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(shí)踐中提出的。找到這么一個(gè)零排放定義:所謂零排放，是指無(wú)限地減少污染物和能源排放直至到零的活動(dòng)，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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)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(jìn)行回收，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的零污染。

對(duì)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(guò)程中有毒副產(chǎn)品的產(chǎn)生但是并不強(qiáng)調(diào)減少?gòu)U水量，不能促進(jìn)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(duì)安全的，其中可能含有一定濃度的可溶物質(zhì)，但對(duì)于受納水體無(wú)害。該定義可以促進(jìn)對(duì)廢水的深度處理，以達(dá)到廢水排放指標(biāo)的要求。

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

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

廢水零排放是個(gè)系統(tǒng)工程，其內(nèi)涵包括節(jié)水和治水兩個(gè)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(shí)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(jī)廢水及含鹽廢水，將無(wú)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(guò)程中所產(chǎn)生的廢水、污水、清凈下水等經(jīng)過(guò)處理后全部回用，對(duì)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(fù)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(wú)環(huán)境容量，廢水雖然經(jīng)過(guò)處理能夠滿足國(guó)家的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，但由于無(wú)排放河流或無(wú)環(huán)境容量，仍無(wú)處可排。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，尋求處理效果更好、工藝穩(wěn)定性更強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用更低的廢水處理技術(shù)，實(shí)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(duì)環(huán)境保護(hù)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(hào))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(duì)落實(shí)上述標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展具有重要的長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

2、煤化工廢水零排放的難點(diǎn)

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

(1)非正常工況導(dǎo)致廢水水質(zhì)、水量波動(dòng)大

通常，所有的水處理過(guò)程，都有明確的進(jìn)水水質(zhì)和水量指標(biāo)，這樣才能保證工藝過(guò)程的正常、穩(wěn)定和高效。但是，下列因素，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)、水量的異常波動(dòng)。

①目前的現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目大多處于工程示范階段，為實(shí)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(dǎo)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(dòng)和產(chǎn)地變化等會(huì)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(dá)標(biāo)排放或回用的各種廢水的“強(qiáng)大功能”，來(lái)水復(fù)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(xué)清洗廢水、再生廢水、事故廢水的回流等，這些來(lái)水成分復(fù)雜，水質(zhì)、水量波動(dòng)大。

④化學(xué)反應(yīng)工藝的滯后特性和生化反應(yīng)平衡過(guò)程漫長(zhǎng)的特性，給系統(tǒng)的調(diào)整帶來(lái)困難。

所有這些，都會(huì)使零排放裝置運(yùn)行中工藝參數(shù)的控制十分困難。如果一個(gè)環(huán)節(jié)控制不好，后續(xù)各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)難以控制，一旦工藝失控，又會(huì)產(chǎn)生新的故障水，形成惡性循環(huán)。所以零排放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行是有很大難度的。例如，由于煤質(zhì)波動(dòng)和前端生產(chǎn)操作系統(tǒng)的不穩(wěn)定，某煤直接液化項(xiàng)目水處理系統(tǒng)的進(jìn)水COD波動(dòng)范圍高達(dá)10倍以上，生化處理的菌種馴化十分困難。水質(zhì)、水量波動(dòng)大，給水處理系統(tǒng)工藝和設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，有時(shí)會(huì)超過(guò)系統(tǒng)的處理容限，導(dǎo)致水處理系統(tǒng)不能完全處理，處理不達(dá)標(biāo)甚至整個(gè)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(shí)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(kāi)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(diǎn)主要是循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水。為進(jìn)一步增加廢水回用能力，一些企業(yè)已開(kāi)始嘗試將氣化工藝廢水處理后，作為循環(huán)補(bǔ)充水回用于“濁循環(huán)”系統(tǒng)。部分水經(jīng)過(guò)多級(jí)處理后，還可以作為對(duì)“潔凈度”要求較高的其他用水的補(bǔ)充。

但在實(shí)際運(yùn)行中，由于主體生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性差，循環(huán)水需求變化很大，導(dǎo)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(yùn)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水不達(dá)標(biāo)，從而使產(chǎn)水不能回用這些波動(dòng)，也導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中往往不能實(shí)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(chǎng)補(bǔ)水量出現(xiàn)大幅下降，導(dǎo)致中水無(wú)法全部消納。例如，某煤制油項(xiàng)目運(yùn)行中，冬、夏兩季循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水量變化達(dá)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(fù)雜，專業(yè)面廣，控制鏈長(zhǎng)

煤化工廢水零排放是以解決我國(guó)煤化工工業(yè)水資源及廢水處理難題為目標(biāo)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(shí)現(xiàn)零排放的技術(shù)路線，技術(shù)面十分寬廣，其每個(gè)分系統(tǒng)都是一門獨(dú)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(xiàng)工藝技術(shù)和工藝設(shè)備都處在不斷改進(jìn)、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(shí)面十分寬廣研究系統(tǒng)總體整合的工程師，還要求有各項(xiàng)工藝技術(shù)和設(shè)備資深的專業(yè)工程師組成綜合團(tuán)隊(duì)。

目前，國(guó)內(nèi)不少新興煤化工項(xiàng)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(dǎo)致其投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用差異懸殊，因此保證工業(yè)鹽分離的經(jīng)濟(jì)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(duì)設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、運(yùn)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(gè)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(jì)需要開(kāi)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(dòng)范圍和目標(biāo)的確認(rèn)，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(dòng)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(jì)性論證，新工藝的理論研究、工程調(diào)研、試驗(yàn)證實(shí)的組織，系統(tǒng)工程中的工藝研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、安裝調(diào)試、投產(chǎn)運(yùn)行、運(yùn)行管理等各個(gè)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(yùn)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(wèn)題的解決質(zhì)量，決定了零排放運(yùn)行的成敗、效果和成本。

對(duì)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(shí)，要求從事零排放設(shè)計(jì)和運(yùn)行的技術(shù)人員要有較高的素質(zhì)。

(5)經(jīng)濟(jì)合理性不高，投資成本和運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高

現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)煤化工廢水零排放的較大阻礙就是成本問(wèn)題。由于要處理高鹽、高COD廢水，而且成分復(fù)雜，導(dǎo)致零排放系統(tǒng)需要比較復(fù)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(duì)材質(zhì)的要求較高，需要使用高強(qiáng)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。現(xiàn)代煤化工項(xiàng)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(huì)高達(dá)6億~8億元，水處理投資額平均占項(xiàng)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(shí)還要承擔(dān)處理過(guò)程的大量能源消耗和藥劑消耗。這就意味著企業(yè)不但會(huì)增加設(shè)備購(gòu)置成本，還會(huì)增加運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，最終導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)成本增加，競(jìng)爭(zhēng)力下降，利潤(rùn)總額降低。高額的成本費(fèi)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤化工的廢水零排放非常不利，這會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)進(jìn)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(gè)問(wèn)題。煤化工高鹽水鹽離子成分復(fù)雜，里面還含有高濃度的有機(jī)物，因此，最終產(chǎn)生的雜鹽被暫定為危險(xiǎn)廢物。雖然階段性的通過(guò)“膜分離+蒸發(fā)結(jié)晶”分質(zhì)分鹽可實(shí)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(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中列出的有機(jī)物成分，如長(zhǎng)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(wú)法界定。

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