現(xiàn)代煤化工企業(yè)廢水零排放技術(shù)研究

李 銳，焦瑞峰，李婭蕓

(黃河水資源保護(hù)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450004)

煤炭是我國(guó)的主導(dǎo)能源，我國(guó)的能源資源稟賦結(jié)構(gòu)決定了煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的主體地位，在化石能源總量(約46萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤)中，95.6%為煤炭，3.2%為石油，1.2%為天然氣，這在客觀上迫使我國(guó)必須注重煤炭資源的清潔利用。

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)主要包括煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇和煤制油等。將煤炭資源轉(zhuǎn)化為清潔油品和化工產(chǎn)品，不僅開拓了煤炭清潔高效利用的新途徑，也是推動(dòng)供給側(cè)改革的重要舉措。隨著國(guó)內(nèi)示范項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行，現(xiàn)代煤化工的特點(diǎn)也在逐漸體現(xiàn)，不僅大氣排放各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于火電，水資源的高效利用也是顯而易見的。本文以已建成運(yùn)行的某煤間接液化項(xiàng)目A污水處理系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn)代煤化工企業(yè)污水處理系統(tǒng)時(shí)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況，探討在零排放運(yùn)行過程中存在的技術(shù)性問題。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目A是以煤為原料，采用低溫費(fèi)托合成技術(shù)的間接液化煤制油示范項(xiàng)目。主要生產(chǎn)裝置包括水煤漿氣化、一氧化碳耐硫變換、低溫甲醇洗氣體凈化、低溫漿態(tài)床費(fèi)托合成及油品加氫提質(zhì)等，產(chǎn)品為柴油、石腦油、液化石油氣，同時(shí)來自低溫甲醇洗的酸性氣體采用低溫SCOT工藝回收硫磺作為副產(chǎn)。

1.1 排水組成

根據(jù)清污分流原則，本項(xiàng)目排水由生活污水、生產(chǎn)廢水、事故水(消防污水)和雨水四部分組成。其中生活污水主要為職工宿舍、食堂、浴室、招待所、辦公樓等排污水，經(jīng)管道收集后輸送至廠區(qū)廢污水處理站。生產(chǎn)廢水主要有兩大部分：一部分為循環(huán)冷卻系統(tǒng)和脫鹽水站排水，這部分排水直接輸送至回用水處理站；另一部分為工藝廢水，先輸送至廢污水處理站處理達(dá)標(biāo)后，再送到回用水處理站。場(chǎng)內(nèi)事故水(消防污水)依托于場(chǎng)內(nèi)的5座地埋式事故池(總?cè)莘e64192 m3)，當(dāng)生產(chǎn)裝置發(fā)生事故時(shí)，產(chǎn)生的事故污水及消防水經(jīng)裝置圍堰或儲(chǔ)罐防火堤收集，經(jīng)污水管線送入事故池儲(chǔ)存，事故水池的水可通過池頂設(shè)置的提升泵加壓后送至廠區(qū)廢污水處理站。全廠道路設(shè)置地下雨水管網(wǎng)，初期雨水通過閥門切換進(jìn)入事故水池儲(chǔ)存，中后期潔凈的雨水至雨水池儲(chǔ)存，作為全廠綠化水和澆灑道路使用。

1.2 退水處理系統(tǒng)概述

項(xiàng)目退水系統(tǒng)包括排水系統(tǒng)、廠區(qū)廢污水處理系統(tǒng)和廠外污水處理廠三大部分。

1.2.1 廠區(qū)廢污水處理系統(tǒng)

項(xiàng)目廠區(qū)廢污水處理系統(tǒng)由廢污水處理站和回用水處理站組成。

(1)廢污水處理站

廢污水處理站包括低濃度污水和生產(chǎn)廢水兩個(gè)處理系統(tǒng)，其出水送至回用水處理站作進(jìn)一步處理。

低濃度污水處理系統(tǒng)主要處理生活污水、低溫甲醇洗污水及含油污水，設(shè)計(jì)規(guī)模為80 m3/h，處理工藝為A/B工藝，即生物吸附氧化法(Adsorption Biodegradation)，其中A段為生物吸附段，B段為生物氧化段。

生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)：主要處理氣化污水、費(fèi)托合成高濃度污水、含堿污水、含硫污水、廢堿液、催化劑污水等工藝廢水，設(shè)計(jì)規(guī)模為740 m3/h，預(yù)處理采用OAAO工藝，深度處理采用MBR工藝。

(2)回用水處理站

回用水處理站的來水主要包括循環(huán)水系統(tǒng)排污水、脫鹽水站排污水、空分裝置排水以及低濃度污水處理系統(tǒng)、生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后的排水四部分，設(shè)計(jì)規(guī)模為1370 m3/h。處理工藝和流程為：來水經(jīng)澄清+過濾(V型濾池)+超濾+反滲透處理后清水至回用水池供生產(chǎn)，一段濃水經(jīng)澄清+過濾(機(jī)械過濾)+濃水超濾+濃水反滲透處理后清水至回用水池供生產(chǎn)，二段濃鹽水經(jīng)一級(jí)生化+梯度復(fù)合臭氧催化高級(jí)氧化+接觸氧化+二級(jí)生化處理后至廠外污水處理廠。

1.2.2 廠外廢污水處理系統(tǒng)

廠外污水處理系統(tǒng)設(shè)置于本項(xiàng)目廠區(qū)以外，處理規(guī)模為175 m3/h，年運(yùn)行時(shí)間≥8300 h，正常水質(zhì)含鹽量為13000 mg/L，最差水質(zhì)含鹽量為16000 mg/L。工藝流程主要由膜濃縮系統(tǒng)、蒸發(fā)結(jié)晶單元兩部分組成。其出水水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50335-2002)再生水用作冷卻用水的水質(zhì)控制指標(biāo)中循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水的要求。

膜濃縮段運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)檢修狀態(tài)，回用水水量不低于其實(shí)際進(jìn)水量的60%；膜濃縮、蒸發(fā)器運(yùn)行時(shí)，結(jié)晶系統(tǒng)檢修狀態(tài)，回用水水量不低于其實(shí)際進(jìn)水量的80%；膜濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)器運(yùn)行時(shí)，回用水量不低于其實(shí)際進(jìn)水量的90%。

2 污水處理效果分析

項(xiàng)目低濃度污水處理系統(tǒng)負(fù)荷約為62%，生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)負(fù)荷約為70%，出水的主要指標(biāo)為：CODcr≤30 mg/L、SS≤30 mg/L、NH3-N≤5 mg/L、總氮≤20 mg/L、石油類≤0.1 mg/L，除出水COD指標(biāo)偶有超標(biāo)外，其它出水指標(biāo)正常。

回用水處理站負(fù)荷在60%左右，運(yùn)行穩(wěn)定，出水的主要指標(biāo)為：pH6～pH9，CODcr≤20 mg/L，濁度≤2NTU，F(xiàn)e≤0.2 mg/L，NH3-N≤2 mg/L，溶解性固體≤400 mg/L，石油類≤1 mg/L，硅酸(以SiO2計(jì))≤35 mg/L，其它處理出水水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50335-2002)再生水用作冷卻用水的水質(zhì)控制指標(biāo)中循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水的要求。

廠外污水處理系統(tǒng)負(fù)荷平均在80%以上，處理效果穩(wěn)定，可滿足煤制油循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水的要求?；赜盟|(zhì)見表1。

表1 廠外污水處理系統(tǒng)回用水質(zhì) 單位：mg/L，pH除外

3 存在問題及水資源保護(hù)措施

3.1 存在問題及處理

3.1.1 弱酸陽床轉(zhuǎn)型工況

廠外污水處理系統(tǒng)弱酸陽床設(shè)備共3套，2用1備，采用手動(dòng)運(yùn)行。進(jìn)水設(shè)管道混合器投加硫酸，控制進(jìn)水pH為中性，確保陽床在中性運(yùn)行。2017年5月，由于弱酸陽床再生轉(zhuǎn)型不及時(shí)，導(dǎo)致其出水硬度超標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)再生管理后，再未出現(xiàn)超標(biāo)。

3.1.2 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行事故工況

廠外污水處理系統(tǒng)反滲透設(shè)備包括：一級(jí)反滲透2套、二級(jí)反滲透1套和濃水反滲透1套，均根據(jù)系統(tǒng)液位啟停自動(dòng)運(yùn)行。反滲透設(shè)備每產(chǎn)水8 h進(jìn)行裝置的產(chǎn)水沖洗。2018年1月一級(jí)反滲透A套能量回收裝置故障，導(dǎo)致一級(jí)反滲透A套無法運(yùn)行，于是通過臨時(shí)管線將中間水池約20 m3/h送至濃水箱(容積200 m3)，保證系統(tǒng)處理量達(dá)90 m3/h～100 m3/h，2018年3月能量回收裝置到廠并立即回裝，投用一級(jí)反滲透A套，系統(tǒng)處理量回升至130 m3/h～140 m3/h。

3.2 水資源節(jié)約與保護(hù)

3.2.1 供退水工程水資源保護(hù)措施

為維持供、退水管網(wǎng)的正常運(yùn)行，保證安全供水，防止管網(wǎng)滲漏，必須做好以下日常的管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理工作：

(1)嚴(yán)格控制跑、冒、滴、漏損失，建立技術(shù)檔案，做好檢漏和修漏、水管清垢和腐蝕預(yù)防、管網(wǎng)事故搶修。

(2)防止供、退水管道的破壞，必須熟悉管線情況、各項(xiàng)設(shè)備的安裝部位和性能、接管的具體位置。

(3)加強(qiáng)供、退水管網(wǎng)檢修工作，一般每半年管網(wǎng)全面檢查一次。

3.2.2 規(guī)范建設(shè)渣場(chǎng)滲濾液處理回收工程

建議項(xiàng)目渣場(chǎng)針對(duì)不同成分灰渣劃分不同區(qū)域，分區(qū)堆放。對(duì)于渣場(chǎng)濾液收集池堆積大量滲濾液的情況，建議規(guī)范建設(shè)灰渣滲濾液回收管道，通過回收管道將滲濾液輸送至廠區(qū)污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后回用，避免滲濾貯存風(fēng)險(xiǎn)，并且在回收管線沿線設(shè)置警示標(biāo)志，防止管線因外力因素遭到破壞。

3.2.3 妥善處理廠外污水處理系統(tǒng)雜鹽

目前廠外污水處理系統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的雜鹽由于無銷售途徑在廠區(qū)暫存。據(jù)了解，目前該項(xiàng)目的蒸發(fā)結(jié)晶分鹽中試實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得階段性成功，建議分鹽裝置盡快按相關(guān)要求建設(shè)、驗(yàn)收，防治雜鹽堆放污染環(huán)境。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)防控

目前項(xiàng)目已按相關(guān)部門要求編制了較為完善的應(yīng)急預(yù)案，并到環(huán)保部門備案。除此之外廠區(qū)西南角設(shè)置有總?cè)莘e為6.4萬m3的5座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地埋式緩沖池(事故池)，混凝土抗?jié)B等級(jí)不低于P8。假設(shè)處理能力最大的中水回用系統(tǒng)發(fā)生故障，廠區(qū)事故緩沖池至少可暫存兩天事故排水量，滿足項(xiàng)目需求。廠外污水處理系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置占地面積約460.28畝的緩沖池，分為緩沖池A、緩沖池B、緩沖池C三個(gè)功能區(qū)：緩沖池A用于儲(chǔ)存污水廠不合格來水或者污水廠停運(yùn)期間的事故水，有效容積約10萬m3；緩沖池B用于儲(chǔ)存蒸發(fā)裝置檢修期間反滲透裝置濃鹽水，有效容積約3萬m3；緩沖池C用于儲(chǔ)存結(jié)晶裝置檢修期間蒸發(fā)裝置濃縮液，設(shè)計(jì)進(jìn)水量10 m3/h，有效容積約3.5萬m3。各緩沖池?fù)跛畨渭胺指駢螇误w采用土質(zhì)壩，緩沖池采用雙層HDPE防滲膜，池底由上到下的防滲結(jié)構(gòu)為：泥土平整壓實(shí)、3∶7灰土層、GCL輔助防滲層、HDPE防滲膜(糙面)、土工復(fù)合排水網(wǎng)、HDPE防滲膜(光面)、土工布、C20素砼，HDPE防滲膜水氣滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)在0.5×10-10cm/s～0.5×10-13cm/s之間。

4 結(jié)語

我國(guó)當(dāng)前煤化工廢水零排放工作還有著大量難題，拋開投資、運(yùn)行成本高等廣泛的情況，還存在非正常工況下水質(zhì)波動(dòng)大、雜鹽或結(jié)晶鹽無處置途徑等問題。從水資源的角度來看，煤化工企業(yè)應(yīng)重視水資源在供和用前端階段的循環(huán)和節(jié)約利用，進(jìn)而降低末端水處理的壓力，可以達(dá)到控制水的利用和處理成本的目的。同時(shí)，水資源管理及環(huán)保部門也應(yīng)該加強(qiáng)指導(dǎo)，從實(shí)際情況出發(fā)，控制項(xiàng)目實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)，積極促進(jìn)廢水處理技術(shù)的發(fā)展和推廣。