我國是煤炭資源消耗大國，煤化工產(chǎn)業(yè)眾多。但發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的過程中存在著一定難題，如耗水量大，廢水排放污染等等。在環(huán)保理念下為實現(xiàn)煤化工廢水排放問題的有效解決，提出廢水“零排放”設(shè)計，以實現(xiàn)廢水處理技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用從而解決廢水污染問題。
1.煤化工廢水概況
根據(jù)煤焦化、煤氣化、煤液化等生產(chǎn)工藝和用水目的的不同，各階段煤化工廢水的排放量、組成差異很大。
氣化廢水：煤氣化是以煤或煤焦為原料，在一定的溫度和壓力條件下，將煤或煤焦與氧氣、水蒸氣等氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為水煤氣的過程。碎煤加壓氣化廢水，污染物濃度高，污染物成分復雜，廢水中COD濃度為3000-5000mg/L，同時含有揮發(fā)酚、氨氮及較少量的苯系物、芳環(huán)化合物等難降解物質(zhì)，B/C值小于0.3，可生化性較差。
水煤漿氣化廢水，有機物濃度低，COD濃度在500mg/L左右，B/C值大于0.5，可生化性較好，但總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì)(TDS)濃度大于3000mg/L，Cl-濃度在500mg/L左右。粉煤氣化廢水COD濃度與水煤漿氣化廢水大致相同，但TDS濃度大于10000mg/L，Cl-濃度2000-3000mg/L。煤氣化廢水是典型的高濃度難降解有機廢水。
焦化廢水：煤焦化是指煤炭在隔絕空氣和高溫加熱的條件下，受熱分解生成煤氣、焦油、粗苯和焦炭的過程。在煉焦、煤氣凈化、焦油及粗苯加工精制等過程中容易產(chǎn)生含有酚、氨及大量有機物的工業(yè)廢水，排放量大，成分復雜。
以武鋼焦化公司焦油車間蒸餾氨水廢水水質(zhì)特性為例，廢水中COD平均含量為19302mg/L，揮發(fā)酚含量1854mg/L，氨氮含量1457mg/L，油含量11286mg/L。同時含有含氮硫類雜環(huán)化合物和苯系物、多環(huán)芳烴等。煤焦化廢水水質(zhì)易受煤質(zhì)和煉焦工藝影響，廢水達標處理的難度較大。
煤液化包括煤的直接液化和間接液化2種工藝，是以煤為原料生產(chǎn)汽柴煤等油品的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)。煤液化廢水主要來源于液化、加氫精制、加氫裂化等操作過程中產(chǎn)生的含酚、含氨氮等工業(yè)廢水，成分復雜，可生化性差。煤液化廢水具有油含量大，乳化程度高，難以生物降解的特點。
2.零排放技術(shù)方式
含鹽廢水經(jīng)膜濃縮或熱濃縮技術(shù)處理后產(chǎn)生的濃液，稱為濃鹽水，濃鹽水的處置是真正實現(xiàn)廢水零排放最重要的環(huán)節(jié)。實現(xiàn)濃鹽水的零排放的方式主要分為兩大類，一類是區(qū)域性的零排放，另一類屬于廠區(qū)內(nèi)的零排放。
區(qū)域性的零排放主要是指項目周圍區(qū)域內(nèi)有可消納濃鹽水的其他企業(yè)或場所，通過綜合利用的方式實現(xiàn)水資源的梯級利用，可消納濃鹽水的其他企業(yè)或場所包括煉鐵高爐、洗煤廠等對水質(zhì)要求較低的企業(yè)以及鍋爐沖渣、煤場、渣場噴灑等。
濃鹽水的消耗量會受到周圍企業(yè)的用水量、灰渣場及煤場面積、儲存量等限制，且隨著環(huán)保要求的提高灰渣場及煤場一般采取封閉措施，因此水量消耗也有限。另一類則屬于廠區(qū)內(nèi)的零排放，即濃鹽水綜合利用的方式有限，必須通過膜法、蒸發(fā)、結(jié)晶、焚燒等方式對其進行處理，以實現(xiàn)零排放。
（1）自然蒸發(fā)池法是建設(shè)面積較大的水池，貯存濃液，利用太陽能自然蒸發(fā)的方式蒸騰水分，使鹽分留在池底定期清理，同時蒸發(fā)池需采用相應(yīng)的防滲措施。該方式比較適合于降雨量小、蒸發(fā)量大、地廣人稀地區(qū)，屬于在經(jīng)濟上比較合理且的濃鹽水處置方式。
（2）蒸發(fā)結(jié)晶法是使?jié)庖褐械柠}分以結(jié)晶方式析出。蒸發(fā)結(jié)晶的方式主要為多效蒸發(fā)處理技術(shù)及機械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)。多效蒸發(fā)目前應(yīng)用較多，淡水回收率達到90%左右。機械壓縮結(jié)晶技術(shù)熱效率較高，淡水的回收率可達到98%，該技術(shù)設(shè)備投資大，目前在南非Sasol公司的煤間接液化項目及波蘭Debiensko煤礦等處投入運行。
（3）“NACE”發(fā)是將反滲透和蒸餾技術(shù)結(jié)合為一體，該工藝核心組件為“納米結(jié)構(gòu)高核電電解質(zhì)”，它是一種商業(yè)納米結(jié)構(gòu)聚合物材料，該材料的性質(zhì)是僅允許水分子通過，而其他離子無法通過。采用溫度差作為分離驅(qū)動力。“NACE”工藝分離驅(qū)動力為溫度差，可利用工業(yè)生產(chǎn)過程的余熱、太陽能、地熱，甚至不同深度采水的溫差作為滲透推動力，即便是在低溫差條件下也能運行，淡水回收率達到90%左右。
產(chǎn)生的濃縮液進入炭化焚燒爐處理，該焚燒爐采用煤氣發(fā)生爐通過燃煤，經(jīng)高溫裂解、氣化產(chǎn)生高溫混合煤氣作為熱源，燃燒的高溫煙經(jīng)過中和調(diào)節(jié)后加壓成霧狀的高鹽廢水對流混合，水分被瞬間蒸發(fā)，有機物被碳化。
從碳化器中分離出的碳化物及少量無機鹽和廢渣一起進入除塵式二次燃燒室進行二次燃燒，將碳化微粒及游離碳全部燃盡，由此產(chǎn)生的高溫尾氣進入余熱蒸汽鍋爐，利用尾氣余熱生產(chǎn)蒸汽，以達到節(jié)本降耗的目的。煙氣又進入洗滌器經(jīng)充分洗滌后進入汽水分離器，最后經(jīng)煙囪排放。
（4）焚燒法是將濃液送入焚燒爐焚燒，產(chǎn)生以鹽類為主的殘渣。深井灌注法目前在美國、墨西哥等國家有應(yīng)用實例。這種方式對自然地質(zhì)條件要求很高，我國目前尚無相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標準支持。
3.“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)水平的進步，廢水“零排放”在技術(shù)上是可行的。在實踐操作層面，由于工藝裝置不穩(wěn)定、實際操作運行經(jīng)驗匱乏等原因，達到廢水“零排放”的目標還存在一定困難，需要從技術(shù)、管理、經(jīng)濟及風險層面進一步優(yōu)化。
（1）結(jié)垢腐蝕問題：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，且鹽污水呈強酸性或強堿性，溫度高，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，導致設(shè)備傳熱阻力增加，蒸發(fā)器生產(chǎn)強度降低，單位蒸汽消耗量大。可采取通過投加酸堿、晶種、阻垢劑等藥劑，創(chuàng)造防結(jié)垢腐蝕的反應(yīng)條件。在膜處理、蒸發(fā)濃縮之前，加入石灰或純堿、燒堿進行“凈化”，防止碳酸鈣和硫酸鈣結(jié)垢。有條件的地區(qū)可以建設(shè)自然蒸發(fā)設(shè)施。
（2）回用過程膜污染問題：回用過程膜產(chǎn)生有機污染在污水回用過程中，進水都含有一定濃度的有機物，目前有機物的膜污染是廢水“零排放”應(yīng)用中難以回避的問題。可采取的對策建議主要有：深度處理中增加高級氧化措施；活性炭/活性焦吸附；選用耐污染的反滲透膜，如碟管式膜片膜柱。
（3）投資運行成本高：煤化工項目廢水“零排放”投資大，單位處理規(guī)模投資達2萬元/(m3•d)，是一般污水處理項目的5倍以上，“零排放”系統(tǒng)總投資一般占整個項目投資10%以上，在一定程度上降低了項目競爭力。煤化工項目廢水“零排放”運行成本高，單位水處理直接成本高達11元/t，全成本34元/t，遠高于目前我國新鮮水價，這也是企業(yè)實施“零排放”積極性不高的主要原因之一。解決廢水“零排放”經(jīng)濟層面問題的主要建議包括：提高水價。目前企業(yè)所用工業(yè)用水成本為5-10元/t，企業(yè)實行“零排放”沒有積極性；提高排污費；提高違法成本。只有當違法成本高于守法成本、企業(yè)新鮮水使用成本高于廢水處理回用成本時，才能觸動排污者的切身利益，使廢水處理與回用變?yōu)樽杂X行動,減少廢水排放。政府加快出臺相關(guān)政策措施。
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