1、廢水零排放概念

“零排放”概念首先是從工業(yè)廢水減排的實踐中提出的。找到這么一個零排放定義:所謂零排放，是指無限地減少污染物和能源排放直至到零的活動，即應(yīng)用清潔生產(chǎn)、物質(zhì)循環(huán)和生態(tài)產(chǎn)業(yè)等各種技術(shù)，實現(xiàn)對資源的完全循環(huán)利用，而不給大氣、水和土壤遺留任何廢棄物。其內(nèi)容是，首先要控制生產(chǎn)過程中不得已產(chǎn)生的液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)的排放物，將其減少到零；其次是將那些排放物中可再利用的能源、資源進行回收，最終實現(xiàn)對環(huán)境的零污染。

對廢水零排放的定義，曾有如下三種描述:

①排出的廢水中不含有毒物質(zhì)。該定義有利于減少生產(chǎn)過程中有毒副產(chǎn)品的產(chǎn)生但是并不強調(diào)減少廢水量，不能促進水的循環(huán)利用和節(jié)約水資源。

②排出的廢水量可能并不小，但廢水是相對安全的，其中可能含有一定濃度的可溶物質(zhì)，但對于受納水體無害。該定義可以促進對廢水的深度處理，以達到廢水排放指標的要求。

③沒有廢水從工廠排出，所有廢水經(jīng)二級或三級處理后轉(zhuǎn)化成了固體廢物，再進行相應(yīng)處理。這實際上是污染物在不同介質(zhì)間的轉(zhuǎn)移，僅就廢水而言實現(xiàn)了零排放，并沒有消除污染源。該定義可以促進水的循環(huán)利用。

上述三種定義側(cè)重點各有不同，但對于環(huán)境保護都有一定的積極意義。在實際應(yīng)用中，通常所說的廢水零排放是指通過提高水的循環(huán)利用率，實現(xiàn)從工廠排出的廢水量為零，即零液體排放(ZLD)。2008年，我國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的GB/T21534-2008《工業(yè)用水節(jié)水術(shù)語》中對零排放解釋為“企業(yè)或主體單元的生產(chǎn)用水系統(tǒng)達到無工業(yè)廢水外排”。

廢水零排放是個系統(tǒng)工程，其內(nèi)涵包括節(jié)水和治水兩個方面，節(jié)水即采用節(jié)水工藝等措施提高用水效率，降低生產(chǎn)水耗，同時盡可能提高廢水回用率，從而較大限度利用水資源；治水即采用高效的水處理技術(shù)，處理高濃度有機廢水及含鹽廢水，將無法利用的高鹽廢水濃縮為固體或濃縮液，不再以廢水的形式外排到自然水體。

煤化工廢水的“零排放”，其確切含義是“零液體排放”，即將煤化工生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水、污水、清凈下水等經(jīng)過處理后全部回用，對外界不排放廢水。

煤化工產(chǎn)業(yè)耗水量巨大，產(chǎn)生的廢水量也很大，并且水質(zhì)復雜，污染物濃度很高，而煤炭資源豐富的地域，往往既缺水又無環(huán)境容量，廢水雖然經(jīng)過處理能夠滿足國家的相關(guān)排放標準，但由于無排放河流或無環(huán)境容量，仍無處可排。水資源和水環(huán)境問題已成為制約煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，尋求處理效果更好、工藝穩(wěn)定性更強、運行費用更低的廢水處理技術(shù)，實現(xiàn)廢水“零排放”，已經(jīng)成為煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自身需求和對環(huán)境保護的要求。

2021年11月15日工業(yè)和信息化部公布的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》(工信部規(guī)[2021]178號)中，明確提出“煤化工濃鹽廢水深度處理和回用”的要求。煤化工廢水零排放對落實上述標準和規(guī)劃，促進煤化工產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展具有重要的長遠意義。

2、煤化工廢水零排放的難點

煤化工廢水零排放雖然在技術(shù)理論上基本可行，但在實際工程設(shè)計中存在諸多難點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)非正常工況導致廢水水質(zhì)、水量波動大

通常，所有的水處理過程，都有明確的進水水質(zhì)和水量指標，這樣才能保證工藝過程的正常、穩(wěn)定和高效。但是，下列因素，會導致水質(zhì)、水量的異常波動。

①目前的現(xiàn)代煤化工項目大多處于工程示范階段，為實現(xiàn)高效低能耗生產(chǎn)，工藝參數(shù)需要不斷調(diào)試，而物料平衡、反應(yīng)溫度、壓力等的變化必然導致廢水水量和水質(zhì)的變化，并直接影響廢水的末端治理和回用。

②原材料煤的質(zhì)量波動和產(chǎn)地變化等會在很大程度上影響生產(chǎn)產(chǎn)生廢水的水質(zhì)。

③廢水零排放系統(tǒng)承載著處理其他水處理系統(tǒng)末端不能達標排放或回用的各種廢水的“強大功能”，來水復雜，既有工藝水、事故水、難處理廢水、各種濃水等，也有零排放系統(tǒng)自身的沖洗廢水、化學清洗廢水、再生廢水、事故廢水的回流等，這些來水成分復雜，水質(zhì)、水量波動大。

④化學反應(yīng)工藝的滯后特性和生化反應(yīng)平衡過程漫長的特性，給系統(tǒng)的調(diào)整帶來困難。

所有這些，都會使零排放裝置運行中工藝參數(shù)的控制十分困難。如果一個環(huán)節(jié)控制不好，后續(xù)各個環(huán)節(jié)都會難以控制，一旦工藝失控，又會產(chǎn)生新的故障水，形成惡性循環(huán)。所以零排放系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行是有很大難度的。例如，由于煤質(zhì)波動和前端生產(chǎn)操作系統(tǒng)的不穩(wěn)定，某煤直接液化項目水處理系統(tǒng)的進水COD波動范圍高達10倍以上，生化處理的菌種馴化十分困難。水質(zhì)、水量波動大，給水處理系統(tǒng)工藝和設(shè)備帶來嚴峻挑戰(zhàn)，有時會超過系統(tǒng)的處理容限，導致水處理系統(tǒng)不能完全處理，處理不達標甚至整個系統(tǒng)崩潰。

(2)中水難以全部回用，水平衡難度大

深度處理及回用是實現(xiàn)廢水零排放的重要環(huán)節(jié)，目前大部分煤化工企業(yè)都開展了廢水的綜合利用，回用廢水主要包括經(jīng)生化處理后的生產(chǎn)廢水和深度處理后的循環(huán)排污水，回用點主要是循環(huán)水系統(tǒng)補充水。為進一步增加廢水回用能力，一些企業(yè)已開始嘗試將氣化工藝廢水處理后，作為循環(huán)補充水回用于“濁循環(huán)”系統(tǒng)。部分水經(jīng)過多級處理后，還可以作為對“潔凈度”要求較高的其他用水的補充。

但在實際運行中，由于主體生產(chǎn)裝置運行穩(wěn)定性差，循環(huán)水需求變化很大，導致中水平衡調(diào)度十分困難，難以全部回用。另外，由于生產(chǎn)和水處理系統(tǒng)運行不穩(wěn)定和原料煤煤質(zhì)變化引起的水質(zhì)、水量不穩(wěn)定，往往會導致產(chǎn)水不達標，從而使產(chǎn)水不能回用這些波動，也導致生產(chǎn)過程中往往不能實現(xiàn)用水的平衡。

此外，一些地處西北省份的煤化工企業(yè)，冬季室外溫度低，循環(huán)水場補水量出現(xiàn)大幅下降，導致中水無法全部消納。例如，某煤制油項目運行中，冬、夏兩季循環(huán)水系統(tǒng)的補水量變化達到20%~30%冬季大量難以回用的中水出路面臨困境。

(3)零排放系統(tǒng)技術(shù)復雜，專業(yè)面廣，控制鏈長

煤化工廢水零排放是以解決我國煤化工工業(yè)水資源及廢水處理難題為目標的，目前，該領(lǐng)域基本確立了“預(yù)處理—生化處理—深度處理—高鹽水處理”四大分系統(tǒng)實現(xiàn)零排放的技術(shù)路線，技術(shù)面十分寬廣，其每個分系統(tǒng)都是一門獨特的專業(yè)技術(shù)，都有各自的應(yīng)用條件和使用范圍，都有各自若干專用的工藝設(shè)備，專門的工藝參數(shù)和控制要求，它們的每一項工藝技術(shù)和工藝設(shè)備都處在不斷改進、提高和發(fā)展的狀態(tài)中。這使得由多工藝、多專業(yè)組合而成的零排放工程，既要求有知識面十分寬廣研究系統(tǒng)總體整合的工程師，還要求有各項工藝技術(shù)和設(shè)備資深的專業(yè)工程師組成綜合團隊。

目前，國內(nèi)不少新興煤化工項目提出了分質(zhì)分鹽的思路，且在分離出化鈉、硫酸鈉等結(jié)晶鹽方面有一定成效。但是，煤化工濃鹽水處理技術(shù)現(xiàn)處于工業(yè)示范階段，由于采用不同的技術(shù)路線及處理裝置，導致其投資費用與運行費用差異懸殊，因此保證工業(yè)鹽分離的經(jīng)濟可行性是該技術(shù)研究和發(fā)展的關(guān)鍵。

(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，組織難度大，對設(shè)計、制造、調(diào)試、運行等都有很高要求。

能源化工的零排放工程一般都是由二十幾個工藝單元組合而成的系統(tǒng)工程，具有很高的技術(shù)含量和難度。成功的系統(tǒng)設(shè)計需要開展廣泛的工藝調(diào)研和大量的研究工作，具體有系統(tǒng)工藝條件變動范圍和目標的確認，系統(tǒng)工藝路線的分析研究和優(yōu)化，系統(tǒng)中各分系統(tǒng)之間和分系統(tǒng)中各單元之間的協(xié)調(diào)和匹配，各工藝分系統(tǒng)中的多層次組織的優(yōu)化，各工藝單元之間以及工藝和電儀自動化等多專業(yè)之間的融合和搭接，采用新工藝的必要性和經(jīng)濟性論證，新工藝的理論研究、工程調(diào)研、試驗證實的組織，系統(tǒng)工程中的工藝研發(fā)、工程設(shè)計、設(shè)備制造、安裝調(diào)試、投產(chǎn)運行、運行管理等各個環(huán)節(jié)的組織、協(xié)調(diào)、溝通、合作的形成，以及RECO(研發(fā)、工程、建設(shè)、運行)循環(huán)發(fā)展模式的形成等，需要有大量分析、研究、處理、解決和克服的困難，所以零排放的工程組織難度很大，而這些問題的解決質(zhì)量，決定了零排放運行的成敗、效果和成本。

對零排放系統(tǒng)可靠性研究的工作量和技術(shù)難度都非常大，同時，要求從事零排放設(shè)計和運行的技術(shù)人員要有較高的素質(zhì)。

(5)經(jīng)濟合理性不高，投資成本和運行費用過高

現(xiàn)階段實現(xiàn)煤化工廢水零排放的較大阻礙就是成本問題。由于要處理高鹽、高COD廢水，而且成分復雜，導致零排放系統(tǒng)需要比較復雜的多種水處理系統(tǒng)的組合工藝，而且，為了提高可靠性，部分設(shè)備還需要有備用系統(tǒng)，并且，很多設(shè)備對材質(zhì)的要求較高，需要使用高強度耐腐蝕材料，因此，零排放系統(tǒng)較一般的水處理系統(tǒng)投資額高很多?，F(xiàn)代煤化工項目投資額基本都在100億元以上，其廢水處理工段的投資額會高達6億~8億元，水處理投資額平均占項目環(huán)保投資的50%以上，一般高鹽水處理到回用90%左右，其處理成本為40元/t。若要處理到結(jié)晶鹽，噸產(chǎn)品需要增加60元。

企業(yè)不單單要承受高額的前期投入，同時還要承擔處理過程的大量能源消耗和藥劑消耗。這就意味著企業(yè)不但會增加設(shè)備購置成本，還會增加運營費用，最終導致產(chǎn)品的生產(chǎn)成本增加，競爭力下降，利潤總額降低。高額的成本費用對于實現(xiàn)煤化工的廢水零排放非常不利，這會嚴重影響企業(yè)進行廢水零排放的意愿，甚至是大多數(shù)企業(yè)所不能接受的。

結(jié)晶鹽的處理也是一個問題。煤化工高鹽水鹽離子成分復雜，里面還含有高濃度的有機物，因此，最終產(chǎn)生的雜鹽被暫定為危險廢物。雖然階段性的通過“膜分離+蒸發(fā)結(jié)晶”分質(zhì)分鹽可實現(xiàn)氯化鈉、硫酸鈉等結(jié)品鹽的分離，但結(jié)晶鹽中仍含有《國家危險廢物名錄》中列出的有機物成分，如長鏈烴類、雜環(huán)類物質(zhì)、酯類和多環(huán)芳烴等，結(jié)晶鹽性質(zhì)尚無法界定。

另外，分離出來的工業(yè)鹽在企業(yè)所在區(qū)域缺乏銷路，必須外運銷售，以實現(xiàn)資源化利用，而絕大部分煤化工企業(yè)的地理位置導致了高額運輸成本的現(xiàn)實情況，這也是對分鹽工藝進行推廣的制約因素。