水在石油化工企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營中起著至關(guān)重要的作用。長期以來，水資源的短缺一直是制約中國石化企業(yè)發(fā)展的主要因素之一。鑒于中國水資源時(shí)空分布的不均衡性，目前，國內(nèi)僅長江中下游及珠江地區(qū)的石化企業(yè)尚能維持良好的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，而在其它地區(qū)，尤其是北方地區(qū)的石化企業(yè)均不同程度地受水資源短缺的影響而產(chǎn)生了一系列問題。
1石油化工企業(yè)的用水現(xiàn)狀
目前，中國的工業(yè)生產(chǎn)耗水量非常大，僅次于排名第一的農(nóng)業(yè)用水，而石化企業(yè)的耗水量約占中國工業(yè)用水總量的5%。在中國第十個(gè)“五年規(guī)劃”中，國家就對石化企業(yè)的年用水量提出要求，且年增長率不高于1.2%[1]。針對這一要求，石化企業(yè)在技術(shù)、管理和經(jīng)營方面提出了一系列改革舉措，如引進(jìn)先進(jìn)節(jié)水技術(shù)，購置高新設(shè)備，對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造或研發(fā)新的生產(chǎn)工藝，建立健全企業(yè)管理制度，加強(qiáng)節(jié)水減排指標(biāo)考評等，在提高水的利用率和減少排污量方面取得了不錯(cuò)的成績，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.1用水結(jié)構(gòu)日趨合理
近年來，隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步和用水管理措施的規(guī)范，中國石化企業(yè)的用水結(jié)構(gòu)日趨合理，以百萬噸級PTA項(xiàng)目為例，按新鮮水量計(jì)算，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的需水比重約為58%左右，主要用于循環(huán)冷卻水排污和蒸發(fā)的補(bǔ)充，除鹽水系統(tǒng)的需水比重約為32%左右，主要用于除鹽水的制備，其他裝置的需水比重為10%左右，包括PTA裝置生產(chǎn)用水，動力裝置和鍋爐房用水，以及廠區(qū)生活用水等[2]。可見，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的需水比重最大，除鹽水系統(tǒng)次之，因此，石化企業(yè)要想更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排目標(biāo)，就必須把主要精力放在循環(huán)冷卻水和除鹽水系統(tǒng)上面，積極采取措施優(yōu)化上述2個(gè)用水系統(tǒng)，從而有效地減少新鮮水用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。
1.2工業(yè)水重復(fù)利用率不斷提高
由于水資源的日趨緊張，關(guān)于工業(yè)水重復(fù)利用方面的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，如中國石油《煉油化工企業(yè)污水回用管理導(dǎo)則》中規(guī)定：石油化工項(xiàng)目排放污水回用率應(yīng)大于70%[3]。另一方面，隨著各種污水深度處理新技術(shù)，新設(shè)備和新材料的不斷涌現(xiàn)，工業(yè)污、廢水經(jīng)深度處理后再生重復(fù)利用也成為一種必然趨勢，使得石化企業(yè)的工業(yè)水重復(fù)利用率不斷提高。20世紀(jì)末，石化企業(yè)的水資源利用率僅為85%，而進(jìn)入21世紀(jì)卻達(dá)到了96%，這一進(jìn)步是非?？斓腫5]
1.3直流冷卻水工藝逐漸被淘汰
以往石油化工類項(xiàng)目的選址一般都會優(yōu)先考慮海濱或大型湖泊沿岸，其中1個(gè)重要原因便是豐富的水資源可用于設(shè)備的直流冷卻。近年來，隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，直流冷卻水對自然水體造成的熱污染已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注;另一方面，冷卻塔等換熱設(shè)備成本日益降低，換熱效率不斷提高[4]。目前，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)已經(jīng)成為石化企業(yè)冷卻水的主流工藝，不少老項(xiàng)目也都通過技術(shù)改造將原有的直流冷卻水系統(tǒng)淘汰，轉(zhuǎn)而采用循環(huán)冷卻水工藝。例如，中國江蘇的一家石化企業(yè)起初使用的是直流冷卻水系統(tǒng)，但是一直以來并沒有獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。后來，公司派人出國考察和學(xué)習(xí)，并引進(jìn)了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，之后的幾年，其生產(chǎn)所用的新鮮水量大幅減少，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也大幅提高[5]。
2石油化工企業(yè)在節(jié)水減排過程中存在的問題
2.1裝置規(guī)模較小 生產(chǎn)工藝技術(shù)落后
受中國經(jīng)濟(jì)水平以及投入資金的限制，歷史上，中國石化工業(yè)起步較低，石化裝置的規(guī)模多以小型和中型為主，且很多企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，設(shè)備老化嚴(yán)重，從而造成一些工序難以達(dá)到清潔化生產(chǎn)及廢棄物減量化的要求。此外，不少石化企業(yè)的原材料質(zhì)量不夠穩(wěn)定，使得生產(chǎn)設(shè)備無法維持在最優(yōu)工況，對水、電、燃料等各種資源的利用率偏低，“三廢”的排放量偏高，不僅造成了資源的浪費(fèi)，也給環(huán)境治理工作帶來了巨大的壓力[6]。例如，換熱器的老化會造成物料泄漏，污染設(shè)備中的冷卻用水，受污染的冷卻水因此被迫排放掉用新鮮水再次補(bǔ)充，造成水資源的浪費(fèi)，而且這種排放掉的水中污染物濃度往往較高，給后續(xù)的污水處理工作也造成了一定困難。
2.2廢水處理工藝技術(shù)不夠成熟
石油化工生產(chǎn)裝置排放的廢水水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)物濃度較高，有毒有害物質(zhì)較多，難以生物降解。例如乙醛廢水、苯酚廢水、甲苯、PTA、丙烯酸、醋酸、腈綸等廢水，均為水量小，但有機(jī)物濃度高、毒性大的廢水，需與廠區(qū)其它生產(chǎn)裝置排放的污水分隔后單獨(dú)處理。目前，對石化工業(yè)廢水多采用焚燒、高級氧化，催化氧化生物改性，另外也可采用膜法提取，垂直管降膜蒸發(fā)等方法進(jìn)行處理[7]。但是，這些處理工藝的效果并不盡如人意，缺乏較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)處理流程，一般在應(yīng)用前須對選擇的處理技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場中試，由中試結(jié)果確定應(yīng)用工藝條件和技術(shù)。
3石化企業(yè)節(jié)水減排對策措施
3.1采用清潔生產(chǎn)技術(shù)
清潔生產(chǎn)是指既可滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護(hù)環(huán)境的實(shí)用生產(chǎn)方法和措施，其實(shí)質(zhì)是一種物料和能耗最少的人類生產(chǎn)活動的規(guī)劃和管理，將廢物減量化、資源化和無害化，或消滅于生產(chǎn)過程之中[8]。具體應(yīng)用于石化企業(yè)節(jié)水方面，即從全廠角度出發(fā)，采用源頭控制技術(shù)，對所有用水單元，包括工藝主裝置、綜合給水站、循環(huán)冷卻水站、除鹽水站、鍋爐島及其他各生產(chǎn)裝置等統(tǒng)籌考慮節(jié)約用水及提高污水回用率指標(biāo)。例如，針對工藝主裝置，可采用優(yōu)化換熱流程，裝置間盡量采用熱進(jìn)料，介質(zhì)溫度60 ℃～90 ℃采用空氣直接冷卻等措施減少冷卻水用量。針對循環(huán)冷卻水站，可采用提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，降低新鮮水補(bǔ)給量，在有條件的地區(qū)可采用閉式冷卻塔，提高干式冷卻點(diǎn)溫度，減少循環(huán)水的耗量。山東勝利石化采用清潔生產(chǎn)理念對廠區(qū)用水點(diǎn)進(jìn)行源頭控制管理后，多增收了1 200×104元多 [9]?？梢?，這項(xiàng)技術(shù)在節(jié)水減排領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。
3.2對全廠用水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃
針對傳統(tǒng)石化企業(yè)污水簡單末端處理和污污混流、清污混流處理方式的弊端，近年來，一些石化企業(yè)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段便依據(jù)節(jié)水減排理念對廠區(qū)的給排水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。一方面從各項(xiàng)工藝流程著手，綜合考慮各生產(chǎn)裝置給排水的水量和水質(zhì)，進(jìn)行分質(zhì)處理，分質(zhì)循環(huán)利用，取得了極佳的成果。以PTA項(xiàng)目為例：PTA主裝置的精制母液直接回收利用，從而減少了約50%的除鹽水用量，廠區(qū)蒸汽系統(tǒng)的冷凝液統(tǒng)一回收，經(jīng)簡單處理后可作為除鹽水直接回用，循環(huán)冷卻水站的排污水單獨(dú)進(jìn)行化學(xué)處理后回用為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水，廠區(qū)生產(chǎn)、生活污水經(jīng)生化處理后再進(jìn)行深度處理，出水可用于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水、水煤漿調(diào)配以及廠區(qū)綠化澆灑和沖廁用水[10]。
3.3加強(qiáng)污水深度處理
污水深度處理過程是指對已處理的污水(一般指二級處理達(dá)標(biāo)排放污水)通過進(jìn)一步處理，達(dá)到改變水中物質(zhì)含量、提高水質(zhì)，以適應(yīng)某種需要的過程[11]。污水深度處理是實(shí)現(xiàn)污水回用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其出水水質(zhì)指標(biāo)直接決定著回用水的用途。目前，石化企業(yè)污水深度處理采用的常規(guī)組合工藝主要有混凝沉淀、石英砂過濾、活性炭吸附和氧化劑處理等幾個(gè)單元，處理效果一般以達(dá)到HG/T 3923-2007循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 或GB/T 19923-2005 城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì) 為目標(biāo)，處理后出水多用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水或沖廁及綠化用水。近年來，隨著膜分離技術(shù)制造工藝的提高，其經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性越來越好，與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比競爭潛力越來越大，一些以往只用于給水處理的微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等技術(shù)也開始用于污水深度處理，使得出水水質(zhì)大大提高，甚至可直接作為鍋爐補(bǔ)充用水或工藝用除鹽水。
4結(jié)語
石化企業(yè)的節(jié)水與減排工作，要遵循整體優(yōu)化、科學(xué)優(yōu)化、重點(diǎn)優(yōu)化、分步實(shí)施的用水優(yōu)化原則，按照“水平衡核算—用水優(yōu)化—污水回用”的工作步驟，在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)等必要的前期工作基礎(chǔ)上制訂合理的節(jié)水減排技術(shù)方案，積極穩(wěn)妥地開展節(jié)水減排工作。同時(shí)，根據(jù)企業(yè)自身情況，對外積極引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，對內(nèi)強(qiáng)化管理制度，通過節(jié)水減排提升企業(yè)效益和和社會效益，增加企業(yè)在社會主義市場經(jīng)濟(jì)競爭的砝碼。
1石油化工企業(yè)的用水現(xiàn)狀
目前，中國的工業(yè)生產(chǎn)耗水量非常大，僅次于排名第一的農(nóng)業(yè)用水，而石化企業(yè)的耗水量約占中國工業(yè)用水總量的5%。在中國第十個(gè)“五年規(guī)劃”中，國家就對石化企業(yè)的年用水量提出要求，且年增長率不高于1.2%[1]。針對這一要求，石化企業(yè)在技術(shù)、管理和經(jīng)營方面提出了一系列改革舉措，如引進(jìn)先進(jìn)節(jié)水技術(shù)，購置高新設(shè)備，對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造或研發(fā)新的生產(chǎn)工藝，建立健全企業(yè)管理制度，加強(qiáng)節(jié)水減排指標(biāo)考評等，在提高水的利用率和減少排污量方面取得了不錯(cuò)的成績，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.1用水結(jié)構(gòu)日趨合理
近年來，隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步和用水管理措施的規(guī)范，中國石化企業(yè)的用水結(jié)構(gòu)日趨合理，以百萬噸級PTA項(xiàng)目為例，按新鮮水量計(jì)算，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的需水比重約為58%左右，主要用于循環(huán)冷卻水排污和蒸發(fā)的補(bǔ)充，除鹽水系統(tǒng)的需水比重約為32%左右，主要用于除鹽水的制備，其他裝置的需水比重為10%左右，包括PTA裝置生產(chǎn)用水，動力裝置和鍋爐房用水，以及廠區(qū)生活用水等[2]。可見，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的需水比重最大，除鹽水系統(tǒng)次之，因此，石化企業(yè)要想更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排目標(biāo)，就必須把主要精力放在循環(huán)冷卻水和除鹽水系統(tǒng)上面，積極采取措施優(yōu)化上述2個(gè)用水系統(tǒng)，從而有效地減少新鮮水用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。
1.2工業(yè)水重復(fù)利用率不斷提高
由于水資源的日趨緊張，關(guān)于工業(yè)水重復(fù)利用方面的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，如中國石油《煉油化工企業(yè)污水回用管理導(dǎo)則》中規(guī)定：石油化工項(xiàng)目排放污水回用率應(yīng)大于70%[3]。另一方面，隨著各種污水深度處理新技術(shù)，新設(shè)備和新材料的不斷涌現(xiàn)，工業(yè)污、廢水經(jīng)深度處理后再生重復(fù)利用也成為一種必然趨勢，使得石化企業(yè)的工業(yè)水重復(fù)利用率不斷提高。20世紀(jì)末，石化企業(yè)的水資源利用率僅為85%，而進(jìn)入21世紀(jì)卻達(dá)到了96%，這一進(jìn)步是非?？斓腫5]
1.3直流冷卻水工藝逐漸被淘汰
以往石油化工類項(xiàng)目的選址一般都會優(yōu)先考慮海濱或大型湖泊沿岸，其中1個(gè)重要原因便是豐富的水資源可用于設(shè)備的直流冷卻。近年來，隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，直流冷卻水對自然水體造成的熱污染已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注;另一方面，冷卻塔等換熱設(shè)備成本日益降低，換熱效率不斷提高[4]。目前，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)已經(jīng)成為石化企業(yè)冷卻水的主流工藝，不少老項(xiàng)目也都通過技術(shù)改造將原有的直流冷卻水系統(tǒng)淘汰，轉(zhuǎn)而采用循環(huán)冷卻水工藝。例如，中國江蘇的一家石化企業(yè)起初使用的是直流冷卻水系統(tǒng)，但是一直以來并沒有獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。后來，公司派人出國考察和學(xué)習(xí)，并引進(jìn)了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，之后的幾年，其生產(chǎn)所用的新鮮水量大幅減少，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也大幅提高[5]。
2石油化工企業(yè)在節(jié)水減排過程中存在的問題
2.1裝置規(guī)模較小 生產(chǎn)工藝技術(shù)落后
受中國經(jīng)濟(jì)水平以及投入資金的限制，歷史上，中國石化工業(yè)起步較低，石化裝置的規(guī)模多以小型和中型為主，且很多企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，設(shè)備老化嚴(yán)重，從而造成一些工序難以達(dá)到清潔化生產(chǎn)及廢棄物減量化的要求。此外，不少石化企業(yè)的原材料質(zhì)量不夠穩(wěn)定，使得生產(chǎn)設(shè)備無法維持在最優(yōu)工況，對水、電、燃料等各種資源的利用率偏低，“三廢”的排放量偏高，不僅造成了資源的浪費(fèi)，也給環(huán)境治理工作帶來了巨大的壓力[6]。例如，換熱器的老化會造成物料泄漏，污染設(shè)備中的冷卻用水，受污染的冷卻水因此被迫排放掉用新鮮水再次補(bǔ)充，造成水資源的浪費(fèi)，而且這種排放掉的水中污染物濃度往往較高，給后續(xù)的污水處理工作也造成了一定困難。
2.2廢水處理工藝技術(shù)不夠成熟
石油化工生產(chǎn)裝置排放的廢水水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)物濃度較高，有毒有害物質(zhì)較多，難以生物降解。例如乙醛廢水、苯酚廢水、甲苯、PTA、丙烯酸、醋酸、腈綸等廢水，均為水量小，但有機(jī)物濃度高、毒性大的廢水，需與廠區(qū)其它生產(chǎn)裝置排放的污水分隔后單獨(dú)處理。目前，對石化工業(yè)廢水多采用焚燒、高級氧化，催化氧化生物改性，另外也可采用膜法提取，垂直管降膜蒸發(fā)等方法進(jìn)行處理[7]。但是，這些處理工藝的效果并不盡如人意，缺乏較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)處理流程，一般在應(yīng)用前須對選擇的處理技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場中試，由中試結(jié)果確定應(yīng)用工藝條件和技術(shù)。
3石化企業(yè)節(jié)水減排對策措施
3.1采用清潔生產(chǎn)技術(shù)
清潔生產(chǎn)是指既可滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護(hù)環(huán)境的實(shí)用生產(chǎn)方法和措施，其實(shí)質(zhì)是一種物料和能耗最少的人類生產(chǎn)活動的規(guī)劃和管理，將廢物減量化、資源化和無害化，或消滅于生產(chǎn)過程之中[8]。具體應(yīng)用于石化企業(yè)節(jié)水方面，即從全廠角度出發(fā)，采用源頭控制技術(shù)，對所有用水單元，包括工藝主裝置、綜合給水站、循環(huán)冷卻水站、除鹽水站、鍋爐島及其他各生產(chǎn)裝置等統(tǒng)籌考慮節(jié)約用水及提高污水回用率指標(biāo)。例如，針對工藝主裝置，可采用優(yōu)化換熱流程，裝置間盡量采用熱進(jìn)料，介質(zhì)溫度60 ℃～90 ℃采用空氣直接冷卻等措施減少冷卻水用量。針對循環(huán)冷卻水站，可采用提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，降低新鮮水補(bǔ)給量，在有條件的地區(qū)可采用閉式冷卻塔，提高干式冷卻點(diǎn)溫度，減少循環(huán)水的耗量。山東勝利石化采用清潔生產(chǎn)理念對廠區(qū)用水點(diǎn)進(jìn)行源頭控制管理后，多增收了1 200×104元多 [9]?？梢?，這項(xiàng)技術(shù)在節(jié)水減排領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。
3.2對全廠用水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃
針對傳統(tǒng)石化企業(yè)污水簡單末端處理和污污混流、清污混流處理方式的弊端，近年來，一些石化企業(yè)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段便依據(jù)節(jié)水減排理念對廠區(qū)的給排水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。一方面從各項(xiàng)工藝流程著手，綜合考慮各生產(chǎn)裝置給排水的水量和水質(zhì)，進(jìn)行分質(zhì)處理，分質(zhì)循環(huán)利用，取得了極佳的成果。以PTA項(xiàng)目為例：PTA主裝置的精制母液直接回收利用，從而減少了約50%的除鹽水用量，廠區(qū)蒸汽系統(tǒng)的冷凝液統(tǒng)一回收，經(jīng)簡單處理后可作為除鹽水直接回用，循環(huán)冷卻水站的排污水單獨(dú)進(jìn)行化學(xué)處理后回用為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水，廠區(qū)生產(chǎn)、生活污水經(jīng)生化處理后再進(jìn)行深度處理，出水可用于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水、水煤漿調(diào)配以及廠區(qū)綠化澆灑和沖廁用水[10]。
3.3加強(qiáng)污水深度處理
污水深度處理過程是指對已處理的污水(一般指二級處理達(dá)標(biāo)排放污水)通過進(jìn)一步處理，達(dá)到改變水中物質(zhì)含量、提高水質(zhì)，以適應(yīng)某種需要的過程[11]。污水深度處理是實(shí)現(xiàn)污水回用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其出水水質(zhì)指標(biāo)直接決定著回用水的用途。目前，石化企業(yè)污水深度處理采用的常規(guī)組合工藝主要有混凝沉淀、石英砂過濾、活性炭吸附和氧化劑處理等幾個(gè)單元，處理效果一般以達(dá)到HG/T 3923-2007循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 或GB/T 19923-2005 城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì) 為目標(biāo)，處理后出水多用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水或沖廁及綠化用水。近年來，隨著膜分離技術(shù)制造工藝的提高，其經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性越來越好，與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比競爭潛力越來越大，一些以往只用于給水處理的微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等技術(shù)也開始用于污水深度處理，使得出水水質(zhì)大大提高，甚至可直接作為鍋爐補(bǔ)充用水或工藝用除鹽水。
4結(jié)語
石化企業(yè)的節(jié)水與減排工作，要遵循整體優(yōu)化、科學(xué)優(yōu)化、重點(diǎn)優(yōu)化、分步實(shí)施的用水優(yōu)化原則，按照“水平衡核算—用水優(yōu)化—污水回用”的工作步驟，在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)等必要的前期工作基礎(chǔ)上制訂合理的節(jié)水減排技術(shù)方案，積極穩(wěn)妥地開展節(jié)水減排工作。同時(shí)，根據(jù)企業(yè)自身情況，對外積極引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，對內(nèi)強(qiáng)化管理制度，通過節(jié)水減排提升企業(yè)效益和和社會效益，增加企業(yè)在社會主義市場經(jīng)濟(jì)競爭的砝碼。
