煤炭是中國主要的化石能源，新型煤化工產(chǎn)業(yè)因此得到快速發(fā)展。然而，煤化工產(chǎn)業(yè)耗水和排水量大，水資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題限制了中國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，“零排放”方案的提出具有重要的現實(shí)意義和歷史意義。

　　一、緒論

　　中國的石油、天然氣資源短缺，煤炭是中國的主要化石能源，這種能源結構決定了新型煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，即以煤氣化為龍頭的煤化工產(chǎn)業(yè)，運用催化合成、分離、生物化工等先進(jìn)的化工技術(shù)，生產(chǎn)能夠替代石油的潔凈能源和各類(lèi)化工產(chǎn)品，進(jìn)而滿(mǎn)足未來(lái)經(jīng)濟發(fā)展需求。

　　發(fā)展新型煤化工企業(yè)，煤和水是兩大資源要素，煤化工項目耗水量巨大，煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展已經(jīng)引發(fā)了區域水資源供需的失衡。同時(shí)中國煤炭資源和水資源分布極不均衡。水資源缺乏地區也面臨著(zhù)地表水環(huán)境容量有限的問(wèn)題，大量煤化工廢水面臨無(wú)處可排的困境。煤化工項目廢水產(chǎn)生量也很高。該類(lèi)廢水含大量有機污染物。大量建設煤化工項目將會(huì )給富煤但缺水的地區帶來(lái)非常嚴重的社會(huì )問(wèn)題。水資源和水環(huán)境問(wèn)題已成為制約煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。為促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟與水資源及環(huán)境的協(xié)調發(fā)展，2007年頒布的《國家環(huán)境保護“十一五”規劃》明確要求在煤炭等重點(diǎn)行業(yè)努力實(shí)現廢水少排放或零排放。既解決了一部分水資源短缺問(wèn)題，又不對當地的環(huán)境和生態(tài)造成污染和破壞，對于在建和擬建的煤化工項目，具有極為重要的現實(shí)意義和深遠的歷史意義。

　　目前，不少正在建設和規劃中的煤化工項目都計劃實(shí)施廢水“零排放”方案，但迄今中國尚無(wú)真正做到廢水零排放的煤化工企業(yè)，煤化工廢水零排放也存在著(zhù)很多問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)，因此，對現有煤化工廢水“零排放”技術(shù)進(jìn)行分析總結至關(guān)重要。

　　二、煤化工廢水分類(lèi)和水質(zhì)特征

　　煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工，使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學(xué)品，并生產(chǎn)出各種化工產(chǎn)品的工業(yè)。不同學(xué)者對煤化工廢水的分類(lèi)有一定區別，但一般可將現代煤化工企業(yè)廢水按照含鹽量分為兩類(lèi)：一是有機廢水，主要包括氣化廢水、化工裝置廢水、地面沖洗水、初期雨水及生活污水等，其特點(diǎn)是含鹽量低;二是含鹽廢水，主要 >

　　三、煤化工廢水“零排放”處理技術(shù)

　　中國已經(jīng)建成的煤化工廢水“零排放”設施的處理技術(shù)，基本分為有機廢水處理技術(shù)和含鹽廢水處理技術(shù)，而含鹽廢水處理技術(shù)又包括低鹽廢水處理技術(shù)、濃鹽水處理技術(shù)和高濃鹽水固化處理技術(shù)。其中，有機廢水處理基本上采用“預處理(物化處理)+生化處理+深度處理”的三段式處理工藝；低鹽廢水處理多采用“預處理+雙膜法”兩段式處理工藝;濃鹽水處理多采用“預處理+膜濃縮”處理工藝；高濃鹽水固化處理多采用自然蒸發(fā)固化或機械蒸發(fā)固化處理方式。

　　1、有機廢水處理

　　煤氣化產(chǎn)生的廢水不經(jīng)過(guò)預處理直接進(jìn)行生化處理是不可行的，尤其是氨和酚濃度很高的固定床工藝廢水。預處理主要目的是去除乳化油和懸浮物(SS)及膠態(tài)COD。對于魯奇氣化廢水，還要進(jìn)行酚氨回收。

　　煤氣化廢水的生化處理可根據水質(zhì)及場(chǎng)地情況選擇A/O、A2/O、SBR、氧化溝、膜生物反應器(MBR)等工藝。固定床工藝選用以去除CODCr、BOD5、氨氮等為主體的生化處理工藝(主要考慮硝化和反硝化)，氣流床選用以物化為主的后處理強化工藝。流化床及氣流床工藝產(chǎn)生的廢水，應選擇硝化和反硝化效果好的處理工藝。

　　煤氣化廢水的深度處理有機廢水采用上述處理工藝處理后，經(jīng)混凝沉淀，基本可以達到國家或地方排放標準，但距離作為循環(huán)補充水要求還有一定的差距，需進(jìn)行深度處理。深度處理段常用工藝主要有臭氧氧化、化學(xué)氧化+曝氣生物濾池(BAF)+活性炭吸附等工藝。

　　2、含鹽廢水處理

　　(1)低鹽廢水處理

　　低鹽廢水處理普遍釆用的是“預處理+雙膜法”兩段式處理工藝(即超濾-反滲透)。生化處理出水和清凈廢水混合之后變成低鹽廢水，這種水去除鹽后可以作為循環(huán)冷卻水系統的補充水。目前除鹽方法很多，但隨著(zhù)膜分離技術(shù)和膜生產(chǎn)工藝的提高，膜的使用壽命在不斷提高，應用范圍越來(lái)越廣。預處理一般為絮凝沉淀和過(guò)濾工藝，主要是進(jìn)一步去除水中的SS、膠體及COD，為雙膜進(jìn)水提高保障。雙膜的主要功能是脫鹽，實(shí)現廢水的回收利用。

　　(2)濃鹽水處理

　　雙膜法處理后的水可回用，作為循環(huán)冷卻水系統的補充水，但同時(shí)也產(chǎn)生濃鹽水，水量仍然較大，且含有一定量的有機污染物，若不進(jìn)行處理，仍會(huì )對當地環(huán)境造成巨大的污染。目前一般采用(預處理+膜濃縮)處理工藝，將濃鹽水進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，使TDS(總含鹽量)質(zhì)量濃度達到50000-80000mg/L，盡可能將廢水中鹽分提高，減小后續蒸發(fā)器的規模，同時(shí)減少投資以及節約能源。

　　(3)高濃鹽水處理

　　高濃鹽水固化處理是廢水“零排放”方案應用和普及的瓶頸，也是當前存在爭論最多的地方。含鹽廢水處理后產(chǎn)生的濃液，也稱(chēng)為高鹽廢水，含鹽量通常高達20%(質(zhì)量分數)以上。目前，國內外對高濃鹽水的處理一般采用自然蒸發(fā)固化和機械蒸發(fā)固化兩種處理方式。其中機械蒸發(fā)是利用蒸汽實(shí)現鹽的結晶。自然蒸發(fā)固化是利用太陽(yáng)能，在自然條件下將高濃鹽水逐漸蒸發(fā)，實(shí)現鹽的結晶。經(jīng)蒸發(fā)固化處理后的結晶固體，組分復雜，有害物質(zhì)濃度高，需作為危險固體廢棄物進(jìn)行處理，不能和鍋爐灰渣、氣化灰渣等一起混埋。

　　四、煤化工廢水“零排放”的制約性問(wèn)題及解決思路

　　煤化工廢水“零排放”技術(shù)在實(shí)際工程實(shí)踐中存在諸多難點(diǎn)。目前中國尚未有一家煤化工企業(yè)真正實(shí)現廢水“零排放”，煤化工廢水零排放技術(shù)的研究和應用在中國處于起步階段，在技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境影響等方面均存在問(wèn)題。

　　1、技術(shù)層面

　　(1)存在問(wèn)題

　　煤化工廢水零排放的主要技術(shù)難點(diǎn)在于煤化工氣化工藝有機廢水處理和含鹽廢水處理兩個(gè)方面。有機廢水的主要技術(shù)問(wèn)題是氣化廢水水質(zhì)波動(dòng)大，影響生化處理流程。進(jìn)而影響后續膜處理效果，最終導致“零排放”目標難以實(shí)現。含鹽廢水處理的核心問(wèn)題是雙膜系統反滲透問(wèn)題、膜濃縮和蒸發(fā)器的污堵和腐蝕性問(wèn)題。雙膜系統中采用的反滲透方法可能導致水質(zhì)特征不明晰，或者造成反滲透膜污染嚴重，脫硅難問(wèn)題。此外，“零排放”目標受到膜濃縮和蒸發(fā)器技術(shù)的限制，這種技術(shù)大部分尚處于設計、建設階段，目前有少數已建設完畢，均未真正投入運行。膜濃縮和蒸發(fā)器技術(shù)的限制問(wèn)題包括有機污染物在膜濃縮中形成污堵，使膜壽命縮短，清洗頻繁從而使膜濃縮系統崩潰;廢水的硬度會(huì )在膜濃縮中升高，易結晶，并在膜濃縮過(guò)程中結垢，從而使膜失去濃縮能力;由于硬度會(huì )進(jìn)一步升高，在蒸發(fā)器內極易形成結垢，從而使蒸發(fā)器失去應有的蒸發(fā)功能等，以上這些技術(shù)問(wèn)題都亟需解決。

　　(2)解決思路

　　首先是針對有機廢水水質(zhì)波動(dòng)大的問(wèn)題，須增加對廢水中有毒、有味(易揮發(fā))、有色、難降解的物質(zhì)的定性、定量分析。只有明晰各段水質(zhì)特征，才能有針對性地開(kāi)發(fā)處理工藝。對含鹽廢水及濃液的處理應從源頭入手，綜合考慮整個(gè)系統的鹽平衡，對廢水處理過(guò)程中需要投加藥劑的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行工藝和藥劑的比選優(yōu)化，最大限度地減少水系統添加的鹽量，降低末端治理的壓力，同時(shí)研究反滲透濃水中硅的水化學(xué)機理，開(kāi)發(fā)高效的同步脫鈣、鎂、硅技術(shù)，優(yōu)化現有反滲透工藝。解決硅對反滲透膜污染嚴重且脫硅難的關(guān)鍵問(wèn)題?？傊?，相關(guān)部門(mén)和企業(yè)應從環(huán)保角度評估各種煤氣化技術(shù)的優(yōu)劣，選擇可行的節水和廢水處理工藝技術(shù)，制定相關(guān)技術(shù)指南與工程規范，針對目前廢水零排放的技術(shù)工程難點(diǎn)，加大技術(shù)投入，推動(dòng)中國廢水零排放技術(shù)的發(fā)展。

　　2、經(jīng)濟層面

　　(1)存在問(wèn)題

　　煤化工項目通常投資很大，要實(shí)現煤化工廢水“零排放”，需要投入大量資金。例如，含鹽廢水處理過(guò)程中，廢水的成分復雜，特別是氯離子含量很高，對蒸發(fā)器的腐蝕性很強，需要使用強耐腐蝕材料，因而投資很高。此外，廢水“零排放”過(guò)程產(chǎn)生的結晶固體，需作為危險固廢進(jìn)行安全填埋處理，處理成本較高，含鹽廢水直接運行成本通常是有機廢水處理成本的幾倍。高運行成本也是當前制約煤化工廢水“零排放”應用和普及的重要因素。

　　(2)解決思路

　　實(shí)現廢水“零排放”的經(jīng)濟代價(jià)是巨大的。廢水零排放是以較多的能源消耗換取污染物的減排，因此，在解決水環(huán)境污染的同時(shí)，一定要綜合考慮由此帶來(lái)的高能耗和高投資運行成本問(wèn)題，不要盲目地全部采用“零排放”。應根據項目所在地水資源、水環(huán)境容量、能源、自然條件等客觀(guān)條件綜合確定是否需要實(shí)施廢水“零排放”方案。另一方面，國家應盡快大幅提高水資源和廢水排放收費標準，倒逼企業(yè)。對于適合廢水“零排放”的企業(yè)，實(shí)施政策鼓勵措施。使廢水處理與回用變?yōu)樽杂X(jué)行動(dòng)，減少廢水排放。

　　3、環(huán)境層面

　　(1)存在問(wèn)題

　　煤化工廢水“零排放”方案還存在著(zhù)巨大的環(huán)境問(wèn)題，例如在含鹽廢水處理過(guò)程中，通過(guò)自然蒸發(fā)或機械蒸發(fā)的方式，得到結晶鹽，以固體的形式輸出，這其實(shí)是把污染物從一種形態(tài)轉化為另一種形態(tài)，并不能徹底消滅污染物。如果處置不當，結晶鹽中的可溶性鹽類(lèi)、有機物在雨水淋溶作用下會(huì )造成二次污染。同時(shí)由于實(shí)施“零排放”方案，企業(yè)無(wú)廢水排放口，這部分廢水只能在廠(chǎng)內長(cháng)時(shí)間貯存。由于廢水量較大，很容易污染當地地下水環(huán)境。政府和企業(yè)一定要做好“零排放”方案，不能顧此失彼，反而造成更大的環(huán)境污染。

　　(2)解決思路

　　做好“零排放”方案，應立足于不惡化地表水體質(zhì)量、不污染地下水，將污染限制在可控范圍內。綜合觀(guān)之，在水資源豐富的南方地區不宜倡導零排放，北方地區也應因地制宜，區別對待。如果有納污水體，應盡可能利用自然水體，不宜硬性要求“零排放”，在確實(shí)沒(méi)有納污水體地區，應該以保護地下水為前提，優(yōu)先選用能耗、物耗較低的處置方式。合理實(shí)施“零排放”方案，達到最優(yōu)環(huán)境效益。

　　五、結論

　　煤化工廢水“零排放”技術(shù)的研究與應用在中國處于起步階段，存在技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境層面上的一系列問(wèn)題。因此，在煤化工廢水“零排放”項目中，需要重點(diǎn)考慮和解決的問(wèn)題主要有膜濃縮和蒸發(fā)皿等技術(shù)問(wèn)題、“零排放”項目中的高成本問(wèn)題及其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，筆者認為從技術(shù)層面應明晰水質(zhì)特征，減少鹽的添加，開(kāi)發(fā)有效的脫硅技術(shù)，加大技術(shù)投入；從經(jīng)濟層面應考慮高能耗和高投資運行成本問(wèn)題，明確企業(yè)是否適合實(shí)施廢水“零排放”方案，應盡快大幅提高水資源和廢水排放收費標準；從環(huán)境層面應立足于將污染限制在可控范圍內，合理實(shí)施“零排放”方案，因地制宜，區別對待，達到最優(yōu)環(huán)境效益。( >

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