煤化工水處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
我國能源總體狀況是“富煤、貧油、少氣”，煤炭占我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比例達(dá)到70%左右，遠(yuǎn)高于全球30%左右的平均水平。短期內(nèi)，我國以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)難以改變，豐富的煤炭資源為我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力的條件。隨著煤制油、煤制氣、煤制烯烴等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，我國煤化工正向石油替代產(chǎn)品為主的新型煤化工轉(zhuǎn)變。
煤化工項(xiàng)目具有較大的耗水量和廢水排放量，且我國煤化工項(xiàng)目主要位于內(nèi)蒙古、山西、陜西、寧夏等西北水資源匱乏的地區(qū)，對(duì)水處理的要求較高。根據(jù)測(cè)算，水處理投資占煤化工總投資的比例一般在3%-8%，如果按照“十二五”規(guī)劃期間新增產(chǎn)能來計(jì)算，2013-2016年新型煤化工總投資規(guī)模約7850-8300億元，其中預(yù)計(jì)煤制天然氣可形成總投資約2400-2700億元，煤制烯烴可形成總投資約2400-2550億元，煤制油可形成總投資約1800億元，煤制乙二醇可形成投資約300億元。按8300億元的總投資規(guī)模及5%的水處理投資占比測(cè)算，預(yù)計(jì)水處理占煤化工領(lǐng)域的市場份額約為425億元。
那么什么是水處理呢？
水處理，簡單來說，是通過物理、化學(xué)和生物手段，調(diào)整水質(zhì)，使水質(zhì)達(dá)標(biāo)，以滿足生產(chǎn)和生活需要的全過程。從水處理的應(yīng)用領(lǐng)域來看，主要分為工業(yè)水處理和生活用水處理。從水處理的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)來看，主要分為給水處理和廢污水處理及回用。
近年來，隨著我國水資源的日益緊缺和國家對(duì)于環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，“工業(yè)水處理零排放”技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛。該技術(shù)的主要設(shè)計(jì)理念是將工業(yè)水處理中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，在水處理的各個(gè)環(huán)節(jié)形成一個(gè)閉式循環(huán)體系，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢污水經(jīng)過深度處理再次回用，以減少水資源的用量并最大限度的提高水資源的利用效率，達(dá)到“節(jié)水、減排”的目的。
工業(yè)零排放技術(shù)需要水處理企業(yè)能夠提供個(gè)性化的設(shè)計(jì)方案，技術(shù)要求較高。零排放技術(shù)能夠從根本上起到“節(jié)水、減排”的效果，是工業(yè)水處理未來的發(fā)展方向。
西北能源金三角的污水排放情況如何呢？
煤化工廢水處理“近零排放”技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，對(duì)化工廢水處理“近零排放”尚沒有統(tǒng)一定義，可以將化工廢水處理。“近零排放”定義為：所有離開廠區(qū)的水都是以濕氣的形式或是固化在灰或渣中，或者僅有少量的高濃鹽水排至廠外自然蒸發(fā)設(shè)施，不向地面水體排放任何形式的水。
經(jīng)過多年化工行業(yè)專家的探索和實(shí)踐，2013年鄂爾多斯神華煤制油項(xiàng)目、大唐多倫煤制烯烴項(xiàng)目均宣布打通了廢水“近零排放”全流程，實(shí)現(xiàn)了大型煤化工項(xiàng)目廢水“近零排放”。下面統(tǒng)計(jì)了我國目前主要煤化工項(xiàng)目廢水“近零排放”技術(shù)應(yīng)用情況?？梢钥闯?，對(duì)煤化工項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水進(jìn)行分類收集、分質(zhì)處理、分級(jí)回用已成為目前煤化工項(xiàng)目廢水“近零排放”的趨勢(shì)。
“近零排放”存在問題及建議
伴隨國內(nèi)外水處理技術(shù)及設(shè)備研發(fā)水平的進(jìn)步，廢水“近零排放”在技術(shù)上是可行的。在實(shí)踐操作層面，由于工藝裝置不穩(wěn)定、實(shí)際操作運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)匱乏等原因，達(dá)到廢水“近零排放”的目標(biāo)還存在一定困難，需要從技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)及風(fēng)險(xiǎn)層面進(jìn)一步優(yōu)化。
技術(shù)層面
煤化工廢水水質(zhì)波動(dòng)范圍大
在煤氣化過程中，煤質(zhì)、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)變化，并直接影響廢水的末端治理和回用。例如，碎煤加壓氣化廢水COD波動(dòng)范圍一般在3倍以上；某煤直接液化項(xiàng)目COD波動(dòng)范圍甚至達(dá)10倍以上。
可采取的對(duì)策建議包括：
（1）增加調(diào)節(jié)池容積在調(diào)節(jié)池的停留時(shí)間不低于48h；
（2）對(duì)于碎煤加壓氣化廢水，提高酚氨回收裝置的回收率及穩(wěn)定性；
（3）建設(shè)大容積的廢水暫存池，一般不小于10～15d有機(jī)廢水存儲(chǔ)量；
（4）污水處理設(shè)置多個(gè)系列，多系列并聯(lián)，設(shè)計(jì)互備系統(tǒng)。
氣化廢水處理難度大
碎煤加壓氣化廢水含有大量的油類、酚、氨氮以及萘、蒽、吡啶等難降解有毒有害物質(zhì)，且B/C＜0.3，難以生物降解，是典型的有毒、難降解有機(jī)廢水。
可采取的對(duì)策建議包括：
（1）重視預(yù)處理。在碎煤加壓氣化廢水進(jìn)入生化段之前，設(shè)置強(qiáng)化預(yù)處理措施，盡可能去除對(duì)生化系統(tǒng)有害的物質(zhì)，為后段生化創(chuàng)造條件；強(qiáng)化預(yù)處理措施，避免廢水波動(dòng)對(duì)生化系統(tǒng)的直接影響。
（2）采用改進(jìn)的生化處理工藝。主要包括兩種類型，一種是以PACT、LAB為代表的通過投加活性炭或活性焦，利用其吸附作用為微生物的生長提供食物，加速有機(jī)物氧化分解能力；另一種是載體流動(dòng)床生物膜法，通過在活性污泥池中投加特殊載體填料為微生物生長創(chuàng)造適合的環(huán)境，從而形成一定厚度的微生物膜層，提高降解效率。
（3）碎煤加壓氣化和水煤漿氣化技術(shù)相結(jié)合。將碎煤加壓氣化廢水作為水煤漿磨煤用水，但要重視制漿過程中的氣味問題、Cl-對(duì)水煤漿氣化設(shè)備的腐蝕問題及碎煤加壓氣化廢水膜濃縮技術(shù)的可靠性問題。
回用過程膜產(chǎn)生有機(jī)污染
在污水回用過程中，進(jìn)水都含有一定濃度的有機(jī)物，目前有機(jī)物的膜污染是廢水“近零排放”應(yīng)用中難以回避的問題。
可采取的對(duì)策建議包括：
（1）深度處理中增加高級(jí)氧化措施。
（2）活性炭/活性焦吸附。
（3）選用耐污染的反滲透膜，如碟管式膜片膜柱。
蒸發(fā)過程結(jié)垢造成腐蝕高濃鹽水在較高的鹽濃度下容易出現(xiàn)結(jié)垢，且鹽污水呈強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性，溫度高，含Cl-，容易造成金屬設(shè)備及管道腐蝕。從目前三效蒸發(fā)結(jié)晶裝置的運(yùn)行情況來看，第Ⅱ、Ⅲ效蒸發(fā)器結(jié)垢問題突出，二次蒸汽泡沫大，導(dǎo)致設(shè)備傳熱阻力增加，蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度降低，單位蒸汽消耗量大。
可采取的對(duì)策建議包括：
（1）通過投加酸堿、晶種、阻垢劑等藥劑，創(chuàng)造防結(jié)垢腐蝕的反應(yīng)條件。
（2）在膜處理、蒸發(fā)濃縮之前，加入石灰或純堿、燒堿進(jìn)行“凈化”，防止碳酸鈣和硫酸鈣結(jié)垢。
（3）有條件的地區(qū)可以建設(shè)自然蒸發(fā)設(shè)施。
自然蒸發(fā)設(shè)施尚無成功案例
目前國內(nèi)在自然蒸發(fā)設(shè)施處理高濃鹽水方面尚沒有成功案例，主要原因包括對(duì)蒸發(fā)量估算太過樂觀、對(duì)冬天結(jié)冰現(xiàn)象考慮不足、廢水的無序排入導(dǎo)致自然蒸發(fā)設(shè)施變成污水庫等。
可采取的對(duì)策建議包括：
（1）合理確定蒸發(fā)折減系數(shù)。即有效蒸發(fā)量=蒸發(fā)量×折減系數(shù)－降雨量，蒸發(fā)折減系數(shù)隨鹽水濃度的提高而減小，當(dāng)濃鹽水接近飽和及來水含油時(shí)，蒸發(fā)折減系數(shù)僅為0.1，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，蒸發(fā)折減系數(shù)建議取值不大于0.6。
（2）科學(xué)確定自然蒸發(fā)設(shè)施面積。根據(jù)逐月蒸發(fā)、降雨數(shù)據(jù)計(jì)算有效>>在實(shí)踐操作層面，由于工藝裝置不穩(wěn)定、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)匱乏等原因，達(dá)到廢水“近零排放”的目標(biāo)還存在一定困難，需要從技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)及風(fēng)險(xiǎn)層面進(jìn)一步優(yōu)化。蒸發(fā)面積和廢水儲(chǔ)存池的容積，并按最小蒸發(fā)量和最大降雨量核算。
（3）設(shè)計(jì)中要注意濃鹽水輸送過程中的腐蝕和堵塞，防止因濃鹽水具有較強(qiáng)的腐蝕能力，且飽和狀態(tài)易析出晶體，造成管道堵塞。
（4）分級(jí)、分格設(shè)計(jì)自然蒸發(fā)設(shè)施，根據(jù)鹽水濃度一般分為6～9級(jí)。
（5）采用輔助蒸發(fā)設(shè)施，如立體式自然蒸發(fā)設(shè)施，或使用增強(qiáng)霧化蒸發(fā)機(jī)。
（6）選擇合適的建設(shè)區(qū)域。干燥指數(shù)低于5的區(qū)域不宜建設(shè)蒸發(fā)塘。
