熱點聚焦-煤化工污水零排放技術及典型案例介紹
一、煤化工在我國的發展
煤化工過程是將煤炭轉換為氣體、液體和固體產品或半產品，而后進一步加工成化工、能源產品的工業。包括焦化、煤氣化、煤液化等。
在煤的各種化學加工過程中，焦化是應用較早且至今仍然是較重要的方法。其主要目的是制取冶金用焦炭，同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴。
煤氣化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生產城市煤氣及各種燃料氣（廣泛用于機械、建材等工業），是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環境保護；也用于生產合成氣（作為合成氨、合成甲醇等的原料），是合成液體燃料等多種產品的原料。
煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時，煤的液化產品可以替代目前的天然石油。
我國的能源稟賦特點是“缺油、少氣、煤炭資源相對豐富”，而且煤炭價格相對低廉，煤化工行業在中國面臨著巨大的市場需求和發展機遇。
新型煤化工產業將在中國能源的可持續利用中扮演重要的角色，是今后二十年的重要發展方向，這對于中國減輕燃煤造成的環境污染，降低對進口石油的依賴保障能源安全有著重大意義。
新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工的產品為主，如天然氣、柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術結合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產業。
目前，我國的新型煤化工項目呈現迅速發展、遍地開花之勢，僅新疆一個省區，在建和擬建的煤制天然氣項目就達14個。據不完全統計全國煤制烯烴的在建及擬建產能達2800萬噸，煤制油達4000萬噸，煤制天然氣接近1500億立方米，煤制乙二醇超過500萬噸。這些項目全部建成之后，我國將是世界上產能較大的新型煤化工國家。
二、煤化工污水零排放的意義
2.1節約水資源?
新型煤化工耗水量巨大，大型煤化工項目，噸產品耗水在十噸以上，年用水量通常高達幾千萬立方米。煤化工的快速發展引發了區域水資源供需的失衡。我國煤炭資源主要集中在北方和西北，恰恰這些地方水資源嚴重不足。目前這些地方已出現了水權紛爭，這種情況如果發展下去，會影響當地工業和農業的正常發展，而且還會帶來很多社會問題。
煤化工污水零排放，將污水較大限度回用，可節約水資源，緩解水資源嚴重短缺的困境。
2.2保護生態環境，避免水體和地下水污染?
煤化工企業用水量大，其排放的廢水主要來源于煤煉焦、煤氣凈化及化工產品回收精制等過程。該類廢水水量大，水質復雜，含有大量的有機污染物、酚、硫和氨等，并且含有大量的聯苯、吡啶吲哚和喹啉等有毒污染物，毒性大。在煤炭資源豐富的地域，往往是既缺水又無環境容量、生態脆弱的地方，如新疆伊犁地區、寧夏、內蒙等煤化工基地，實施零排放能有效保護生態環境，避免水體和地下水污染。
2.3零排放意義?
“零排放”即對煤化工在生產中所產生的生產廢水、污水、清凈下水等經過處理，全部用于回用，對外界不排放廢水，稱作為“零排放”。對于目前西北地區在建和擬建的煤化工項目，“零排放”尤其重要，既解決一部分水資源問題，又不對當地的環境和生態造成污染和破壞。
三、煤氣化污水的特點
氣化廢水的來源及特性：在煤的氣化過程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金屬，在氣化時部分轉化為氨、氰化物和金屬化合物；一氧化碳和水蒸氣反應生成少量的甲酸，甲酸和氨又反應生成甲酸氨。這些有害物質大部分溶解在氣化過程的洗滌水、洗氣水、蒸汽分流后的分離水和貯罐排水中，一部分在設備管道清掃過程中放空等。
對于煤氣化工藝技術，目前主要有固定床、流化床和氣流床三種；對于爐型，有固定床間歇氣化爐、灰熔聚、德士古、恩德爐等多種。固定床、流化床和氣流床三種氣化工藝的排水水質情況見下表：
四、煤氣化污水處理技術
4.1煤氣化廢水經酚氨回收后的水質?
三種氣化工藝產生的廢水，氨含量均很高；固定床工藝產生的酚含量高，其它兩種較低；固定床工藝焦油含量高，其它兩種較低；氣流爐工藝中產生的甲酸化合物較高，其它兩種工藝基本不產生；氰化物在三種工藝中均產生；有機污染物COD，固定床工藝產生較多，污染較嚴重，其它兩種工藝污染較輕。
上述三種工藝的廢水如不經過預處理直接進行生化處理是不行的，尤其是氨特別高，魯奇爐的酚含量也很高。
對于魯奇爐廢水需要進行酚氨回收裝置進行回收預處理；流化床和氣流床工藝煤氣化廢水需要進行氨回收預處理。經過預處理后的各廢水水質如下：
4.2煤氣化（固定床工藝）廢水生化處理工藝?
固定床工藝煤氣化廢水CODcr濃度高，屬有機污水，含有大量氨氮和酚，有一定的色度，具有如下特點：
（1）污水中有機物濃度高，B/C值約0.33，可采用生化處理工藝。
（2）污水中含有難降解有機物如單元酚、多元酚等含苯環和雜環類物質，有一定的生物毒性，這些物質在好氧環境下分解較困難，需要在厭氧/兼氧環境下開環和降解。
（3）污水中氨氮濃度高，處理難度較大，需要選用硝化和反硝化能力均很強的處理工藝。煤氣化廢水處理技術
（4）污水中含有浮油、分散油、乳化油類和溶解油類物質，溶解油的主要組分為苯酚類的芳香族化合物。乳化油需要采用氣浮方式加以去除，溶解性的苯酚類物質需要通過生化、吸附的方法去除。
（5）含有毒性抑制物質，污水中酚、多元酚、氨氮等毒性抑制物質，需要通過馴化提高微生物的抗毒能力，需要選擇合適的工藝提高系統抗沖擊能力。
（6）非正常污水排放的影響，當工藝生產過程出現問題時，會導致污染物濃度高的非正常污水排放，該污水不能直接進入生化處理系統，需要設置事故調節等措施。
（7）污水色度較高，含有一部分帶有顯色基團的物質。
由此，為確保工藝污水處理出水水質，工藝污水選用以去除CODcr、BOD 5、氨氮等為主體的生化處理工藝（主要考慮硝化和反硝化），選用以除油、脫色為主要目的的預處理工藝，選用以物化為主的后處理強化工藝。采用的工藝如下：
4.3煤氣化（流化床及氣流床）廢水生化處理工藝?
流化床及氣流床工藝產生的廢水，其COD并不高，生化性較好（尤其是氣流床工藝產生的廢水），這些廢水主要特點是氨氮高，應選用硝化和反硝化效果好的處理工藝。
但生化處理僅去除污水中的有機污染、油、氨、酚、氰化物等，其污水中鹽并不能去除。
五、煤氣化污水零排放
5.1煤化工排水的分類
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煤化工在生產中的排水包括：生產污水、生活污水、清凈下水、初期雨水等。生產污水主要是氣化污水；清凈下水主要來自循環水排污以及脫鹽水站排放的濃鹽水；初期雨水主要是受污染區域的前十分鐘收集雨水。
上述排水中水量較大的是清凈下水和生產污水，一般考慮將清凈下水與生產污水、生活污水、初期雨水等分開收集，即分為清凈水和污水兩大類。
5.2污水的回用
煤化工生產過程中需要大量的循環水，循環水站的規模一般很大，需要的補充水量很大。在考慮將清凈下水和污水處理的出水回用時，一般考慮回用于循環水站的補充水。
污水處理站的出水雖然去除了大量的有機污染、氨、酚等物質，但其鹽分并沒有減少。而清凈下水以及脫鹽水站的濃鹽水中的鹽分較高，一般是原水的4～5倍。故要將污水回用，就需要對污水進行脫鹽處理，否則鹽會在系統中循環累積。
5.3中水回用工藝種類?
目前在我國已經應用的水的除鹽工藝方法有化學除鹽（即離子交換法除鹽）、膜分離技術、蒸餾法除鹽水處理以及膜法和離子交換法結合的脫鹽工藝等。
（1）離子交換法除鹽工藝
離子交換法水處理技術已相當成熟，適合用于水中含鹽量不高的場合，但在處理高氯高鹽高硬水、苦咸水、海水時，該技術有樹脂再生過程中需消耗大量酸、堿，其排放液又會污染環境的缺點。
（2）膜除鹽工藝
隨著膜研究的進展，膜分離技術已迅速發展，膜使用領域愈來愈廣，現已成為產業化的高新技術，它有操作方便，設備緊湊，工作環境安全，節約能耗和藥劑的優點，其主體分離工藝是反滲透技術，為反滲透作預處理工藝的有超濾和精濾技術。可以根據原水不同的水質組合成各種不同的流程。
（3）膜法和離子交換法結合的脫鹽工藝
反滲透膜法與離子交換法聯合組成的除鹽系統是目前使用較為廣泛的除鹽水處理系統。在這種系統中，反滲透作為離子交換的預脫鹽系統，除去原水中約95%以上的鹽分和絕大部分的其他雜質，如膠體、有機物、細菌等；反滲透產水中剩余的鹽分則通過后繼的離子交換系統除去。
5.4污水回用工藝的選擇?
將污水處理站的出水和清凈下水的混合水進行回用，其水量一般較大，鹽含量不高一般為1000～3000mg/L之間。若直接采用蒸餾法，需要大量的熱源浪費能源，不合適。由于污水中仍含有一定的有機污染物，若采用離子交換樹脂，會污堵樹脂，且由于回用水循環水補充水，水質要求并不高，采用離子交換不合適；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，而且使用價格在不斷降低，膜的使用越來越普及，推薦污水回用的主體工藝中優先采用雙膜法（超濾+反滲透），根據水質的不同特點對污水進行預處理，以滿足雙膜的使用條件。
5.5濃鹽水膜濃縮?
國內外有不少公司在研究將雙膜法產生的濃鹽水進行膜再濃縮，使鹽含量達到6～8萬mg/L，即盡可能將污水中鹽分提高，減小后續蒸發器的規模，減少投資以及節約能源。
目前國際上常用的工藝有阿奎特的HERO膜濃縮工藝、GE公司納濾膜濃縮工藝、威立雅的OPUS膜濃縮工藝、麥王公司的震動膜濃縮工藝。上述工藝在國外的鹽濃縮中均有業績。國內也有部分公司在研究膜濃縮工藝，但目前尚未有使用的業績和工程實例。
5.6蒸發?
將濃鹽水中的鹽分達到6～8萬mg/L后再進行蒸發，國外對廢水的蒸發工藝一般采用“降膜式機械蒸汽壓縮再循環蒸發技術”，是目前世界上處理高鹽分廢水較可靠、較有效的技術解決方案。采用機械壓縮再循環蒸發技術處理廢水時，蒸發廢水所需的熱能，主要由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放或交換的熱能所提供。在運行過程中，沒有潛熱的流失。運行過程中所消耗的僅是驅動蒸發器內廢水、蒸汽、和冷凝水循環和流動的水泵、蒸汽壓縮機、和控制系統所消耗的電能。
利用蒸汽作為熱能時，蒸發每千克水需消耗熱能554千卡。采用機械壓縮蒸發技術時，典型的能耗為處理每噸含鹽廢水需20至30度電，即蒸發每千克水僅需28千卡或更少的熱能。即單一的機械壓縮蒸發器的效率，理論上相當于20效的多效蒸發系統。采用多效蒸發技術，可提高 效率，但是多效蒸發增加了設備投資和操作的復雜性。蒸發器一般可將廢水中鹽含量提高至20%以上。通常被送往蒸發塘進行自然蒸發、結晶；或送至結晶器，結晶干燥成固體，外送處置。
六、國內零排放項目案例簡介?
?伊犁新天年產20億立方米煤制天然氣項目
?中煤鄂爾多斯能源化工有限公司圖克化肥項目一期年產100萬噸合成氨、175萬噸尿素工程
?中電投伊南3×20億Nm 3/a煤制天然氣項目一期20億Nm 3/a工程
?神華煤直接液化項目
零排放項目業績
6.1伊犁新天年產20億立方米煤制天然氣項目(總承包)
?氣化工藝：碎煤加壓固定床氣化技術（魯奇爐）
?項目產品：年產20億Nm 3天然氣
?污水處理系統內容：
污水處理裝置：1200m 3/h
污水回用：
①生化污水回用單元：1200m 3/h
②含鹽污水回用單元：1200m 3/h
③多效蒸發單元：300m 3/h
6.2中煤鄂爾多斯能源化工有限公司圖克化肥項目(總承包)
?氣化工藝：碎煤熔渣加壓氣化技術（BGL）
?項目產品：合成氨100萬噸/年，尿素175萬噸/年
?污水處理系統內容：
污水處理裝置：360m 3/h
回用水處理裝置：1200m 3/h
濃鹽水處理裝置：200m 3/h
處理工藝：
污水處理工藝流程
6.3中電投伊南3×20億Nm 3/a煤制天然氣項目一期20億Nm 3/a工程（總體設計+基礎設計）
?氣化工藝：純氧氣流床氣化技術（GSP爐）
?項目產品：年產20億Nm 3天然氣
?污水處理系統內容：
污水處理裝置：280m 3/h
回用水處理裝置：900m 3/h
濃鹽水處理裝置：120m 3/h
?處理工藝：
污水處理裝置：預處理+二級生化+深度處理
回用水處理裝置：預處理+超濾+反滲透
濃鹽水處理裝置：膜濃縮+蒸發結晶
6.4神華煤直接液化（煤制油）項目
?污水處理系統內容：
生化處理部分：包括含油污水系統、高濃度污水系統
含鹽處理部分：包括含鹽污水系統、催化劑制備廢水系統、蒸發器濃縮液處理系統
?處理規模：
含油污水系統：204m 3/h
高濃度污水系統：150m 3/h
含鹽污水系統：286m 3/h
催化劑制備廢水系統：103m 3/h
濃鹽水處理系統：蒸發器、結晶、蒸發塘面積約12公
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