污水“零排放技術發展現狀

王毅霖　楊雪瑩　張曉飛　宋磊　李雪凝

摘要：對水系統優化、污水深度處理與回用技術以及末端液體濃縮技術等幾個方面進行了深入研究，結合國內外技術應用實例，分析了多種“零排放技術特點。結果表明：目前，在國際上其他行業已有“零排放技術的應用的成功案例，反觀國內，要結合煉化企業自身情況，引入成熟技術，強化企業調控。“零排放技術的研究目標是實現新鮮水用量最小化、污水集中處理量最小化、工藝單元用水指標體系化，達到分質合理回用及節能與節水的耦合優化，實質上就是水系統實現最優回用以及污水排放量為零的最終目標。

關鍵詞：零排放；深度處理與回用；水系統優化；末端濃縮

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08018903

[FL（2K2]

1引言

由于農業灌溉和工業生產，20世紀全球用水量增幅是人口增幅的2倍，全球4成以上人口存在水資源短缺現象，聯合國水資源組織評估稱，到2030年，全球將有47%人口嚴重缺水。隨著事態的嚴峻，國家出臺關于水資源宏觀調控的政策用于控制各行業用水需求已成為發展趨勢，工業用水已經成為占有相當大比例的水資源使用方，降低工業排水對環境的壓力、使工業企業通過國家提標后頒布的污水排放指標考核，成為首要任務。

此時“零排放的概念又被業內提出來，嘗試繼續深入研究并用于解決煉化污水所帶來的污染問題。所謂的“零排放，也只是改變了污染物排放的方式、渠道和節點，一些污染物最終要進入環境，以水、氣、聲、渣、熱等形式排入環境。

國際上將污水“零排放定義為液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD），就是工藝廢水經過適當的技術組合處理后回用于生產，不向環境排放任何液態的污染介質，污染物被濃縮至固態或結晶的形式排放。國內的煉化污水的“零排放是依賴技術與管理共同構成的綜合體系運行來實現零排放目標的技術管理體系。

2水系統優化研究

21水系統優化在污水處理中的發展歷程

水系統優化的探索過程中，污水處理經過了以下幾個階段：直用直排→源頭治理初步形成分類分級處理的用水網絡→分質回用實現污水減排→最終實現污水“零排放。

22水系統優化的主要技術方法

水夾點技術是針對企業用水系統，設計新鮮用水量最小、廢水排放量最小進而達到經濟效益最優的一種過程集成技術，可以預先識別在用水操作中最小新鮮水消耗量和最少廢水產生量目標。該技術在國外已經成功應用于煉油化工行業，節水率達20%～30%。它的特點是適用于單一組分并且較為直觀、單純，但是具有一定的局限性。

數學規劃法可以利用計算機進行輔助設計，求解迅速、可靠。可以通過建模，錄入控制條件，達到用戶所需的水系統需求，可以同時得到系統的最優目標值和達到該目標值的水網絡。該方法更為全面、嚴格，適用于多組分的復雜目標并且求解方便，已經成為目前的主要研究趨勢，但是缺點是結果中常常出現一些不合理解。

中間水道技術＼[1＼]是在用水網絡中設置中間水道的新的水回用模式。該技術具有簡化網絡設計、運行和控制的優點，增加了網絡的柔韌性，但是缺點是只是用于大型復雜水網絡。

單一使用均各有優缺點，目前將水夾點技術與數學規劃法相結合既可避免水夾點技術得不到真正意義上最優解的局限性，又在一定程度上防止了超結構規模過大、MINLP維數過高等困難。該方法可充分發揮水夾點分析確定新鮮水用量或回用結構的簡介實用性和超結構MINLP尋求最佳方案的優點，求解過程簡單，所得結果能滿足不同的要求并且合理、有效＼[2＼]。

3深度處理與回用技術

31深度處理技術分類

物理法包括沉淀、過濾、吸附、空氣吹脫、膜技術等；化學法包括絮凝、高級氧化法、消毒、離子交換、石灰處理等；生物法包括活性污泥法、接觸氧化法、BAF、生物固定化法等[3，4]。

物化法中現以膜技術為主要研究方向。膜技術是利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的方法，也稱為膜分離技術。它與傳統過濾的不同在于膜可以在分子范圍內進行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發生相的變化和添加助劑。根據過濾孔徑大小分為以下：微濾、超濾、納濾、反滲透等，具有出水水質高的優點，缺點是投資高、對進水水質有較為嚴格的要求、膜污染問題尚未解決。

化學法中著重研究的熱點是高級氧化技術。高級氧化技術以產生具有強氧化能力的羥基自由基（·O）為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下，使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質。根據產生自由基的方式和反應條件分為以下：催化濕式氧化法、光化學氧化法、聲化學氧化法、電化學氧化法、臭氧氧化法、芬頓氧化法、類芬頓氧化法等，具有可以處理高濃度難降解有機物的優點，缺點是投資較高，并且需要嚴格控制穩定性。

大部分煉化企業都有生物法污水處理工藝。其技術優點是可在一定范圍內適應不達標進水，并處理至達標。但是缺點是抗沖擊能力較差、難降解有機物無法處理。對于抗沖擊能力較差這一點目前只能在前端加相應的緩沖裝置并且監控管理及時來解決。提高微生物抗性、結合基因工程等生物手段是后續深入研究的趨勢。endprint

摘要：對水系統優化、污水深度處理與回用技術以及末端液體濃縮技術等幾個方面進行了深入研究，結合國內外技術應用實例，分析了多種“零排放技術特點。結果表明：目前，在國際上其他行業已有“零排放技術的應用的成功案例，反觀國內，要結合煉化企業自身情況，引入成熟技術，強化企業調控。“零排放技術的研究目標是實現新鮮水用量最小化、污水集中處理量最小化、工藝單元用水指標體系化，達到分質合理回用及節能與節水的耦合優化，實質上就是水系統實現最優回用以及污水排放量為零的最終目標。

關鍵詞：零排放；深度處理與回用；水系統優化；末端濃縮

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08018903

[FL（2K2]

1引言

由于農業灌溉和工業生產，20世紀全球用水量增幅是人口增幅的2倍，全球4成以上人口存在水資源短缺現象，聯合國水資源組織評估稱，到2030年，全球將有47%人口嚴重缺水。隨著事態的嚴峻，國家出臺關于水資源宏觀調控的政策用于控制各行業用水需求已成為發展趨勢，工業用水已經成為占有相當大比例的水資源使用方，降低工業排水對環境的壓力、使工業企業通過國家提標后頒布的污水排放指標考核，成為首要任務。

此時“零排放的概念又被業內提出來，嘗試繼續深入研究并用于解決煉化污水所帶來的污染問題。所謂的“零排放，也只是改變了污染物排放的方式、渠道和節點，一些污染物最終要進入環境，以水、氣、聲、渣、熱等形式排入環境。

國際上將污水“零排放定義為液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD），就是工藝廢水經過適當的技術組合處理后回用于生產，不向環境排放任何液態的污染介質，污染物被濃縮至固態或結晶的形式排放。國內的煉化污水的“零排放是依賴技術與管理共同構成的綜合體系運行來實現零排放目標的技術管理體系。

2水系統優化研究

21水系統優化在污水處理中的發展歷程

水系統優化的探索過程中，污水處理經過了以下幾個階段：直用直排→源頭治理初步形成分類分級處理的用水網絡→分質回用實現污水減排→最終實現污水“零排放。

22水系統優化的主要技術方法

水夾點技術是針對企業用水系統，設計新鮮用水量最小、廢水排放量最小進而達到經濟效益最優的一種過程集成技術，可以預先識別在用水操作中最小新鮮水消耗量和最少廢水產生量目標。該技術在國外已經成功應用于煉油化工行業，節水率達20%～30%。它的特點是適用于單一組分并且較為直觀、單純，但是具有一定的局限性。

數學規劃法可以利用計算機進行輔助設計，求解迅速、可靠。可以通過建模，錄入控制條件，達到用戶所需的水系統需求，可以同時得到系統的最優目標值和達到該目標值的水網絡。該方法更為全面、嚴格，適用于多組分的復雜目標并且求解方便，已經成為目前的主要研究趨勢，但是缺點是結果中常常出現一些不合理解。

中間水道技術＼[1＼]是在用水網絡中設置中間水道的新的水回用模式。該技術具有簡化網絡設計、運行和控制的優點，增加了網絡的柔韌性，但是缺點是只是用于大型復雜水網絡。

單一使用均各有優缺點，目前將水夾點技術與數學規劃法相結合既可避免水夾點技術得不到真正意義上最優解的局限性，又在一定程度上防止了超結構規模過大、MINLP維數過高等困難。該方法可充分發揮水夾點分析確定新鮮水用量或回用結構的簡介實用性和超結構MINLP尋求最佳方案的優點，求解過程簡單，所得結果能滿足不同的要求并且合理、有效＼[2＼]。

3深度處理與回用技術

31深度處理技術分類

物理法包括沉淀、過濾、吸附、空氣吹脫、膜技術等；化學法包括絮凝、高級氧化法、消毒、離子交換、石灰處理等；生物法包括活性污泥法、接觸氧化法、BAF、生物固定化法等[3，4]。

物化法中現以膜技術為主要研究方向。膜技術是利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的方法，也稱為膜分離技術。它與傳統過濾的不同在于膜可以在分子范圍內進行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發生相的變化和添加助劑。根據過濾孔徑大小分為以下：微濾、超濾、納濾、反滲透等，具有出水水質高的優點，缺點是投資高、對進水水質有較為嚴格的要求、膜污染問題尚未解決。

化學法中著重研究的熱點是高級氧化技術。高級氧化技術以產生具有強氧化能力的羥基自由基（·O）為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下，使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質。根據產生自由基的方式和反應條件分為以下：催化濕式氧化法、光化學氧化法、聲化學氧化法、電化學氧化法、臭氧氧化法、芬頓氧化法、類芬頓氧化法等，具有可以處理高濃度難降解有機物的優點，缺點是投資較高，并且需要嚴格控制穩定性。

大部分煉化企業都有生物法污水處理工藝。其技術優點是可在一定范圍內適應不達標進水，并處理至達標。但是缺點是抗沖擊能力較差、難降解有機物無法處理。對于抗沖擊能力較差這一點目前只能在前端加相應的緩沖裝置并且監控管理及時來解決。提高微生物抗性、結合基因工程等生物手段是后續深入研究的趨勢。endprint

摘要：對水系統優化、污水深度處理與回用技術以及末端液體濃縮技術等幾個方面進行了深入研究，結合國內外技術應用實例，分析了多種“零排放技術特點。結果表明：目前，在國際上其他行業已有“零排放技術的應用的成功案例，反觀國內，要結合煉化企業自身情況，引入成熟技術，強化企業調控。“零排放技術的研究目標是實現新鮮水用量最小化、污水集中處理量最小化、工藝單元用水指標體系化，達到分質合理回用及節能與節水的耦合優化，實質上就是水系統實現最優回用以及污水排放量為零的最終目標。

關鍵詞：零排放；深度處理與回用；水系統優化；末端濃縮

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08018903

[FL（2K2]

1引言

由于農業灌溉和工業生產，20世紀全球用水量增幅是人口增幅的2倍，全球4成以上人口存在水資源短缺現象，聯合國水資源組織評估稱，到2030年，全球將有47%人口嚴重缺水。隨著事態的嚴峻，國家出臺關于水資源宏觀調控的政策用于控制各行業用水需求已成為發展趨勢，工業用水已經成為占有相當大比例的水資源使用方，降低工業排水對環境的壓力、使工業企業通過國家提標后頒布的污水排放指標考核，成為首要任務。

此時“零排放的概念又被業內提出來，嘗試繼續深入研究并用于解決煉化污水所帶來的污染問題。所謂的“零排放，也只是改變了污染物排放的方式、渠道和節點，一些污染物最終要進入環境，以水、氣、聲、渣、熱等形式排入環境。

國際上將污水“零排放定義為液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD），就是工藝廢水經過適當的技術組合處理后回用于生產，不向環境排放任何液態的污染介質，污染物被濃縮至固態或結晶的形式排放。國內的煉化污水的“零排放是依賴技術與管理共同構成的綜合體系運行來實現零排放目標的技術管理體系。

2水系統優化研究

21水系統優化在污水處理中的發展歷程

水系統優化的探索過程中，污水處理經過了以下幾個階段：直用直排→源頭治理初步形成分類分級處理的用水網絡→分質回用實現污水減排→最終實現污水“零排放。

22水系統優化的主要技術方法

水夾點技術是針對企業用水系統，設計新鮮用水量最小、廢水排放量最小進而達到經濟效益最優的一種過程集成技術，可以預先識別在用水操作中最小新鮮水消耗量和最少廢水產生量目標。該技術在國外已經成功應用于煉油化工行業，節水率達20%～30%。它的特點是適用于單一組分并且較為直觀、單純，但是具有一定的局限性。

數學規劃法可以利用計算機進行輔助設計，求解迅速、可靠。可以通過建模，錄入控制條件，達到用戶所需的水系統需求，可以同時得到系統的最優目標值和達到該目標值的水網絡。該方法更為全面、嚴格，適用于多組分的復雜目標并且求解方便，已經成為目前的主要研究趨勢，但是缺點是結果中常常出現一些不合理解。

中間水道技術＼[1＼]是在用水網絡中設置中間水道的新的水回用模式。該技術具有簡化網絡設計、運行和控制的優點，增加了網絡的柔韌性，但是缺點是只是用于大型復雜水網絡。

單一使用均各有優缺點，目前將水夾點技術與數學規劃法相結合既可避免水夾點技術得不到真正意義上最優解的局限性，又在一定程度上防止了超結構規模過大、MINLP維數過高等困難。該方法可充分發揮水夾點分析確定新鮮水用量或回用結構的簡介實用性和超結構MINLP尋求最佳方案的優點，求解過程簡單，所得結果能滿足不同的要求并且合理、有效＼[2＼]。

3深度處理與回用技術

31深度處理技術分類

物理法包括沉淀、過濾、吸附、空氣吹脫、膜技術等；化學法包括絮凝、高級氧化法、消毒、離子交換、石灰處理等；生物法包括活性污泥法、接觸氧化法、BAF、生物固定化法等[3，4]。

物化法中現以膜技術為主要研究方向。膜技術是利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的方法，也稱為膜分離技術。它與傳統過濾的不同在于膜可以在分子范圍內進行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發生相的變化和添加助劑。根據過濾孔徑大小分為以下：微濾、超濾、納濾、反滲透等，具有出水水質高的優點，缺點是投資高、對進水水質有較為嚴格的要求、膜污染問題尚未解決。

化學法中著重研究的熱點是高級氧化技術。高級氧化技術以產生具有強氧化能力的羥基自由基（·O）為特點，在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下，使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質。根據產生自由基的方式和反應條件分為以下：催化濕式氧化法、光化學氧化法、聲化學氧化法、電化學氧化法、臭氧氧化法、芬頓氧化法、類芬頓氧化法等，具有可以處理高濃度難降解有機物的優點，缺點是投資較高，并且需要嚴格控制穩定性。

大部分煉化企業都有生物法污水處理工藝。其技術優點是可在一定范圍內適應不達標進水，并處理至達標。但是缺點是抗沖擊能力較差、難降解有機物無法處理。對于抗沖擊能力較差這一點目前只能在前端加相應的緩沖裝置并且監控管理及時來解決。提高微生物抗性、結合基因工程等生物手段是后續深入研究的趨勢。endprint