劉杰 韓梅 劉娟

新型煤化工項(xiàng)目水污染管控探析

劉杰 韓梅 劉娟

以某煤化工項(xiàng)目為例，總結(jié)其試生產(chǎn)及日常生產(chǎn)過程中的水污染管控經(jīng)驗(yàn)，探索新型煤化工項(xiàng)目運(yùn)行過程中的水平衡、水質(zhì)管控特點(diǎn)及規(guī)律，旨在提高新型煤化工項(xiàng)目的水資源利用效率，控制并逐步杜絕各種水污染風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)新型煤化工項(xiàng)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(xiàng)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(shè)。隨著這些項(xiàng)目的投產(chǎn)運(yùn)行，因生產(chǎn)過程中水平衡、水質(zhì)得不到有效管控，水污染事件頻發(fā)，導(dǎo)致某些項(xiàng)目無法正常生產(chǎn)，項(xiàng)目預(yù)期經(jīng)濟(jì)和社會(huì)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，不僅造成社會(huì)資源的浪費(fèi)，而且?guī)頋撛诃h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。如何使這些煤化工項(xiàng)目順利達(dá)產(chǎn)達(dá)效，實(shí)現(xiàn)無污染、可持續(xù)發(fā)展，成為當(dāng)前新型煤化工發(fā)展過程中的一項(xiàng)重要課題。

煤化工項(xiàng)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(chǔ)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(diǎn)。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(guān)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(kuò)建、無序發(fā)展的問題。我國的煤化工產(chǎn)業(yè)急需調(diào)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(xiàng)目相比較，煤化工項(xiàng)目污染程度高、效益較低，因此，必須提高煤化工項(xiàng)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(xiàng)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(nèi)。

煤化工生產(chǎn)過程中，水平衡、水質(zhì)控制不當(dāng)則會(huì)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(xué)反應(yīng)中，并與化學(xué)物料進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，使生產(chǎn)過程中的水質(zhì)和水平衡不斷發(fā)生變化。其中，有些變化會(huì)偏移出水處理裝置的正常運(yùn)行條件，超出水處理設(shè)施的處理能力，加劇環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而引發(fā)水污染事故。

新型煤化工項(xiàng)目水系統(tǒng)存在以下特點(diǎn)[1]：水體水量大，易受生產(chǎn)過程中物料影響，水平衡和水質(zhì)管理難度大；污染物點(diǎn)源分散，濃度較高，有毒有害物質(zhì)多，易對(duì)水處理設(shè)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(yàn)數(shù)據(jù)積累少。總之，煤化工水污染管控難度大，對(duì)環(huán)境沖擊風(fēng)險(xiǎn)大，直接或間接影響煤化工裝置穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)速度慢，處理設(shè)施停留時(shí)間長，煤化工過程反應(yīng)快，反應(yīng)器停留時(shí)間短；水處理涉及物質(zhì)質(zhì)量龐大，煤化工涉及物質(zhì)質(zhì)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(qiáng)新型煤化工項(xiàng)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(jié)合新型煤化工水污染行業(yè)特點(diǎn)，才能實(shí)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(xiàng)目客觀存在的水污染風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步加深對(duì)新型煤化工項(xiàng)目運(yùn)行過程中水平衡、水質(zhì)管控特點(diǎn)及規(guī)律的認(rèn)識(shí)，探索有效的管控措施，對(duì)于提高新型煤化工項(xiàng)目的水資源利用效率，控制并逐步杜絕各種水污染風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)新型煤化工項(xiàng)目的綠色可持續(xù)發(fā)展尤為重要。

日常運(yùn)行管理問題

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

技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)欠缺。新型煤化工項(xiàng)目缺乏系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，在水處理設(shè)施及系統(tǒng)管理方面，技術(shù)儲(chǔ)備不足；雖然相關(guān)水處理技術(shù)進(jìn)步較快，但一些煤化工項(xiàng)目水處理管理和操作人員往往缺乏相關(guān)專業(yè)背景，缺乏必要的水處理經(jīng)驗(yàn)，水處理專業(yè)管理運(yùn)營意識(shí)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(xiàng)目，是新型煤化工項(xiàng)目產(chǎn)生水污染風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)源污染物的無組織排放，也是水處理設(shè)施日常維護(hù)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(dāng)于10 000 ppm的污染物含量，微量的物料泄漏就會(huì)對(duì)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(huì)面臨癱瘓。因此，需要加強(qiáng)對(duì)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(diǎn)的監(jiān)控分析，及時(shí)跟蹤并果斷采取措施，避免高濃度污染物的沖擊。

開車調(diào)試持續(xù)時(shí)間長。一些新型煤化工項(xiàng)目因工藝先進(jìn)，導(dǎo)致缺少成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；或由于工藝設(shè)施的主要設(shè)備、控制系統(tǒng)存在問題；或受人、機(jī)、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(xiàng)目生產(chǎn)單元裝置開車調(diào)試過程持續(xù)時(shí)間較長，不能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(cuò)誤思想的存在，使得水處理設(shè)施經(jīng)常受到水質(zhì)波動(dòng)的影響；或者污水中目標(biāo)污染物發(fā)生變化，沖擊生化系統(tǒng)，形成水污染風(fēng)險(xiǎn)。如何使水處理設(shè)施在主化工系統(tǒng)調(diào)試過程中處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，是煤化工項(xiàng)目試運(yùn)行期間的重要課題，溫度、負(fù)荷、水量、有毒有害物質(zhì)等都會(huì)對(duì)水處理過程產(chǎn)生沖擊性影響，必須制定切實(shí)可行的水處理開工方案及預(yù)案。

水體交叉污染問題

工藝介質(zhì)泄漏對(duì)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(dāng)換熱器出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，泄漏的物料進(jìn)入循環(huán)水水體中，引起循環(huán)水COD、氨氮、pH、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標(biāo)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(dá)成千上萬ppm。交叉污染改變了循環(huán)水水處理化學(xué)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(jié)垢、微生物滋生。同時(shí)，在循環(huán)水置換過程中，廢水量大、污染物濃度高，對(duì)污水處理設(shè)施造成水力負(fù)荷和污染物負(fù)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(jī)蒸汽冷凝液出現(xiàn)交叉污染的情況較少?；ふ羝淠褐饕a(chǎn)生于用蒸汽加熱化學(xué)物質(zhì)的過程中。一些化學(xué)物料因煮沸器、廢鍋、換熱器等泄漏進(jìn)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(jī)物污染的冷凝液會(huì)對(duì)冷凝液預(yù)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(huì)串級(jí)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(duì)除鹽水水源水的交叉污染上。這些交叉污染會(huì)造成預(yù)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(zhì)等。

廢水處理設(shè)施問題

新型煤化工行業(yè)廢水處理設(shè)施運(yùn)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(shè)計(jì)及建設(shè)過程中，水處理項(xiàng)目事先沒有進(jìn)行必要的工藝篩選試驗(yàn)研究，又缺乏類似的工程案例及必要的預(yù)處理單元，工程投運(yùn)后，工藝處理流程達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，表現(xiàn)為工藝路線不成熟，出水水質(zhì)超標(biāo)。

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

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

水污染管控的相關(guān)建議

為了有效控制污染風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合新型煤化工項(xiàng)目水處理與利用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)煤化工項(xiàng)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(shí)現(xiàn)新型煤化工項(xiàng)目水污染的有效管控。

建立水務(wù)管控體系

結(jié)合煤化工水處理特點(diǎn)，充分研究煤化工生產(chǎn)過程水應(yīng)用規(guī)律，建議從水平衡和水質(zhì)兩個(gè)方面入手，建立專業(yè)化的煤化工水務(wù)管控體系。

建立信息化水系統(tǒng)管控平臺(tái)。以信息化為手段，建立企業(yè)水系統(tǒng)管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤化工生產(chǎn)裝置實(shí)際水平衡的實(shí)時(shí)調(diào)控。整合各個(gè)水處理系統(tǒng)控制信號(hào)，將關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)，諸如流量、水質(zhì)、壓力等，整合到統(tǒng)一的水平衡、水質(zhì)管理控制系統(tǒng)中，對(duì)各個(gè)水系統(tǒng)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，確保各個(gè)水處理設(shè)施水力負(fù)荷、污染物負(fù)荷穩(wěn)定，保證水處理設(shè)施安全運(yùn)行。

構(gòu)建水處理過程質(zhì)量控制體系。建立水處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以水處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，構(gòu)建企業(yè)水處理過程的質(zhì)量管控體系。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)水質(zhì)指標(biāo)日常分析監(jiān)控、重點(diǎn)在線分析系統(tǒng)維護(hù)管理、水處理重點(diǎn)化學(xué)品評(píng)價(jià)管理、實(shí)際水處理效果跟蹤分析等工作。此外，加強(qiáng)重點(diǎn)換熱器管理、重點(diǎn)污染源管控，避免高濃度污染物對(duì)水處理過程的影響。

建立風(fēng)險(xiǎn)防范體系

針對(duì)實(shí)際運(yùn)行過程中暴露出來的水污染風(fēng)險(xiǎn)，組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)，認(rèn)真分析產(chǎn)生原因，對(duì)可能引發(fā)水污染的因素采取工藝隔離、置換、穩(wěn)定恢復(fù)等措施。

建立重點(diǎn)污染風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備臺(tái)賬。對(duì)存在泄漏可能進(jìn)而造成水質(zhì)污染的設(shè)備建立臺(tái)賬，跟蹤過程控制，對(duì)物料溫度、壓力等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行采集，分析其變化趨勢(shì)。重點(diǎn)污染源風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備臺(tái)賬的建立，便于快速排查點(diǎn)源，避免污染事故擴(kuò)大。

建立污染物分析監(jiān)控臺(tái)賬。對(duì)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(tái)賬，重點(diǎn)監(jiān)控pH、電導(dǎo)率、COD、氨氮、有毒有害物質(zhì)等指標(biāo)。根據(jù)運(yùn)行和分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常趨勢(shì)，立即重點(diǎn)排查，直到找出單個(gè)泄漏源，對(duì)泄漏源進(jìn)行有效隔離。

加強(qiáng)針對(duì)性生產(chǎn)試驗(yàn)。工藝設(shè)計(jì)過程提供的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，因煤質(zhì)和工藝過程操作條件的變化，設(shè)計(jì)值會(huì)發(fā)生技術(shù)偏移。需要認(rèn)真分析生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，開展有針對(duì)性的生產(chǎn)性試驗(yàn)，積累操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)各種運(yùn)行工況下的操作運(yùn)行方式，并以此修正設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行的偏差，有針對(duì)性地確保水處理設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。

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

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2095-6444(2014)06-0013-03

2014-09-01

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