加强全水系统管理 重点治理特征污染物 石化化工行业污水处理提标改造迫在眉睫
■ 石油和化学工业规划院 曲风臣 吴晓峰
排放强度下降
行业废水处理仍痛点颇多
1.行业增势稳定，废水排放总量居高不下
石化化工行业作为我国国民经济的重要支柱产业，近十年来一直保持稳定增长，在我国经济体系中占有重要地位。2015年行业总产值11.8万亿元，占全国工业总产值的10.8%，我国已成为世界第一大化学品生产国和第二大石化产品生产国。然而，在行业稳步发展的同时，行业的废水排放总量却一直居高不下，2014年行业废水排放总量35.5亿吨，占全国工业总排放量的19%，居第一位。
随着石化化工行业的产业结构优化调整、企业清洁生产水平的提高以及废水处理技术的不断进步，近十年行业废水排放强度逐年下降，2014年行业万元产值废水排放强度2.9吨/万元，较2001年下降92%，2001~2014年我国石化化工行业废水排放强度情况见图1。
但随着行业节水减排工作的不断深入，废水处理成本越来越高，2010年以来行业废水排放强度下降幅度趋缓。从总体上看，尽管行业的废水排放总量呈现下降趋势，但其总量及占比仍维持较高水平，2001～2015年我国石化化工行业产值与废水排放情况见图2。“十三五”时期是我国资源能源支撑工业化完成、经济爬坡过坎、城镇化进程推进的重要阶段，石化化工行业仍将保持稳定增长，由此带来的污染排放新增压力仍将处于高位水平。
从行业废水处理发展进程来看，2000年之前主要是通过加强管理和一级物化处理方式降低废水排放，该阶段成本最低，但效果最为显著；2001～2010年主要是采用“二级生化+深度处理”工艺，污水处理成本有所提高，减排效果也较为明显；但2011年以后，随着污水处理深度的不断增加，需采用投资和运行成本均较高的处理技术，如“废水零排放”技术，高昂的废水减排代价是行业废水排放强度下降趋势偏缓的主要原因。
2.环保诉求提高，行业废水处理面临严峻压力
随着收入水平提升与中等收入人群数量扩张，人民群众对环境质量与环境健康安全的要求越来越高，环境质量与人民群众预期之间的差距将可能进一步拉大。随着人均 GDP 的增加，人民群众对环境质量的诉求也不断提高，要求行业万元产值废水排放强度逐年下降。预计到“十三五”末，我国人均GDP将达到60000元以上，我国中等收入人群将达6亿人左右，占比或达40%～45%，届时对环境安全、环境质量改善的诉求将更加强烈。根据环境学习曲线模型计算，2020年对行业万元产值废水排放强度预期要求是1.8吨/万元左右，较2014年降低38%。
“十三五”期间，随着生活水平的提高，一方面，人民群众对行业废水排放强度的要求越来越严格；另一方面，行业废水减排的空间越来越小，代价越来越高，行业废水处理形势严峻。
3.排放标准拔高，废水处理制约行业发展
石化化工行业排放废水组成复杂，COD、氨氮、石油类、挥发酚、氰化物、汞、镉、砷的排放量均占全国工业总排放量的10%以上，其中氨氮、石油类、挥发酚、氰化物、砷的排放量占工业行业总排放量的1/3以上，居行业第一位。我国前期快速工业化进程中累积的环境问题，数量巨大、成因复杂，尚未得到有效解决，但随着行业的稳步增长，又会带来新的问题。为此，环保部相继出台《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）、《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）等多项行业废水排放标准，主要污染物COD、氨氮的排放标准分别提高至60mg/L和8mg/L左右，期望通过排放标准提升来降低污染物排放。
2014年行业COD、氨氮排放浓度平均值分别为150.2mg/L、15.4mg/L，与新标准要求还有较大距离。为达到新标准要求，需要对现有污水处理设施进行提标改造，但随着污水处理深度的不断提高，投资和运行费用倍增。据初步估算，废水COD排放浓度由150mg/L降至60mg/L，需追加投资为原始投资的80%～100%，运行费用也会成倍增加。“十三五”期间，我国环境问题凸显，行业环保标准提高，但行业整体面临较大经济下行压力，污水处理将成为行业发展的重要制约因素。
4.园区废水难处理，或成行业水污染重灾区
石化化工项目入园集聚发展具有基础设施共享、上下游企业隔墙供应、便于安全管理等优势。因此，石化化工企业“入园进区”已成为行业发展趋势。截至2014年底，我国已有各级、各类化工园区约850个，石化化工行业“园区化率” 达到50%以上。然而，化工企业集聚发展也给废水处理带来全新挑战，2006年江苏省十大挂牌督办的环境问题，关于化工园区水处理占6件；2010年中华环保联合会调查了全国8个省的18家工业园区，调查样本中的13个工业园区涉嫌污水直排江湖，2个国家级与7个省级工业园区都有水污染问题。
由于废水水质构成复杂，不同企业间排放污水水质差异较大，且含有大量难生物降解、具有生物毒性的有机污染物和重金属，呈现出“一杂两高一难”（组分复杂、高浓度、高生物毒性、难生物降解）的水质特点，污染由单一污染变为复合污染，处理难度倍增；其次，废水水质、水量波动大，如某化工园区，20多家企业经均质调节池后的16个采样周期，废水COD最高值为2090mg/L，最低仅为149mg/L，B/C值最高为0.6，最低仅为0.1；加之园区污水处理厂作为基础设施先行建设，污水处理厂设计单位大都采用城市污水处理厂建设经验建设，缺少石化化工废水设计经验；此外，缺少专业技术人才也会导致目前大多数化工园区污水处理厂运行情况不理想，园区水污染事件频发。
多管齐下
行业废水处理纵深发展
1.加大行业清洁生产力度，淘汰落后产能
我国石化化工行业在快速发展过程中，长期积累的矛盾已日益凸现。其中，产品结构不尽合理，低端产品产能过剩和重复建设存在加剧之势等都是行业废水排放强度较高的主要原因。推进结构调整，淘汰落后产能，推进清洁生产，既可以帮助企业在生产全过程中提高能源、资源利用效率，又可以减少废水产生量，从源头上减少污染，减轻末端治理的压力，实现节能、降耗、减污、增效的综合效益。有研究表明，清洁生产对石化化工行业COD减排的贡献率达到75%。“十三五”期间，全面推进行业清洁生产，加大行业落后产能淘汰力度，走可持续发展道路，是降低行业水污染物排放强度的重要手段，也是行业未来发展的主要方向。
2.污染物监管转向全面控制，建议增加“综合毒性”指标
目前国家已出台的石化化工行业水污染物排放标准，主要针对COD、氨氮等主要污染物进行了严格控制，而对行业特征污染物如石油类、挥发酚等考虑相对不足。以炼化项目为例，对比新颁布的《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）与原来执行的《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准，仅对COD、氨氮标准有进一步的严格要求，而对特征污染物浓度要求没有提高。
由于石化化工行业废水组成复杂，污染物种类繁多，为定量表征不同行业对水环境的影响程度，借鉴等标污染物负荷提出“等标环境负荷”概念，即把污染物的排放量稀释到相应环境质量标准时所需的新鲜水量。按照该方法计算得出，石化化工行业等标环境污染负荷占全国工业总量的40%左右，对环境的影响程度较大。从石化化工行业等标环境负荷组成看，挥发酚占比43%，为首要污染物，石油类占比20%，而目前我国重点监管的氨氮、COD占比仅为23%和10%。考虑到石化化工行业废水污染物组成复杂，不同浓度的污染物对生物会产生不同的集和毒性，它无法以单种污染物的浓度来分析，建议排放标准增加“综合毒性”指标，以更真实地反应行业废水排放对环境的危害程度。
3.膜技术应用行业污水处理，“TDS”指标不容忽视
当前我国面临水污染及水资源紧缺的双重压力，中水回用成为政府和企业的首选。《循环经济发展战略及近期行动计划》国发〔2013〕5号，合成氨行业中水回用率到2015年达到90%；《综合类生态工业园区标准》（HJ274—2015），根据水资源实际情况要求中水回用率不低于10%～30%。但中水回用率的提高会导致排水TDS浓度高，带来新的环境问题。
由于TDS对水生态影响较大，大多数国家对废水TDS排放标准都有严格要求，如孟加拉规定废水排放标准TDS浓度限值为2100mg/L，乌干达国家标准为500mg/L，而我国没有相关要求。仅山东省出台了地方标准《山东省南水北调沿线水污染物综合排放标准》（DB37/599—2006）及修改单，要求重点保护区TDS排放标准为1600mg/L。
石化化工行业水重复利用率高，导致废水TDS浓度高；另外，部分反应如皂化、酸洗、碱洗等反应过程会产生高浓盐水。“十三五”国家对环境保护的思路已由“总量控制”向“质量控制”转标，作为对生态影响较大的污染物，建议排放标准增加TDS指标。
4.工业水价改革，促进水处理可持续发展
石化化工行业是用水大户，也是节水潜力所在。长期以来，我国工业水价形成机制不健全，价格水平总体偏低，不仅造成工业用水方式粗放，而且难以保障行业污水处理及回用设施良性运行。当前，行业水污染防治更深层次的政策障碍来自于低廉的水资源价格政策，使得企业缺少中水回用的内在经济驱动力。研究表明，在非常规水源的价格保持在低于地表水及地下水常规水源价格的50%左右时，其才具有较强的市场竞争力。
“十三五”期间，应建立合理反映供水成本、有利于节水和污水处理及回用机制创新、与投融资体制相适应的行业水价形成机制，实行行业用水总量控制和阶梯水价管理制度。通过合理水价机制，促进行业水处理的可持续发展。
5.化工园区废水处理，梯级削减集成技术是方向
随着标准的提高，行业废水处理的单元也随之复杂化。基于行业废水的特点，“适度分质破坏—强化生化降解—高效分离净化”的梯级削减集成技术是石化化工行业废水处理的发展方向。适度分质破坏的目的是通过强化预处理的方式，降低废水生物毒性，避免废水水质的波动对后续的影响，提高整个系统稳定性与可靠性，可重点关注低成本的臭氧氧化技术。强化生化降解目的是通过先进的生化技术，降低停留时间，增加菌的活性，提高系统抗冲击能力，重点关注的技术有MBR技术、活性污泥增效剂技术。高效分离净化目的是通过合理选择脱盐技术，降低投资及运行成本，同时减少副产物的产生量，其中以冷却塔型蒸发器、高效磷吸附技术等较为热门。
6.强化全水系统管理，重视专业人才的培养
行业目前水系统是按照工艺单元划分，由不同专业管理，信息的共享与传导不够及时，不利于实现预期的处理目标。建议在企业内建立“水岛”，实现厂区全水系统的综合调度，并按照主要污染因素相近的原则，合理地划分子系统。
随着污水处理标准的拔高，污水处理流程不断增加，对技术人员的要求也在不断提高。而当前大多数企业对污水人才重视程度低，人才积累厚度不够，导致企业污水处理软硬件不匹配，先进的污水处理工艺设备不能发挥其预期作用。建议一方面提高废水处理人才的待遇，增加岗位的吸引力；另一方面，可采用第三方治理模式，由“谁污染谁治理”的模式向“谁污染谁付费”模式转变，充分利用第三方资金、技术、管理的优势。此外，要提高污水处理厂自控水平，建设智能化污水处理厂，增加系统可靠性与稳定性。