水处理系统不能完全处理，处理不达标甚至整个系统崩溃。

(2)中水难以全部回用，水平衡难度大

深度处理及回用是实现废水零排放的重要环节，目前大部分煤化工企业都开展了废水的综合利用，回用废水主要包括经生化处理后的生产废水和深度处理后的循环排污水，回用点主要是循环水系统补充水。为进一步增加废水回用能力，一些企业已开始尝试将气化工艺废水处理后，作为循环补充水回用于“浊循环”系统。部分水经过多级处理后，还可以作为对“洁净度”要求较高的其他用水的补充。

但在实际运行中，由于主体生产装置运行稳定性差，循环水需求变化很大，导致中水平衡调度十分困难，难以全部回用。另外，由于生产和水处理系统运行不稳定和原料煤煤质变化引起的水质、水量不稳定，往往会导致产水不达标，从而使产水不能回用这些波动，也导致生产过程中往往不能实现用水的平衡。

此外，一些地处西北省份的煤化工企业，冬季室外温度低，循环水场补水量出现大幅下降，导致中水无法全部消纳。例如，某煤制油项目运行中，冬、夏两季循环水系统的补水量变化达到20%~30%冬季大量难以回用的中水出路面临困境。

(3)零排放系统技术复杂，专业面广，控制链长

煤化工废水零排放是以解决我国煤化工工业水资源及废水处理难题为目标的，目前，该领域基本确立了“预处理—生化处理—深度处理—高盐水处理”四大分系统实现零排放的技术路线，技术面十分宽广，其每个分系统都是一门独特的专业技术，都有各自的应用条件和使用范围，都有各自若干专用的工艺设备，专门的工艺参数和控制要求，它们的每一项工艺技术和工艺设备都处在不断改进、提高和发展的状态中。这使得由多工艺、多专业组合而成的零排放工程，既要求有知识面十分宽广研究系统总体整合的工程师，还要求有各项工艺技术和设备资深的专业工程师组成综合团队。

目前，国内不少新兴煤化工项目提出了分质分盐的思路，且在分离出氯化钠、硫酸钠等结晶盐方面有一定成效。但是，煤化工浓盐水处理技术现处于工业示范阶段，由于采用不同的技术路线及处理装置，导致其投资费用与运行费用差异悬殊，因此保证工业盐分离的经济可行性是该技术研究和发展的关键。

(4)系统结构庞大，组织难度大，对设计、制造、调试、运行等都有很高要求。

能源化工的零排放工程一般都是由二十几个工艺单元组合而成的系统工程，具有很高的技术含量和难度。成功的系统设计需要开展广泛的工艺调研和大量的研究工作，具体有系统工艺条件变动范围和目标的确认，系统工艺路线的分析研究和优化，系统中各分系统之间和分系统中各单元之间的协调和匹配，各工艺分系统中的多层次组织的优化，各工艺单元之间以及工艺和电仪自动化等多专业之间的融合和搭接，采用新工艺的必要性和经济性论证，新工艺的理论研究、工程调研、试验证实的组织，系统工程中的工艺研发、工程设计、设备制造、安装调试、投产运行、运行管理等各个环节的组织、协调、沟通、合作的形成，以及RECO(研发、工程、建设、运行)循环发展模式的形成等，需要有大量分析、研究、处理、解决和克服的困难，所以零排放的工程组织难度很大，而这些问题的解决质量，决定了零排放运行的成败、效果和成本。

对零排放系统可靠性研究的工作量和技术难度都非常大，同时，要求从事零排放设计和运行的技术人员要有较高的素质。

(5)经济合理性不高，投资成本和运行费用过高

现阶段实现煤化工废水零排放的最大阻碍就是成本问题。由于要处理高盐、高COD废水，而且成分复杂，导致零排放系统需要比较复杂的多种水处理系统的组合工艺，而且，为了提高可靠性，部分设备还需要有备用系统，并且，很多设备对材质的要求较高，需要使用高强度耐腐蚀材料，因此，零排放系统较一般的水处理系统投资额高很多。现代煤化工项目投资额基本都在100亿元以上，其废水处理工段的投资额会高达6亿~8亿元，水处理投资额平均占项目环保投资的50%以上，一般高盐水处理到回用90%左右，其处理成本为40元/t。若要处理到结晶盐，吨产品需要增加60元。

企业不单单要承受高额的前期投入，同时还要承担处理过程的大量能源消耗和药剂消耗。这就意味着企业不但会增加设备购置成本，还会增加运营费用，最终导致产品的生产成本增加，竞争力下降，利润总额降低。高额的成本费用对于实现煤化工的废水零排放非常不利，这会严重影响企业进行废水零排放的意愿，甚至是大多数企业所不能接受的。

结晶盐的处理也是一个问题。煤化工高盐水盐离子成分复杂，里面还含有高浓度的有机物，因此，最终产生的杂盐被暂定为危险废物。虽然阶段性的通过“膜分离+蒸发结晶”分质分盐可实现氯化钠、硫酸钠等结品盐的分离，但结晶盐中仍含有《国家危险废物名录》中列出的有机物成分，如长链烃类、杂环类物质、酯类和多环芳烃等，结晶盐性质尚无法界定。

另外，分离出来的工业盐在企业所在区域缺乏销路，必须外运销售，以实现资源化利用，而绝大部分煤化工企业的地理位置导致了高额运输成本的现实情况，这也是对分盐工艺进行推广的制约因素。