污水“零排放技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

王毅霖　楊雪瑩　張曉飛　宋磊　李雪凝

摘要：對水系統(tǒng)優(yōu)化、污水深度處理與回用技術(shù)以及末端液體濃縮技術(shù)等幾個方面進(jìn)行了深入研究，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用實例，分析了多種“零排放技術(shù)特點。結(jié)果表明：目前，在國際上其他行業(yè)已有“零排放技術(shù)的應(yīng)用的成功案例，反觀國內(nèi)，要結(jié)合煉化企業(yè)自身情況，引入成熟技術(shù)，強(qiáng)化企業(yè)調(diào)控?！傲闩欧偶夹g(shù)的研究目標(biāo)是實現(xiàn)新鮮水用量最小化、污水集中處理量最小化、工藝單元用水指標(biāo)體系化，達(dá)到分質(zhì)合理回用及節(jié)能與節(jié)水的耦合優(yōu)化，實質(zhì)上就是水系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)回用以及污水排放量為零的最終目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：零排放；深度處理與回用；水系統(tǒng)優(yōu)化；末端濃縮

中圖分類號：X2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08018903

[FL（2K2]

1引言

由于農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)，20世紀(jì)全球用水量增幅是人口增幅的2倍，全球4成以上人口存在水資源短缺現(xiàn)象，聯(lián)合國水資源組織評估稱，到2030年，全球?qū)⒂?7%人口嚴(yán)重缺水。隨著事態(tài)的嚴(yán)峻，國家出臺關(guān)于水資源宏觀調(diào)控的政策用于控制各行業(yè)用水需求已成為發(fā)展趨勢，工業(yè)用水已經(jīng)成為占有相當(dāng)大比例的水資源使用方，降低工業(yè)排水對環(huán)境的壓力、使工業(yè)企業(yè)通過國家提標(biāo)后頒布的污水排放指標(biāo)考核，成為首要任務(wù)。

此時“零排放的概念又被業(yè)內(nèi)提出來，嘗試?yán)^續(xù)深入研究并用于解決煉化污水所帶來的污染問題。所謂的“零排放，也只是改變了污染物排放的方式、渠道和節(jié)點，一些污染物最終要進(jìn)入環(huán)境，以水、氣、聲、渣、熱等形式排入環(huán)境。

國際上將污水“零排放定義為液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD），就是工藝廢水經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)組合處理后回用于生產(chǎn)，不向環(huán)境排放任何液態(tài)的污染介質(zhì)，污染物被濃縮至固態(tài)或結(jié)晶的形式排放。國內(nèi)的煉化污水的“零排放是依賴技術(shù)與管理共同構(gòu)成的綜合體系運行來實現(xiàn)零排放目標(biāo)的技術(shù)管理體系。

2水系統(tǒng)優(yōu)化研究

21水系統(tǒng)優(yōu)化在污水處理中的發(fā)展歷程

水系統(tǒng)優(yōu)化的探索過程中，污水處理經(jīng)過了以下幾個階段：直用直排→源頭治理初步形成分類分級處理的用水網(wǎng)絡(luò)→分質(zhì)回用實現(xiàn)污水減排→最終實現(xiàn)污水“零排放。

22水系統(tǒng)優(yōu)化的主要技術(shù)方法

水夾點技術(shù)是針對企業(yè)用水系統(tǒng)，設(shè)計新鮮用水量最小、廢水排放量最小進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的一種過程集成技術(shù)，可以預(yù)先識別在用水操作中最小新鮮水消耗量和最少廢水產(chǎn)生量目標(biāo)。該技術(shù)在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于煉油化工行業(yè)，節(jié)水率達(dá)20%～30%。它的特點是適用于單一組分并且較為直觀、單純，但是具有一定的局限性。

數(shù)學(xué)規(guī)劃法可以利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，求解迅速、可靠?？梢酝ㄟ^建模，錄入控制條件，達(dá)到用戶所需的水系統(tǒng)需求，可以同時得到系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)值和達(dá)到該目標(biāo)值的水網(wǎng)絡(luò)。該方法更為全面、嚴(yán)格，適用于多組分的復(fù)雜目標(biāo)并且求解方便，已經(jīng)成為目前的主要研究趨勢，但是缺點是結(jié)果中常常出現(xiàn)一些不合理解。

中間水道技術(shù)＼[1＼]是在用水網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置中間水道的新的水回用模式。該技術(shù)具有簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、運行和控制的優(yōu)點，增加了網(wǎng)絡(luò)的柔韌性，但是缺點是只是用于大型復(fù)雜水網(wǎng)絡(luò)。

單一使用均各有優(yōu)缺點，目前將水夾點技術(shù)與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合既可避免水夾點技術(shù)得不到真正意義上最優(yōu)解的局限性，又在一定程度上防止了超結(jié)構(gòu)規(guī)模過大、MINLP維數(shù)過高等困難。該方法可充分發(fā)揮水夾點分析確定新鮮水用量或回用結(jié)構(gòu)的簡介實用性和超結(jié)構(gòu)MINLP尋求最佳方案的優(yōu)點，求解過程簡單，所得結(jié)果能滿足不同的要求并且合理、有效＼[2＼]。

3深度處理與回用技術(shù)

31深度處理技術(shù)分類

物理法包括沉淀、過濾、吸附、空氣吹脫、膜技術(shù)等；化學(xué)法包括絮凝、高級氧化法、消毒、離子交換、石灰處理等；生物法包括活性污泥法、接觸氧化法、BAF、生物固定化法等[3，4]。

物化法中現(xiàn)以膜技術(shù)為主要研究方向。膜技術(shù)是利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的方法，也稱為膜分離技術(shù)。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。根據(jù)過濾孔徑大小分為以下：微濾、超濾、納濾、反滲透等，具有出水水質(zhì)高的優(yōu)點，缺點是投資高、對進(jìn)水水質(zhì)有較為嚴(yán)格的要求、膜污染問題尚未解決。

化學(xué)法中著重研究的熱點是高級氧化技術(shù)。高級氧化技術(shù)以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·O）為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應(yīng)條件下，使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和反應(yīng)條件分為以下：催化濕式氧化法、光化學(xué)氧化法、聲化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、臭氧氧化法、芬頓氧化法、類芬頓氧化法等，具有可以處理高濃度難降解有機(jī)物的優(yōu)點，缺點是投資較高，并且需要嚴(yán)格控制穩(wěn)定性。

大部分煉化企業(yè)都有生物法污水處理工藝。其技術(shù)優(yōu)點是可在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不達(dá)標(biāo)進(jìn)水，并處理至達(dá)標(biāo)。但是缺點是抗沖擊能力較差、難降解有機(jī)物無法處理。對于抗沖擊能力較差這一點目前只能在前端加相應(yīng)的緩沖裝置并且監(jiān)控管理及時來解決。提高微生物抗性、結(jié)合基因工程等生物手段是后續(xù)深入研究的趨勢。endprint

摘要：對水系統(tǒng)優(yōu)化、污水深度處理與回用技術(shù)以及末端液體濃縮技術(shù)等幾個方面進(jìn)行了深入研究，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用實例，分析了多種“零排放技術(shù)特點。結(jié)果表明：目前，在國際上其他行業(yè)已有“零排放技術(shù)的應(yīng)用的成功案例，反觀國內(nèi)，要結(jié)合煉化企業(yè)自身情況，引入成熟技術(shù)，強(qiáng)化企業(yè)調(diào)控?！傲闩欧偶夹g(shù)的研究目標(biāo)是實現(xiàn)新鮮水用量最小化、污水集中處理量最小化、工藝單元用水指標(biāo)體系化，達(dá)到分質(zhì)合理回用及節(jié)能與節(jié)水的耦合優(yōu)化，實質(zhì)上就是水系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)回用以及污水排放量為零的最終目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：零排放；深度處理與回用；水系統(tǒng)優(yōu)化；末端濃縮

中圖分類號：X2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08018903

[FL（2K2]

1引言

由于農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)，20世紀(jì)全球用水量增幅是人口增幅的2倍，全球4成以上人口存在水資源短缺現(xiàn)象，聯(lián)合國水資源組織評估稱，到2030年，全球?qū)⒂?7%人口嚴(yán)重缺水。隨著事態(tài)的嚴(yán)峻，國家出臺關(guān)于水資源宏觀調(diào)控的政策用于控制各行業(yè)用水需求已成為發(fā)展趨勢，工業(yè)用水已經(jīng)成為占有相當(dāng)大比例的水資源使用方，降低工業(yè)排水對環(huán)境的壓力、使工業(yè)企業(yè)通過國家提標(biāo)后頒布的污水排放指標(biāo)考核，成為首要任務(wù)。

此時“零排放的概念又被業(yè)內(nèi)提出來，嘗試?yán)^續(xù)深入研究并用于解決煉化污水所帶來的污染問題。所謂的“零排放，也只是改變了污染物排放的方式、渠道和節(jié)點，一些污染物最終要進(jìn)入環(huán)境，以水、氣、聲、渣、熱等形式排入環(huán)境。

國際上將污水“零排放定義為液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD），就是工藝廢水經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)組合處理后回用于生產(chǎn)，不向環(huán)境排放任何液態(tài)的污染介質(zhì)，污染物被濃縮至固態(tài)或結(jié)晶的形式排放。國內(nèi)的煉化污水的“零排放是依賴技術(shù)與管理共同構(gòu)成的綜合體系運行來實現(xiàn)零排放目標(biāo)的技術(shù)管理體系。

2水系統(tǒng)優(yōu)化研究

21水系統(tǒng)優(yōu)化在污水處理中的發(fā)展歷程

水系統(tǒng)優(yōu)化的探索過程中，污水處理經(jīng)過了以下幾個階段：直用直排→源頭治理初步形成分類分級處理的用水網(wǎng)絡(luò)→分質(zhì)回用實現(xiàn)污水減排→最終實現(xiàn)污水“零排放。

22水系統(tǒng)優(yōu)化的主要技術(shù)方法

水夾點技術(shù)是針對企業(yè)用水系統(tǒng)，設(shè)計新鮮用水量最小、廢水排放量最小進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的一種過程集成技術(shù)，可以預(yù)先識別在用水操作中最小新鮮水消耗量和最少廢水產(chǎn)生量目標(biāo)。該技術(shù)在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于煉油化工行業(yè)，節(jié)水率達(dá)20%～30%。它的特點是適用于單一組分并且較為直觀、單純，但是具有一定的局限性。

數(shù)學(xué)規(guī)劃法可以利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，求解迅速、可靠?？梢酝ㄟ^建模，錄入控制條件，達(dá)到用戶所需的水系統(tǒng)需求，可以同時得到系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)值和達(dá)到該目標(biāo)值的水網(wǎng)絡(luò)。該方法更為全面、嚴(yán)格，適用于多組分的復(fù)雜目標(biāo)并且求解方便，已經(jīng)成為目前的主要研究趨勢，但是缺點是結(jié)果中常常出現(xiàn)一些不合理解。

中間水道技術(shù)＼[1＼]是在用水網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置中間水道的新的水回用模式。該技術(shù)具有簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、運行和控制的優(yōu)點，增加了網(wǎng)絡(luò)的柔韌性，但是缺點是只是用于大型復(fù)雜水網(wǎng)絡(luò)。

單一使用均各有優(yōu)缺點，目前將水夾點技術(shù)與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合既可避免水夾點技術(shù)得不到真正意義上最優(yōu)解的局限性，又在一定程度上防止了超結(jié)構(gòu)規(guī)模過大、MINLP維數(shù)過高等困難。該方法可充分發(fā)揮水夾點分析確定新鮮水用量或回用結(jié)構(gòu)的簡介實用性和超結(jié)構(gòu)MINLP尋求最佳方案的優(yōu)點，求解過程簡單，所得結(jié)果能滿足不同的要求并且合理、有效＼[2＼]。

3深度處理與回用技術(shù)

31深度處理技術(shù)分類

物理法包括沉淀、過濾、吸附、空氣吹脫、膜技術(shù)等；化學(xué)法包括絮凝、高級氧化法、消毒、離子交換、石灰處理等；生物法包括活性污泥法、接觸氧化法、BAF、生物固定化法等[3，4]。

物化法中現(xiàn)以膜技術(shù)為主要研究方向。膜技術(shù)是利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的方法，也稱為膜分離技術(shù)。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。根據(jù)過濾孔徑大小分為以下：微濾、超濾、納濾、反滲透等，具有出水水質(zhì)高的優(yōu)點，缺點是投資高、對進(jìn)水水質(zhì)有較為嚴(yán)格的要求、膜污染問題尚未解決。

化學(xué)法中著重研究的熱點是高級氧化技術(shù)。高級氧化技術(shù)以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·O）為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應(yīng)條件下，使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和反應(yīng)條件分為以下：催化濕式氧化法、光化學(xué)氧化法、聲化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、臭氧氧化法、芬頓氧化法、類芬頓氧化法等，具有可以處理高濃度難降解有機(jī)物的優(yōu)點，缺點是投資較高，并且需要嚴(yán)格控制穩(wěn)定性。

大部分煉化企業(yè)都有生物法污水處理工藝。其技術(shù)優(yōu)點是可在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不達(dá)標(biāo)進(jìn)水，并處理至達(dá)標(biāo)。但是缺點是抗沖擊能力較差、難降解有機(jī)物無法處理。對于抗沖擊能力較差這一點目前只能在前端加相應(yīng)的緩沖裝置并且監(jiān)控管理及時來解決。提高微生物抗性、結(jié)合基因工程等生物手段是后續(xù)深入研究的趨勢。endprint

摘要：對水系統(tǒng)優(yōu)化、污水深度處理與回用技術(shù)以及末端液體濃縮技術(shù)等幾個方面進(jìn)行了深入研究，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用實例，分析了多種“零排放技術(shù)特點。結(jié)果表明：目前，在國際上其他行業(yè)已有“零排放技術(shù)的應(yīng)用的成功案例，反觀國內(nèi)，要結(jié)合煉化企業(yè)自身情況，引入成熟技術(shù)，強(qiáng)化企業(yè)調(diào)控。“零排放技術(shù)的研究目標(biāo)是實現(xiàn)新鮮水用量最小化、污水集中處理量最小化、工藝單元用水指標(biāo)體系化，達(dá)到分質(zhì)合理回用及節(jié)能與節(jié)水的耦合優(yōu)化，實質(zhì)上就是水系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)回用以及污水排放量為零的最終目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：零排放；深度處理與回用；水系統(tǒng)優(yōu)化；末端濃縮

中圖分類號：X2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08018903

[FL（2K2]

1引言

由于農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)，20世紀(jì)全球用水量增幅是人口增幅的2倍，全球4成以上人口存在水資源短缺現(xiàn)象，聯(lián)合國水資源組織評估稱，到2030年，全球?qū)⒂?7%人口嚴(yán)重缺水。隨著事態(tài)的嚴(yán)峻，國家出臺關(guān)于水資源宏觀調(diào)控的政策用于控制各行業(yè)用水需求已成為發(fā)展趨勢，工業(yè)用水已經(jīng)成為占有相當(dāng)大比例的水資源使用方，降低工業(yè)排水對環(huán)境的壓力、使工業(yè)企業(yè)通過國家提標(biāo)后頒布的污水排放指標(biāo)考核，成為首要任務(wù)。

此時“零排放的概念又被業(yè)內(nèi)提出來，嘗試?yán)^續(xù)深入研究并用于解決煉化污水所帶來的污染問題。所謂的“零排放，也只是改變了污染物排放的方式、渠道和節(jié)點，一些污染物最終要進(jìn)入環(huán)境，以水、氣、聲、渣、熱等形式排入環(huán)境。

國際上將污水“零排放定義為液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD），就是工藝廢水經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)組合處理后回用于生產(chǎn)，不向環(huán)境排放任何液態(tài)的污染介質(zhì)，污染物被濃縮至固態(tài)或結(jié)晶的形式排放。國內(nèi)的煉化污水的“零排放是依賴技術(shù)與管理共同構(gòu)成的綜合體系運行來實現(xiàn)零排放目標(biāo)的技術(shù)管理體系。

2水系統(tǒng)優(yōu)化研究

21水系統(tǒng)優(yōu)化在污水處理中的發(fā)展歷程

水系統(tǒng)優(yōu)化的探索過程中，污水處理經(jīng)過了以下幾個階段：直用直排→源頭治理初步形成分類分級處理的用水網(wǎng)絡(luò)→分質(zhì)回用實現(xiàn)污水減排→最終實現(xiàn)污水“零排放。

22水系統(tǒng)優(yōu)化的主要技術(shù)方法

水夾點技術(shù)是針對企業(yè)用水系統(tǒng)，設(shè)計新鮮用水量最小、廢水排放量最小進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的一種過程集成技術(shù)，可以預(yù)先識別在用水操作中最小新鮮水消耗量和最少廢水產(chǎn)生量目標(biāo)。該技術(shù)在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于煉油化工行業(yè)，節(jié)水率達(dá)20%～30%。它的特點是適用于單一組分并且較為直觀、單純，但是具有一定的局限性。

數(shù)學(xué)規(guī)劃法可以利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，求解迅速、可靠?？梢酝ㄟ^建模，錄入控制條件，達(dá)到用戶所需的水系統(tǒng)需求，可以同時得到系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)值和達(dá)到該目標(biāo)值的水網(wǎng)絡(luò)。該方法更為全面、嚴(yán)格，適用于多組分的復(fù)雜目標(biāo)并且求解方便，已經(jīng)成為目前的主要研究趨勢，但是缺點是結(jié)果中常常出現(xiàn)一些不合理解。

中間水道技術(shù)＼[1＼]是在用水網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置中間水道的新的水回用模式。該技術(shù)具有簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、運行和控制的優(yōu)點，增加了網(wǎng)絡(luò)的柔韌性，但是缺點是只是用于大型復(fù)雜水網(wǎng)絡(luò)。

單一使用均各有優(yōu)缺點，目前將水夾點技術(shù)與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合既可避免水夾點技術(shù)得不到真正意義上最優(yōu)解的局限性，又在一定程度上防止了超結(jié)構(gòu)規(guī)模過大、MINLP維數(shù)過高等困難。該方法可充分發(fā)揮水夾點分析確定新鮮水用量或回用結(jié)構(gòu)的簡介實用性和超結(jié)構(gòu)MINLP尋求最佳方案的優(yōu)點，求解過程簡單，所得結(jié)果能滿足不同的要求并且合理、有效＼[2＼]。

3深度處理與回用技術(shù)

31深度處理技術(shù)分類

物理法包括沉淀、過濾、吸附、空氣吹脫、膜技術(shù)等；化學(xué)法包括絮凝、高級氧化法、消毒、離子交換、石灰處理等；生物法包括活性污泥法、接觸氧化法、BAF、生物固定化法等[3，4]。

物化法中現(xiàn)以膜技術(shù)為主要研究方向。膜技術(shù)是利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的方法，也稱為膜分離技術(shù)。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。根據(jù)過濾孔徑大小分為以下：微濾、超濾、納濾、反滲透等，具有出水水質(zhì)高的優(yōu)點，缺點是投資高、對進(jìn)水水質(zhì)有較為嚴(yán)格的要求、膜污染問題尚未解決。

化學(xué)法中著重研究的熱點是高級氧化技術(shù)。高級氧化技術(shù)以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·O）為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應(yīng)條件下，使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和反應(yīng)條件分為以下：催化濕式氧化法、光化學(xué)氧化法、聲化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、臭氧氧化法、芬頓氧化法、類芬頓氧化法等，具有可以處理高濃度難降解有機(jī)物的優(yōu)點，缺點是投資較高，并且需要嚴(yán)格控制穩(wěn)定性。

大部分煉化企業(yè)都有生物法污水處理工藝。其技術(shù)優(yōu)點是可在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不達(dá)標(biāo)進(jìn)水，并處理至達(dá)標(biāo)。但是缺點是抗沖擊能力較差、難降解有機(jī)物無法處理。對于抗沖擊能力較差這一點目前只能在前端加相應(yīng)的緩沖裝置并且監(jiān)控管理及時來解決。提高微生物抗性、結(jié)合基因工程等生物手段是后續(xù)深入研究的趨勢。endprint