煤炭是中國主要的化石能源，新型煤化工產業(yè)因此得到快速發(fā)展。然而，煤化工產業(yè)耗水和排水量大，水資源短缺和環(huán)境污染問題限制了中國煤化工產業(yè)的發(fā)展，“零排放”方案的提出具有重要的現實意義和歷史意義。

　　一、緒論

　　中國的石油、天然氣資源短缺，煤炭是中國的主要化石能源，這種能源結構決定了新型煤化工產業(yè)的發(fā)展，即以煤氣化為龍頭的煤化工產業(yè)，運用催化合成、分離、生物化工等先進的化工技術，生產能夠替代石油的潔凈能源和各類化工產品，進而滿足未來經濟發(fā)展需求。

　　發(fā)展新型煤化工企業(yè)，煤和水是兩大資源要素，煤化工項目耗水量巨大，煤化工產業(yè)的快速發(fā)展已經引發(fā)了區(qū)域水資源供需的失衡。同時中國煤炭資源和水資源分布極不均衡。水資源缺乏地區(qū)也面臨著地表水環(huán)境容量有限的問題，大量煤化工廢水面臨無處可排的困境。煤化工項目廢水產生量也很高。該類廢水含大量有機污染物。大量建設煤化工項目將會給富煤但缺水的地區(qū)帶來非常嚴重的社會問題。水資源和水環(huán)境問題已成為制約煤化工產業(yè)發(fā)展的瓶頸。為促進工業(yè)經濟與水資源及環(huán)境的協調發(fā)展，2007年頒布的《國家環(huán)境保護“十一五”規(guī)劃》明確要求在煤炭等重點行業(yè)努力實現廢水少排放或零排放。既解決了一部分水資源短缺問題，又不對當地的環(huán)境和生態(tài)造成污染和破壞，對于在建和擬建的煤化工項目，具有極為重要的現實意義和深遠的歷史意義。

　　目前，不少正在建設和規(guī)劃中的煤化工項目都計劃實施廢水“零排放”方案，但迄今中國尚無真正做到廢水零排放的煤化工企業(yè)，煤化工廢水零排放也存在著很多問題和技術難點，因此，對現有煤化工廢水“零排放”技術進行分析總結至關重要。

　　二、煤化工廢水分類和水質特征

　　煤化工是以煤為原料，經過化學加工，使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學品，并生產出各種化工產品的工業(yè)。不同學者對煤化工廢水的分類有一定區(qū)別，但一般可將現代煤化工企業(yè)廢水按照含鹽量分為兩類：一是有機廢水，主要包括氣化廢水、化工裝置廢水、地面沖洗水、初期雨水及生活污水等，其特點是含鹽量低;二是含鹽廢水，主要來源于生產過程中煤氣洗滌廢水、循環(huán)水系統(tǒng)排水、除鹽水系統(tǒng)排水、回用系統(tǒng)濃水等，有時也包括生化處理后的有機廢水，其特點是含鹽量高。

　　三、煤化工廢水“零排放”處理技術

　　中國已經建成的煤化工廢水“零排放”設施的處理技術，基本分為有機廢水處理技術和含鹽廢水處理技術，而含鹽廢水處理技術又包括低鹽廢水處理技術、濃鹽水處理技術和高濃鹽水固化處理技術。其中，有機廢水處理基本上采用“預處理(物化處理)+生化處理+深度處理”的三段式處理工藝；低鹽廢水處理多采用“預處理+雙膜法”兩段式處理工藝;濃鹽水處理多采用“預處理+膜濃縮”處理工藝；高濃鹽水固化處理多采用自然蒸發(fā)固化或機械蒸發(fā)固化處理方式。

　　1、有機廢水處理

　　煤氣化產生的廢水不經過預處理直接進行生化處理是不可行的，尤其是氨和酚濃度很高的固定床工藝廢水。預處理主要目的是去除乳化油和懸浮物(SS)及膠態(tài)COD。對于魯奇氣化廢水，還要進行酚氨回收。

　　煤氣化廢水的生化處理可根據水質及場地情況選擇A/O、A2/O、SBR、氧化溝、膜生物反應器(MBR)等工藝。固定床工藝選用以去除CODCr、BOD5、氨氮等為主體的生化處理工藝(主要考慮硝化和反硝化)，氣流床選用以物化為主的后處理強化工藝。流化床及氣流床工藝產生的廢水，應選擇硝化和反硝化效果好的處理工藝。

　　煤氣化廢水的深度處理有機廢水采用上述處理工藝處理后，經混凝沉淀，基本可以達到國家或地方排放標準，但距離作為循環(huán)補充水要求還有一定的差距，需進行深度處理。深度處理段常用工藝主要有臭氧氧化、化學氧化+曝氣生物濾池(BAF)+活性炭吸附等工藝。

　　2、含鹽廢水處理

　　(1)低鹽廢水處理

　　低鹽廢水處理普遍釆用的是“預處理+雙膜法”兩段式處理工藝(即超濾-反滲透)。生化處理出水和清凈廢水混合之后變成低鹽廢水，這種水去除鹽后可以作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。目前除鹽方法很多，但隨著膜分離技術和膜生產工藝的提高，膜的使用壽命在不斷提高，應用范圍越來越廣。預處理一般為絮凝沉淀和過濾工藝，主要是進一步去除水中的SS、膠體及COD，為雙膜進水提高保障。雙膜的主要功能是脫鹽，實現廢水的回收利用。

　　(2)濃鹽水處理

　　雙膜法處理后的水可回用，作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水，但同時也產生濃鹽水，水量仍然較大，且含有一定量的有機污染物，若不進行處理，仍會對當地環(huán)境造成巨大的污染。目前一般采用(預處理+膜濃縮)處理工藝，將濃鹽水進行進一步濃縮，使TDS(總含鹽量)質量濃度達到50000-80000mg/L，盡可能將廢水中鹽分提高，減小后續(xù)蒸發(fā)器的規(guī)模，同時減少投資以及節(jié)約能源。

　　(3)高濃鹽水處理

　　高濃鹽水固化處理是廢水“零排放”方案應用和普及的瓶頸，也是當前存在爭論最多的地方。含鹽廢水處理后產生的濃液，也稱為高鹽廢水，含鹽量通常高達20%(質量分數)以上。目前，國內外對高濃鹽水的處理一般采用自然蒸發(fā)固化和機械蒸發(fā)固化兩種處理方式。其中機械蒸發(fā)是利用蒸汽實現鹽的結晶。自然蒸發(fā)固化是利用太陽能，在自然條件下將高濃鹽水逐漸蒸發(fā)，實現鹽的結晶。經蒸發(fā)固化處理后的結晶固體，組分復雜，有害物質濃度高，需作為危險固體廢棄物進行處理，不能和鍋爐灰渣、氣化灰渣等一起混埋。

　　四、煤化工廢水“零排放”的制約性問題及解決思路

　　煤化工廢水“零排放”技術在實際工程實踐中存在諸多難點。目前中國尚未有一家煤化工企業(yè)真正實現廢水“零排放”，煤化工廢水零排放技術的研究和應用在中國處于起步階段，在技術、經濟、環(huán)境影響等方面均存在問題。

　　1、技術層面

　　(1)存在問題

　　煤化工廢水零排放的主要技術難點在于煤化工氣化工藝有機廢水處理和含鹽廢水處理兩個方面。有機廢水的主要技術問題是氣化廢水水質波動大，影響生化處理流程。進而影響后續(xù)膜處理效果，最終導致“零排放”目標難以實現。含鹽廢水處理的核心問題是雙膜系統(tǒng)反滲透問題、膜濃縮和蒸發(fā)器的污堵和腐蝕性問題。雙膜系統(tǒng)中采用的反滲透方法可能導致水質特征不明晰，或者造成反滲透膜污染嚴重，脫硅難問題。此外，“零排放”目標受到膜濃縮和蒸發(fā)器技術的限制，這種技術大部分尚處于設計、建設階段，目前有少數已建設完畢，均未真正投入運行。膜濃縮和蒸發(fā)器技術的限制問題包括有機污染物在膜濃縮中形成污堵，使膜壽命縮短，清洗頻繁從而使膜濃縮系統(tǒng)崩潰;廢水的硬度會在膜濃縮中升高，易結晶，并在膜濃縮過程中結垢，從而使膜失去濃縮能力;由于硬度會進一步升高，在蒸發(fā)器內極易形成結垢，從而使蒸發(fā)器失去應有的蒸發(fā)功能等，以上這些技術問題都亟需解決。

　　(2)解決思路

　　首先是針對有機廢水水質波動大的問題，須增加對廢水中有毒、有味(易揮發(fā))、有色、難降解的物質的定性、定量分析。只有明晰各段水質特征，才能有針對性地開發(fā)處理工藝。對含鹽廢水及濃液的處理應從源頭入手，綜合考慮整個系統(tǒng)的鹽平衡，對廢水處理過程中需要投加藥劑的各個環(huán)節(jié)進行工藝和藥劑的比選優(yōu)化，最大限度地減少水系統(tǒng)添加的鹽量，降低末端治理的壓力，同時研究反滲透濃水中硅的水化學機理，開發(fā)高效的同步脫鈣、鎂、硅技術，優(yōu)化現有反滲透工藝。解決硅對反滲透膜污染嚴重且脫硅難的關鍵問題�？傊�，相關部門和企業(yè)應從環(huán)保角度評估各種煤氣化技術的優(yōu)劣，選擇可行的節(jié)水和廢水處理工藝技術，制定相關技術指南與工程規(guī)范，針對目前廢水零排放的技術工程難點，加大技術投入，推動中國廢水零排放技術的發(fā)展。

　　2、經濟層面

　　(1)存在問題

　　煤化工項目通常投資很大，要實現煤化工廢水“零排放”，需要投入大量資金。例如，含鹽廢水處理過程中，廢水的成分復雜，特別是氯離子含量很高，對蒸發(fā)器的腐蝕性很強，需要使用強耐腐蝕材料，因而投資很高。此外，廢水“零排放”過程產生的結晶固體，需作為危險固廢進行安全填埋處理，處理成本較高，含鹽廢水直接運行成本通常是有機廢水處理成本的幾倍。高運行成本也是當前制約煤化工廢水“零排放”應用和普及的重要因素。

　　(2)解決思路

　　實現廢水“零排放”的經濟代價是巨大的。廢水零排放是以較多的能源消耗換取污染物的減排，因此，在解決水環(huán)境污染的同時，一定要綜合考慮由此帶來的高能耗和高投資運行成本問題，不要盲目地全部采用“零排放”。應根據項目所在地水資源、水環(huán)境容量、能源、自然條件等客觀條件綜合確定是否需要實施廢水“零排放”方案。另一方面，國家應盡快大幅提高水資源和廢水排放收費標準，倒逼企業(yè)。對于適合廢水“零排放”的企業(yè)，實施政策鼓勵措施。使廢水處理與回用變?yōu)樽杂X行動，減少廢水排放。

　　3、環(huán)境層面

　　(1)存在問題

　　煤化工廢水“零排放”方案還存在著巨大的環(huán)境問題，例如在含鹽廢水處理過程中，通過自然蒸發(fā)或機械蒸發(fā)的方式，得到結晶鹽，以固體的形式輸出，這其實是把污染物從一種形態(tài)轉化為另一種形態(tài)，并不能徹底消滅污染物。如果處置不當，結晶鹽中的可溶性鹽類、有機物在雨水淋溶作用下會造成二次污染。同時由于實施“零排放”方案，企業(yè)無廢水排放口，這部分廢水只能在廠內長時間貯存。由于廢水量較大，很容易污染當地地下水環(huán)境。政府和企業(yè)一定要做好“零排放”方案，不能顧此失彼，反而造成更大的環(huán)境污染。

　　(2)解決思路

　　做好“零排放”方案，應立足于不惡化地表水體質量、不污染地下水，將污染限制在可控范圍內。綜合觀之，在水資源豐富的南方地區(qū)不宜倡導零排放，北方地區(qū)也應因地制宜，區(qū)別對待。如果有納污水體，應盡可能利用自然水體，不宜硬性要求“零排放”，在確實沒有納污水體地區(qū)，應該以保護地下水為前提，優(yōu)先選用能耗、物耗較低的處置方式。合理實施“零排放”方案，達到最優(yōu)環(huán)境效益。

　　五、結論

　　煤化工廢水“零排放”技術的研究與應用在中國處于起步階段，存在技術、經濟、環(huán)境層面上的一系列問題。因此，在煤化工廢水“零排放”項目中，需要重點考慮和解決的問題主要有膜濃縮和蒸發(fā)皿等技術問題、“零排放”項目中的高成本問題及其帶來的環(huán)境問題，筆者認為從技術層面應明晰水質特征，減少鹽的添加，開發(fā)有效的脫硅技術，加大技術投入；從經濟層面應考慮高能耗和高投資運行成本問題，明確企業(yè)是否適合實施廢水“零排放”方案，應盡快大幅提高水資源和廢水排放收費標準；從環(huán)境層面應立足于將污染限制在可控范圍內，合理實施“零排放”方案，因地制宜，區(qū)別對待，達到最優(yōu)環(huán)境效益。(來源：北京藍白藍科技有限公司)