劉杰 韓梅 劉娟

新型煤化工項目水污染管控探析

劉杰 韓梅 劉娟

以某煤化工項目為例，總結其試生產(chǎn)及日常生產(chǎn)過程中的水污染管控經(jīng)驗，探索新型煤化工項目運行過程中的水平衡、水質管控特點及規(guī)律，旨在提高新型煤化工項目的水資源利用效率，控制并逐步杜絕各種水污染風險，實現(xiàn)新型煤化工項目的綠色可持續(xù)發(fā)展。

新型煤化工；水污染；管控；可持續(xù)發(fā)展

近年來，新型煤化工項目在中國中部和西部的煤炭資源豐富地區(qū)不斷投入建設。隨著這些項目的投產(chǎn)運行，因生產(chǎn)過程中水平衡、水質得不到有效管控，水污染事件頻發(fā)，導致某些項目無法正常生產(chǎn)，項目預期經(jīng)濟和社會目標難以實現(xiàn)，不僅造成社會資源的浪費，而且?guī)頋撛诃h(huán)境風險。如何使這些煤化工項目順利達產(chǎn)達效，實現(xiàn)無污染、可持續(xù)發(fā)展，成為當前新型煤化工發(fā)展過程中的一項重要課題。

煤化工項目水污染管控現(xiàn)狀

新型煤化工產(chǎn)業(yè)以獲得潔凈能源為主要目的，主要生產(chǎn)醇、醚和低碳烯烴等基礎化工原料，已成為煤化工行業(yè)發(fā)展的主要方向，成為我國中長期能源發(fā)展戰(zhàn)略的重點。經(jīng)歷了“十一五”期間的高速發(fā)展，2011年，國家發(fā)改委發(fā)布了《關于規(guī)范煤化工產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的通知》，指出我國煤化工產(chǎn)業(yè)存在盲目擴建、無序發(fā)展的問題。我國的煤化工產(chǎn)業(yè)急需調整。

新型煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到的最大的問題之一就是環(huán)境污染問題。與石油化工、天然氣化工項目相比較，煤化工項目污染程度高、效益較低，因此，必須提高煤化工項目資源利用效率，減少廢物排放，尤其是提高高含鹽廢水的處理能力，把新型煤化工項目的污染、能耗降到最低限度，控制在生態(tài)環(huán)境可承載范圍內。

煤化工生產(chǎn)過程中，水平衡、水質控制不當則會引起水污染事故，造成環(huán)境污染。通過循環(huán)水供水、除鹽水供水、蒸汽冷凝液回用、污水及回用水等系統(tǒng)，水直接或間接地參與到生產(chǎn)過程的化學反應中，并與化學物料進行物質和能量交換，使生產(chǎn)過程中的水質和水平衡不斷發(fā)生變化。其中，有些變化會偏移出水處理裝置的正常運行條件，超出水處理設施的處理能力，加劇環(huán)境風險，進而引發(fā)水污染事故。

新型煤化工項目水系統(tǒng)存在以下特點[1]：水體水量大，易受生產(chǎn)過程中物料影響，水平衡和水質管理難度大；污染物點源分散，濃度較高，有毒有害物質多，易對水處理設施造成沖擊；煤化工水處理工藝集成較多，但成熟可靠的工藝路線典型案例少，經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累少。總之，煤化工水污染管控難度大，對環(huán)境沖擊風險大，直接或間接影響煤化工裝置穩(wěn)定運行。

新型煤化工水處理系統(tǒng)與煤化工主生產(chǎn)系統(tǒng)的管控存在明顯差別[2-4]。水處理反應速度慢，處理設施停留時間長，煤化工過程反應快，反應器停留時間短；水處理涉及物質質量龐大，煤化工涉及物質質量較小。因此，切忌以煤化工生產(chǎn)管控方式管控新型煤化工水處理系統(tǒng)。加強新型煤化工項目水污染管控，既要充分尊重水處理專業(yè)客觀規(guī)律，又要結合新型煤化工水污染行業(yè)特點，才能實現(xiàn)新型煤化工的可持續(xù)發(fā)展。

水污染管控的問題分析

鑒于煤化工項目客觀存在的水污染風險，進一步加深對新型煤化工項目運行過程中水平衡、水質管控特點及規(guī)律的認識，探索有效的管控措施，對于提高新型煤化工項目的水資源利用效率，控制并逐步杜絕各種水污染風險，實現(xiàn)新型煤化工項目的綠色可持續(xù)發(fā)展尤為重要。

日常運行管理問題

水處理設施日常運行管理中存在的問題主要表現(xiàn)在：污染物點源預處理設施存在的管控風險；跑、冒、滴、漏無組織排放的管控風險；煤化工裝置開車調試過程中的污染風險。

技術及管理經(jīng)驗欠缺。新型煤化工項目缺乏系統(tǒng)的技術經(jīng)驗積累，在水處理設施及系統(tǒng)管理方面，技術儲備不足；雖然相關水處理技術進步較快，但一些煤化工項目水處理管理和操作人員往往缺乏相關專業(yè)背景，缺乏必要的水處理經(jīng)驗，水處理專業(yè)管理運營意識淡薄，在軟件管控方面存在差距。這種問題存在于絕大多數(shù)煤化工項目，是新型煤化工項目產(chǎn)生水污染風險的重要因素。

跑冒滴漏無組織排放多。因生產(chǎn)系統(tǒng)的跑冒滴漏造成點源污染物的無組織排放，也是水處理設施日常維護控制的難題。由于煤化工生產(chǎn)裝置中的主要物料濃度較高，1%的污染物濃度就相當于10 000 ppm的污染物含量，微量的物料泄漏就會對廢水生化系統(tǒng)造成沖擊，受抑制濃度影響，生化系統(tǒng)可能就會面臨癱瘓。因此，需要加強對諸如變換冷凝液、脫硫脫碳液以及各種過程產(chǎn)品等可能出現(xiàn)的跑冒滴漏點的監(jiān)控分析，及時跟蹤并果斷采取措施，避免高濃度污染物的沖擊。

開車調試持續(xù)時間長。一些新型煤化工項目因工藝先進，導致缺少成熟運行經(jīng)驗；或由于工藝設施的主要設備、控制系統(tǒng)存在問題；或受人、機、環(huán)等因素磨合影響，客觀上需要較長的磨合期，造成煤化工項目生產(chǎn)單元裝置開車調試過程持續(xù)時間較長，不能實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，突發(fā)事件頻發(fā)。加之類似犧牲公用工程系統(tǒng)保主化工系統(tǒng)、重生產(chǎn)輕環(huán)保等錯誤思想的存在，使得水處理設施經(jīng)常受到水質波動的影響；或者污水中目標污染物發(fā)生變化，沖擊生化系統(tǒng)，形成水污染風險。如何使水處理設施在主化工系統(tǒng)調試過程中處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，是煤化工項目試運行期間的重要課題，溫度、負荷、水量、有毒有害物質等都會對水處理過程產(chǎn)生沖擊性影響，必須制定切實可行的水處理開工方案及預案。

水體交叉污染問題

工藝介質泄漏對清凈水體的交叉污染，主要出現(xiàn)在循環(huán)水系統(tǒng)、冷凝液系統(tǒng)、除鹽水系統(tǒng)。

循環(huán)水系統(tǒng)中的交叉污染。煤化工循環(huán)水換熱器冷卻物料包括氨、甲醇、脫硫液、脫碳液、水煤氣、酸性氣、重金屬催化劑等。當換熱器出現(xiàn)漏點時，泄漏的物料進入循環(huán)水水體中，引起循環(huán)水COD、氨氮、pH、電導率等水質指標發(fā)生變化，出現(xiàn)循環(huán)水交叉污染。泄漏物料濃度一般較高，有的高達成千上萬ppm。交叉污染改變了循環(huán)水水處理化學品使用的正常條件，無法保證循環(huán)水冷卻效果，促使水體腐蝕、結垢、微生物滋生。同時，在循環(huán)水置換過程中，廢水量大、污染物濃度高，對污水處理設施造成水力負荷和污染物負荷沖擊。

冷凝液系統(tǒng)中的交叉污染。冷凝液系統(tǒng)中的交叉污染主要出現(xiàn)在化工蒸汽冷凝液中，汽輪機蒸汽冷凝液出現(xiàn)交叉污染的情況較少。化工蒸汽冷凝液主要產(chǎn)生于用蒸汽加熱化學物質的過程中。一些化學物料因煮沸器、廢鍋、換熱器等泄漏進入蒸汽冷凝液中，常見物料包括酸性氣體、脫硫脫碳液、甲醇、醋酸等。受有機物污染的冷凝液會對冷凝液預處理系統(tǒng)造成沖擊，使冷凝液處理的樹脂中毒；污染物還會串級到高壓鍋爐中，造成爐水pH值偏低，危及高壓鍋爐安全。

除鹽水系統(tǒng)中的交叉污染。主要表現(xiàn)在對除鹽水水源水的交叉污染上。這些交叉污染會造成預處理系統(tǒng)、超濾及反滲透膜污堵，樹脂污染中毒，水處理系統(tǒng)產(chǎn)水量下降，離子交換器周期制水量降低，再生廢液量增大，影響外排水質等。

廢水處理設施問題

新型煤化工行業(yè)廢水處理設施運行管理過程中出現(xiàn)的問題，主要表現(xiàn)在廢水工藝路線不成熟、硬件備置不合理、軟件管控不規(guī)范等方面。

廢水處理工藝路線不成熟。在工藝設計及建設過程中，水處理項目事先沒有進行必要的工藝篩選試驗研究，又缺乏類似的工程案例及必要的預處理單元，工程投運后，工藝處理流程達不到設計要求，表現(xiàn)為工藝路線不成熟，出水水質超標。

廢水處理硬件配置不合理。諸如液下泵或液下推進器等的配置達不到水下運行要求，設備運行周期短、故障率高，工藝上無法實現(xiàn)優(yōu)化調整，出現(xiàn)嚴重的設施瓶頸。特別在某些回用水項目中，因工藝過程中缺少必要的微污染水處理、殺菌等設施，造成雙膜系統(tǒng)污堵。設備或設施配置低或不完善，已成為水污染治理不達標的重要因素。

點源預處理設施不完善。因點源污染物預處理設施不完善，使得進入水處理設施的水質超出進水水質要求，如氣化灰水中懸浮物含量過高，影響污泥質量；廢油回收系統(tǒng)不能正常運行，含油廢水進入生化系統(tǒng)，造成污泥膨脹；一些有毒有害醛類物質、含苯環(huán)物質未進行預處理，使得生化系統(tǒng)降解能力下降。

水污染管控的相關建議

為了有效控制污染風險，結合新型煤化工項目水處理與利用實踐經(jīng)驗，分析總結煤化工項目試生產(chǎn)及日常生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的水污染管控問題，建議采取以下措施，以保證煤化工裝置不受水污染影響，實現(xiàn)新型煤化工項目水污染的有效管控。

建立水務管控體系

結合煤化工水處理特點，充分研究煤化工生產(chǎn)過程水應用規(guī)律，建議從水平衡和水質兩個方面入手，建立專業(yè)化的煤化工水務管控體系。

建立信息化水系統(tǒng)管控平臺。以信息化為手段，建立企業(yè)水系統(tǒng)管控平臺，實現(xiàn)對煤化工生產(chǎn)裝置實際水平衡的實時調控。整合各個水處理系統(tǒng)控制信號，將關鍵運行指標，諸如流量、水質、壓力等，整合到統(tǒng)一的水平衡、水質管理控制系統(tǒng)中，對各個水系統(tǒng)實行實時監(jiān)控管理，確保各個水處理設施水力負荷、污染物負荷穩(wěn)定，保證水處理設施安全運行。

構建水處理過程質量控制體系。建立水處理重點實驗室，以水處理重點實驗室為基礎，構建企業(yè)水處理過程的質量管控體系。重點實驗室承擔水質指標日常分析監(jiān)控、重點在線分析系統(tǒng)維護管理、水處理重點化學品評價管理、實際水處理效果跟蹤分析等工作。此外，加強重點換熱器管理、重點污染源管控，避免高濃度污染物對水處理過程的影響。

建立風險防范體系

針對實際運行過程中暴露出來的水污染風險，組建專業(yè)團隊，認真分析產(chǎn)生原因，對可能引發(fā)水污染的因素采取工藝隔離、置換、穩(wěn)定恢復等措施。

建立重點污染風險設備臺賬。對存在泄漏可能進而造成水質污染的設備建立臺賬，跟蹤過程控制，對物料溫度、壓力等關鍵指標進行采集，分析其變化趨勢。重點污染源風險設備臺賬的建立，便于快速排查點源，避免污染事故擴大。

建立污染物分析監(jiān)控臺賬。對循環(huán)水源頭、回水、脫鹽水源頭、供水、回收冷凝液、污水來水和排水等建立污染物分析臺賬，重點監(jiān)控pH、電導率、COD、氨氮、有毒有害物質等指標。根據(jù)運行和分析數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常趨勢，立即重點排查，直到找出單個泄漏源，對泄漏源進行有效隔離。

加強針對性生產(chǎn)試驗。工藝設計過程提供的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過生產(chǎn)實踐的檢驗，因煤質和工藝過程操作條件的變化，設計值會發(fā)生技術偏移。需要認真分析生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，開展有針對性的生產(chǎn)性試驗，積累操作運行數(shù)據(jù)，歸納總結各種運行工況下的操作運行方式，并以此修正設計與實際運行的偏差，有針對性地確保水處理設施的穩(wěn)定運行。

[1] 王銅源. 煤化工發(fā)展中的水質污染及處理[J]. 技術及應用研究, 2011(11): 684-687.

[2] 趙秀云. 發(fā)揮資源優(yōu)勢 優(yōu)化能源結構 抓住機遇促進我國煤化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展[J]. 廣東化工, 2010, 34(4) : 1-2．

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2095-6444(2014)06-0013-03

2014-09-01

韓梅，兗礦集團副總工程師，研究員；劉杰，兗礦魯南化工有限公司高級工程師；劉娟，兗礦魯南化工有限公司。