新型煤化工项目水污染管控探析

刘杰 韩梅 刘娟

新型煤化工项目水污染管控探析

刘杰 韩梅 刘娟

以某煤化工项目为例，总结其试生产及日常生产过程中的水污染管控经验，探索新型煤化工项目运行过程中的水平衡、水质管控特点及规律，旨在提高新型煤化工项目的水资源利用效率，控制并逐步杜绝各种水污染风险，实现新型煤化工项目的绿色可持续发展。

新型煤化工；水污染；管控；可持续发展

近年来，新型煤化工项目在中国中部和西部的煤炭资源丰富地区不断投入建设。随着这些项目的投产运行，因生产过程中水平衡、水质得不到有效管控，水污染事件频发，导致某些项目无法正常生产，项目预期经济和社会目标难以实现，不仅造成社会资源的浪费，而且带来潜在环境风险。如何使这些煤化工项目顺利达产达效，实现无污染、可持续发展，成为当前新型煤化工发展过程中的一项重要课题。

煤化工项目水污染管控现状

新型煤化工产业以获得洁净能源为主要目的，主要生产醇、醚和低碳烯烃等基础化工原料，已成为煤化工行业发展的主要方向，成为我国中长期能源发展战略的重点。经历了“十一五”期间的高速发展，2011年，国家发改委发布了《关于规范煤化工产业有序发展的通知》，指出我国煤化工产业存在盲目扩建、无序发展的问题。我国的煤化工产业急需调整。

新型煤化工产业发展遇到的最大的问题之一就是环境污染问题。与石油化工、天然气化工项目相比较，煤化工项目污染程度高、效益较低，因此，必须提高煤化工项目资源利用效率，减少废物排放，尤其是提高高含盐废水的处理能力，把新型煤化工项目的污染、能耗降到最低限度，控制在生态环境可承载范围内。

煤化工生产过程中，水平衡、水质控制不当则会引起水污染事故，造成环境污染。通过循环水供水、除盐水供水、蒸汽冷凝液回用、污水及回用水等系统，水直接或间接地参与到生产过程的化学反应中，并与化学物料进行物质和能量交换，使生产过程中的水质和水平衡不断发生变化。其中，有些变化会偏移出水处理装置的正常运行条件，超出水处理设施的处理能力，加剧环境风险，进而引发水污染事故。

新型煤化工项目水系统存在以下特点[1]：水体水量大，易受生产过程中物料影响，水平衡和水质管理难度大；污染物点源分散，浓度较高，有毒有害物质多，易对水处理设施造成冲击；煤化工水处理工艺集成较多，但成熟可靠的工艺路线典型案例少，经验数据积累少。总之，煤化工水污染管控难度大，对环境冲击风险大，直接或间接影响煤化工装置稳定运行。

新型煤化工水处理系统与煤化工主生产系统的管控存在明显差别[2-4]。水处理反应速度慢，处理设施停留时间长，煤化工过程反应快，反应器停留时间短；水处理涉及物质质量庞大，煤化工涉及物质质量较小。因此，切忌以煤化工生产管控方式管控新型煤化工水处理系统。加强新型煤化工项目水污染管控，既要充分尊重水处理专业客观规律，又要结合新型煤化工水污染行业特点，才能实现新型煤化工的可持续发展。

水污染管控的问题分析

鉴于煤化工项目客观存在的水污染风险，进一步加深对新型煤化工项目运行过程中水平衡、水质管控特点及规律的认识，探索有效的管控措施，对于提高新型煤化工项目的水资源利用效率，控制并逐步杜绝各种水污染风险，实现新型煤化工项目的绿色可持续发展尤为重要。

日常运行管理问题

水处理设施日常运行管理中存在的问题主要表现在：污染物点源预处理设施存在的管控风险；跑、冒、滴、漏无组织排放的管控风险；煤化工装置开车调试过程中的污染风险。

技术及管理经验欠缺。新型煤化工项目缺乏系统的技术经验积累，在水处理设施及系统管理方面，技术储备不足；虽然相关水处理技术进步较快，但一些煤化工项目水处理管理和操作人员往往缺乏相关专业背景，缺乏必要的水处理经验，水处理专业管理运营意识淡薄，在软件管控方面存在差距。这种问题存在于绝大多数煤化工项目，是新型煤化工项目产生水污染风险的重要因素。

跑冒滴漏无组织排放多。因生产系统的跑冒滴漏造成点源污染物的无组织排放，也是水处理设施日常维护控制的难题。由于煤化工生产装置中的主要物料浓度较高，1%的污染物浓度就相当于10 000 ppm的污染物含量，微量的物料泄漏就会对废水生化系统造成冲击，受抑制浓度影响，生化系统可能就会面临瘫痪。因此，需要加强对诸如变换冷凝液、脱硫脱碳液以及各种过程产品等可能出现的跑冒滴漏点的监控分析，及时跟踪并果断采取措施，避免高浓度污染物的冲击。

开车调试持续时间长。一些新型煤化工项目因工艺先进，导致缺少成熟运行经验；或由于工艺设施的主要设备、控制系统存在问题；或受人、机、环等因素磨合影响，客观上需要较长的磨合期，造成煤化工项目生产单元装置开车调试过程持续时间较长，不能实现生产系统稳定运行，突发事件频发。加之类似牺牲公用工程系统保主化工系统、重生产轻环保等错误思想的存在，使得水处理设施经常受到水质波动的影响；或者污水中目标污染物发生变化，冲击生化系统，形成水污染风险。如何使水处理设施在主化工系统调试过程中处于稳定运行状态，是煤化工项目试运行期间的重要课题，温度、负荷、水量、有毒有害物质等都会对水处理过程产生冲击性影响，必须制定切实可行的水处理开工方案及预案。

水体交叉污染问题

工艺介质泄漏对清净水体的交叉污染，主要出现在循环水系统、冷凝液系统、除盐水系统。

循环水系统中的交叉污染。煤化工循环水换热器冷却物料包括氨、甲醇、脱硫液、脱碳液、水煤气、酸性气、重金属催化剂等。当换热器出现漏点时，泄漏的物料进入循环水水体中，引起循环水COD、氨氮、pH、电导率等水质指标发生变化，出现循环水交叉污染。泄漏物料浓度一般较高，有的高达成千上万ppm。交叉污染改变了循环水水处理化学品使用的正常条件，无法保证循环水冷却效果，促使水体腐蚀、结垢、微生物滋生。同时，在循环水置换过程中，废水量大、污染物浓度高，对污水处理设施造成水力负荷和污染物负荷冲击。

冷凝液系统中的交叉污染。冷凝液系统中的交叉污染主要出现在化工蒸汽冷凝液中，汽轮机蒸汽冷凝液出现交叉污染的情况较少。化工蒸汽冷凝液主要产生于用蒸汽加热化学物质的过程中。一些化学物料因煮沸器、废锅、换热器等泄漏进入蒸汽冷凝液中，常见物料包括酸性气体、脱硫脱碳液、甲醇、醋酸等。受有机物污染的冷凝液会对冷凝液预处理系统造成冲击，使冷凝液处理的树脂中毒；污染物还会串级到高压锅炉中，造成炉水pH值偏低，危及高压锅炉安全。

除盐水系统中的交叉污染。主要表现在对除盐水水源水的交叉污染上。这些交叉污染会造成预处理系统、超滤及反渗透膜污堵，树脂污染中毒，水处理系统产水量下降，离子交换器周期制水量降低，再生废液量增大，影响外排水质等。

废水处理设施问题

新型煤化工行业废水处理设施运行管理过程中出现的问题，主要表现在废水工艺路线不成熟、硬件备置不合理、软件管控不规范等方面。

废水处理工艺路线不成熟。在工艺设计及建设过程中，水处理项目事先没有进行必要的工艺筛选试验研究，又缺乏类似的工程案例及必要的预处理单元，工程投运后，工艺处理流程达不到设计要求，表现为工艺路线不成熟，出水水质超标。

废水处理硬件配置不合理。诸如液下泵或液下推进器等的配置达不到水下运行要求，设备运行周期短、故障率高，工艺上无法实现优化调整，出现严重的设施瓶颈。特别在某些回用水项目中，因工艺过程中缺少必要的微污染水处理、杀菌等设施，造成双膜系统污堵。设备或设施配置低或不完善，已成为水污染治理不达标的重要因素。

点源预处理设施不完善。因点源污染物预处理设施不完善，使得进入水处理设施的水质超出进水水质要求，如气化灰水中悬浮物含量过高，影响污泥质量；废油回收系统不能正常运行，含油废水进入生化系统，造成污泥膨胀；一些有毒有害醛类物质、含苯环物质未进行预处理，使得生化系统降解能力下降。

水污染管控的相关建议

为了有效控制污染风险，结合新型煤化工项目水处理与利用实践经验，分析总结煤化工项目试生产及日常生产过程中出现的水污染管控问题，建议采取以下措施，以保证煤化工装置不受水污染影响，实现新型煤化工项目水污染的有效管控。

建立水务管控体系

结合煤化工水处理特点，充分研究煤化工生产过程水应用规律，建议从水平衡和水质两个方面入手，建立专业化的煤化工水务管控体系。

建立信息化水系统管控平台。以信息化为手段，建立企业水系统管控平台，实现对煤化工生产装置实际水平衡的实时调控。整合各个水处理系统控制信号，将关键运行指标，诸如流量、水质、压力等，整合到统一的水平衡、水质管理控制系统中，对各个水系统实行实时监控管理，确保各个水处理设施水力负荷、污染物负荷稳定，保证水处理设施安全运行。

构建水处理过程质量控制体系。建立水处理重点实验室，以水处理重点实验室为基础，构建企业水处理过程的质量管控体系。重点实验室承担水质指标日常分析监控、重点在线分析系统维护管理、水处理重点化学品评价管理、实际水处理效果跟踪分析等工作。此外，加强重点换热器管理、重点污染源管控，避免高浓度污染物对水处理过程的影响。

建立风险防范体系

针对实际运行过程中暴露出来的水污染风险，组建专业团队，认真分析产生原因，对可能引发水污染的因素采取工艺隔离、置换、稳定恢复等措施。

建立重点污染风险设备台账。对存在泄漏可能进而造成水质污染的设备建立台账，跟踪过程控制，对物料温度、压力等关键指标进行采集，分析其变化趋势。重点污染源风险设备台账的建立，便于快速排查点源，避免污染事故扩大。

建立污染物分析监控台账。对循环水源头、回水、脱盐水源头、供水、回收冷凝液、污水来水和排水等建立污染物分析台账，重点监控pH、电导率、COD、氨氮、有毒有害物质等指标。根据运行和分析数据进行统计分析，一旦发现异常趋势，立即重点排查，直到找出单个泄漏源，对泄漏源进行有效隔离。

加强针对性生产试验。工艺设计过程提供的数据需要经过生产实践的检验，因煤质和工艺过程操作条件的变化，设计值会发生技术偏移。需要认真分析生产过程数据，开展有针对性的生产性试验，积累操作运行数据，归纳总结各种运行工况下的操作运行方式，并以此修正设计与实际运行的偏差，有针对性地确保水处理设施的稳定运行。

[1] 王铜源. 煤化工发展中的水质污染及处理[J]. 技术及应用研究, 2011(11): 684-687.

[2] 赵秀云. 发挥资源优势 优化能源结构 抓住机遇促进我国煤化工产业快速发展[J]. 广东化工, 2010, 34(4) : 1-2．

[3] 郭中平. 浅谈煤化工产业技术的发展方向[J]. 2010(10): 161-162．

[4] 程新源. 试论我国煤化工发展中的环境保护问题[J]. 化工设计, 2009(19): 14-19．

X78

A

2095-6444(2014)06-0013-03

2014-09-01

韩梅，兖矿集团副总工程师，研究员；刘杰，兖矿鲁南化工有限公司高级工程师；刘娟，兖矿鲁南化工有限公司。