化工園區(qū)廢水近零排放標準體系與對標研究

趙進步，張 森

(1.連云港徐圩新區(qū)環(huán)保局，222065，江蘇，連云港；2.上海大學環(huán)境與化學工程學院，200444，上海)

0 引言

化工園區(qū)是現(xiàn)代化工行業(yè)順應原料或資源轉(zhuǎn)換，順應集約化、大型化、最優(yōu)化、效益最大化和經(jīng)營國際化發(fā)展趨勢的產(chǎn)物。化工園區(qū)能為地方經(jīng)濟帶來巨大貢獻，但隨著國內(nèi)安全環(huán)保形勢的要求，化工園區(qū)和企業(yè)給地方監(jiān)管帶來的壓力也與日俱增，按照國家有關要求，2021年以來，各省(市)開始化工園區(qū)認定，要求化工企業(yè)入園，化工企業(yè)園區(qū)化發(fā)展成為必然趨勢，也是各省安全、環(huán)保監(jiān)管的重心。

我國化工園區(qū)發(fā)展始于20世紀80年代，1984—1990年為萌芽階段，國內(nèi)化工園區(qū)從無到有，總體數(shù)量較少，1990年，全國省級以上化工園區(qū)僅有13個，其中國家級化工園區(qū)8個，省級以上化工園區(qū)有76.9%位于沿海地區(qū)；1991―2006年為發(fā)展壯大階段，隨著改革開放的深入，投資環(huán)境的優(yōu)化，15 年間，我國新建省級以上化工園區(qū)340余個，其中50%以上集中于沿海、沿江地區(qū)，其次為中西部內(nèi)陸地區(qū)；2007―2013年為優(yōu)化發(fā)展階段，化工園區(qū)發(fā)展呈現(xiàn)規(guī)模不斷壯大、產(chǎn)值持續(xù)提高的良好態(tài)勢，截至2013年年底，全國重點化工園區(qū)及以石油和化工產(chǎn)業(yè)為主導的工業(yè)園區(qū)達到490余個；2014―2020年為提質(zhì)發(fā)展階段，化工園區(qū)不斷提質(zhì)發(fā)展，截至2018年底，全國重點化工園區(qū)或以石油和化工為主導產(chǎn)業(yè)的工業(yè)園區(qū)共有676家，其中國家級57家，省級351家，地市級268家，2020年全國重點化工園區(qū)及以石油和化工產(chǎn)業(yè)為主導的工業(yè)園區(qū)約800余個[1]。

圖1 2016—2020年中國化工園區(qū)規(guī)模

化工行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水具有生物毒性高和降解能力差的特點[2]，給環(huán)境的綜合治理帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，因此，通過深入了解和研究化工園區(qū)污水處理設施對化工園區(qū)實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行、達標排放具有重要意義[3]。影響化工行業(yè)污水處理設施性能的因素很多，其中最重要的影響因素是進水的水質(zhì)特征，進水污染物濃度較高的污水處理設施處理效率往往更高[4]，外排污染物主要分為3類：水體污染物中的COD、氨氮等；大氣污染物中的硫化氫、氮氧化物等；固體污染物中的污泥等[5]，各種污染物的產(chǎn)生都會對環(huán)境產(chǎn)生不同方面的負荷影響，廢水近零排放[6-8]的興起雖減少了園區(qū)終端污染物的排放，但尚且需要合適的指標體系對近零排放產(chǎn)生的效益進行評估。

1 廢水近零排放標準體系研究現(xiàn)狀

1.1 國際研究現(xiàn)狀

廢水零排放在國際上被定義為液體零排放，是指廢水經(jīng)過合適的工藝流程處理后回用于生產(chǎn)過程，污染物經(jīng)濃縮后以結晶態(tài)或其他固態(tài)形式排放，不再向環(huán)境排放任何液態(tài)污染物質(zhì)[9]，從而實現(xiàn)整體近零排放。

1.1.1 研究機構 國外先進地區(qū)在廢水近零排放方面已有諸多實踐，美國環(huán)保署修訂的火電廠廢水排放法規(guī)指導方針中，以更嚴格的廢水排放標準，對發(fā)電廠排放的廢水中有毒金屬和其他有害污染物的水平設定了限制，方針指示將近零排放視為粉煤灰運輸水、底灰運輸水中污染物處理的首選方案，美國化工企業(yè)在進行近零排放的過程中，經(jīng)常面臨對高鹽度廢水的處理，在一些缺水地區(qū)，內(nèi)陸海水通過近零排放中對高濃度鹽水的處理技術來實現(xiàn)淡化，美國多個政府機構和組織，包括美國墾務局和加州能源委員會在多個州借助近零排放實現(xiàn)鹽水凈化；新加坡裕廊島化工企業(yè)園區(qū)對工業(yè)廢水實施源頭控制的管理思路，2007年該集團建成新加坡第一個化工污水處理膜生物反應器項目，助力裕廊島化工園區(qū)真正實現(xiàn)了水資源的最大化利用，其中高度工業(yè)水回收利用率達到約85%，中水回用率可達到60%。

1.1.2 代表園區(qū) 廢水近零排放已成為國際上工業(yè)園區(qū)建設發(fā)展的重要舉措和必然趨勢，世界石化巨頭巴斯夫路德維希港化工園區(qū)在生產(chǎn)過程中除正常使用地表水外，還廣泛使用處理后的市政污水、含鹽水及海水，年用水量雖超過17億m3，但87%的水用于設備冷卻，并多次回用，通過實施廢水近零排放，園區(qū)廢水重復利用率每年可達76%～99%。

美國硅谷在保證技術發(fā)展的同時，也逐漸在向廢水減排的方向發(fā)展，其中蘋果公司在廢水近零排放方面的措施最具代表性，重點舉措是優(yōu)化其設施的用水狀況，并通過清潔水項目幫助供應商節(jié)約用水，防止水污染，如2019年蘋果公司推出的包括低流量裝置的“后臺”設計，節(jié)省了30%的用水；此外在努力減少總體用水的同時，蘋果公司也在積極尋找替代水源以幫助減少淡水的提取，包括循環(huán)水、再生水和收集的雨水。

表1 國外從事廢水近零排放相關研究的主要機構

新加坡裕廊化工園區(qū)由于地區(qū)淡水資源的匱乏，也在積極探索廢水近零排放，一方面重視發(fā)展和創(chuàng)新工業(yè)污水處理技術以及提高企業(yè)在水處理方面的效率，對工業(yè)廢水進行源頭控制，企業(yè)被要求建立污水預處理設施，并根據(jù)相關的法律要求，在將污水排放進公共管道之前對污水進行達標處理，園區(qū)還引進先進環(huán)保企業(yè)研發(fā)實施工業(yè)污水處理MBR項目，助力園區(qū)達到水資源的最大化利用；另一方面園區(qū)重視法律對工業(yè)污水排放的管制，為確保工業(yè)污水達標排放，公共事業(yè)局建立了一套監(jiān)督和執(zhí)行體制，并由該機構全權負責污水處理的全過程，以此杜絕管理過程中可能出現(xiàn)的責任推諉現(xiàn)象。通過實施廢水近零排放，新加坡裕廊化工區(qū)廢水重復利用率達86%。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)廢水近零排放正迅速發(fā)展，依賴由技術和管理共同構成的綜合系統(tǒng)，從而實現(xiàn)廢水近零排放目標的技術管理體系。

1.2.1 研究機構 國內(nèi)現(xiàn)階段從事廢水近零排放標準研究的機構主要集中在高校，北京化工大學對寧東能源化工基地高鹽水零排放治理開展了效益評價，西北工業(yè)大學構建了符合循環(huán)經(jīng)濟理念的評價指標體系，華北電力大學對太倉電廠近零排放改造進行了評價分析。

1.2.2 代表園區(qū) 我國工業(yè)園區(qū)環(huán)境管理起步比較晚，園區(qū)環(huán)?；A設施相對薄弱，高強度的工業(yè)廢水排放引發(fā)的水環(huán)境問題不斷凸顯[10]。國內(nèi)工業(yè)園區(qū)廢水主要來自化工、食品、冶煉、電鍍、紡織印染、礦山、造紙、皮革、制藥、石油等工業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢液，主要含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物[11]。

臺灣新竹科技園各企業(yè)注重發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，其中臺灣積體電路制造股份有限公司在“廢水近零排放”建設方面已形成良好示范。臺積電以“廠務系統(tǒng)用水減量、增加廠務廢水回收、提升系統(tǒng)產(chǎn)水率、降低系統(tǒng)排水損失”為宗旨來實現(xiàn)“廢水近零排放”，具體措施有廢水分流管理、排水按純凈度分級后處理回用、拓展空調(diào)冷凝水及雨水等多元水資源等。

表2 國內(nèi)從事廢水近零排放相關研究的主要機構

天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)全面整合海水取水、海水淡化、污水處理等工程來實現(xiàn)“廢水近零排放”，具體措施有采用膜法直接在海中凈化海水，凈化處理一體化，取水不取泥，不占用陸域土地，減少了清淤和殺菌消毒工藝；海水淡化可提供凈化海水、亞海水、鍋爐用補充水、高純水、化學水等多品種水，實現(xiàn)多水源梯度分質(zhì)供水、降低成本，并實現(xiàn)園區(qū)重大項目不使用1 t地表水；濃海水經(jīng)機械壓縮工藝生產(chǎn)高品質(zhì)精制鹽，副產(chǎn)的軟化水用于鍋爐補充水，實現(xiàn)近零排放。

寧波石化經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)將企業(yè)生產(chǎn)廢水與生活污水混合，并由企業(yè)自建污水預處理設施對混合污水進行預處理，達到園區(qū)污水處理廠納管標準后，將預處理設施尾水泵送至污水處理廠進行下一步處理，再生水回用率為30%，剩余尾水達標后深海排放，再生水主要用于景觀養(yǎng)花、養(yǎng)魚，以及洗車、回灌內(nèi)河、補給工業(yè)用水等[12]。

1.3 現(xiàn)有評價體系分析

我國現(xiàn)有針對化工行業(yè)制定的環(huán)境保護行業(yè)標準(HJ)有《清潔生產(chǎn)標準石油煉制業(yè)》(HJ/T125—2003)、《行業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標準(試行)》(HJ/T273—2006)、《國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)標準》(HJ274—2015)、《綠色園區(qū)評價要求》《綠色化工園區(qū)評價導則(送審稿)》《煤制烯烴行業(yè)綠色工廠評價要求(征求意見稿)》《清潔生產(chǎn)標準基本化學原料制造業(yè)(環(huán)氧乙烷乙二醇)》(HJ/T190—2006)、國家發(fā)改委發(fā)布的《精對苯二甲酸(PTA)行業(yè)清潔生產(chǎn)指標體系(試行)》和《精對苯二甲酸(PTA)行業(yè)綠色工廠評價導則(征求意見稿)》、《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》(GB31570—2015)和《石油化學工業(yè)污染物排放標準》(GB31571—2015)等。

2 國內(nèi)典型化工園區(qū)評價標準對標——以連云港徐圩新區(qū)為例

2.1 連云港徐圩新區(qū)發(fā)展分析

2.1.1 發(fā)展現(xiàn)狀 徐圩新區(qū)位于江蘇省連云港市東南部的黃海之濱，是國家七大石化產(chǎn)業(yè)基地之一，也是國內(nèi)唯一全新建設類型的石化基地。截至2021年，石化產(chǎn)業(yè)基地已基本建成盛虹石化、衛(wèi)星石化、中化循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園三大產(chǎn)業(yè)集群。其中虹港石化PTA項目、斯爾邦石化醇基多聯(lián)產(chǎn)項目、中化瑞恒新材料、衛(wèi)星石化烯烴綜合利用等重大項目持續(xù)保持良好發(fā)展態(tài)勢，盛虹煉化一體化項目即將投產(chǎn)運營。

表3 國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)等水資源相關指標體系及標準值要求

圖2 徐圩新區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值變化趨勢(2014—2020)

2.1.2 發(fā)展規(guī)劃 根據(jù)徐圩新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)基地發(fā)展規(guī)劃[13]，新區(qū)近期發(fā)展目標為2025年煉油總規(guī)模達到1 600 萬t級，乙烯規(guī)模達到280 萬t級，芳烴規(guī)模達到280 萬t級；遠期發(fā)展目標為至2030年，煉油規(guī)模達到4 000萬t級，乙烯規(guī)模達到600 萬t級，芳烴規(guī)模達到700 萬t級。預計到“十四五”末，徐圩新區(qū)將實現(xiàn)工業(yè)應稅銷售收入突破3 000億元，力爭綜合實力進入全國化工園區(qū)前三強，打造成為國內(nèi)生態(tài)園區(qū)示范標桿，建設成為世界一流石化基地。

截至2020年，徐圩新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)基地在建及規(guī)劃用水項目超過10個。通過實地調(diào)研，以及在徐圩新區(qū)官方網(wǎng)站新聞中心與公示公告版塊檢索“環(huán)境影響”“可研”“工程”“項目”等關鍵詞來搜集石化產(chǎn)業(yè)項目相關動態(tài)，整理徐圩新區(qū)在建及近期規(guī)劃建設石化產(chǎn)業(yè)項目如表4。

2.2 國內(nèi)典型化工園區(qū)評價標準對標

2.2.1 經(jīng)濟發(fā)展指標 通過將徐圩新區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及近期發(fā)展規(guī)劃與國內(nèi)先進化工園區(qū)、典型化工企業(yè)及綠色化工園區(qū)評價指標體系目標值進行比較，發(fā)現(xiàn)徐圩新區(qū)由于處于發(fā)展初期，工業(yè)總產(chǎn)值距上?；^(qū)等化工園區(qū)尚有差距，已達到綠色化工園區(qū)目標，隨著重大項目陸續(xù)投產(chǎn)，徐圩新區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值將提高約7.5倍，超過上海化工區(qū)及上海石化。

表4 徐圩新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)基地在建與規(guī)劃項目

圖3 國內(nèi)典型化工園區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值對比

2.2.2 水資源消耗指標 目前來看，徐圩新區(qū)萬元產(chǎn)值水耗與上?；^(qū)、惠州大亞灣等國內(nèi)先進化工園區(qū)相比，還存在一定的距離，在十四五期間重大項目投產(chǎn)后，徐圩新區(qū)萬元產(chǎn)值水耗將降低70.87%，與上?；^(qū)等化工園區(qū)基本持平。

圖4 國內(nèi)典型化工園區(qū)萬元產(chǎn)值水耗對比

2.2.3 廢水近零排放水平指標 徐圩新區(qū)萬元產(chǎn)值廢水排放量也在持續(xù)優(yōu)化，隨著東港污水處理廠高鹽廢水、中水回用等項目的投產(chǎn)運營，徐圩新區(qū)萬元產(chǎn)值廢水排放量將持續(xù)降低，“十四五”期間，預計將降低64.08%。由于現(xiàn)階段園區(qū)廢水污染源較少，廢水量較小且水質(zhì)較單一，徐圩新區(qū)萬元產(chǎn)值COD排放量和氨氮排放量均優(yōu)于國內(nèi)先進化工園區(qū)，且達到綠色化工園區(qū)目標，近期規(guī)劃項目投產(chǎn)后，園區(qū)廢水量將顯著增加，水質(zhì)也將趨于復雜，萬元產(chǎn)值COD排放量和氨氮排放量將會進一步增大，也是新區(qū)下一步重點關注的方向。

圖5 國內(nèi)典型化工園區(qū)萬元產(chǎn)值廢水排放量(左：t/萬元)、COD排放量(中：kg/萬元)和氨氮排放量(右：kg/萬元)對比

3 結束語

本文通過分析國內(nèi)外廢水近零排放研究進展，以及我國現(xiàn)有標準體系要求，結合徐圩新區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀和近期發(fā)展規(guī)劃，發(fā)現(xiàn)基地產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，受區(qū)域水資源條件、水質(zhì)情況及水環(huán)境容量等多重因素的制約也愈發(fā)凸顯，通過對比國內(nèi)先進化工園區(qū)，現(xiàn)階段在萬元產(chǎn)值污染物排放量等指標上與國內(nèi)先進園區(qū)還存在一些差距。通過對標，建議徐圩新區(qū)可以從以下幾個方面優(yōu)化提升廢水近零排放水平：借鑒國內(nèi)先進石化企業(yè)節(jié)水措施；鼓勵企業(yè)實施廢水分質(zhì)分類預處理；鼓勵企業(yè)開展雨水利用節(jié)水工程；持續(xù)加快高鹽廢水和中水回用工程項目等。相信，采用上述綜合措施，一定能持續(xù)提升水資源利用效率，減少污水外排對環(huán)境的影響，提高園區(qū)競爭力，打造綠色、生態(tài)新區(qū)，加快成為世界一流石化基地。