2.1　焦化工業節水減排的技術思路與新理念

2.1.1　清潔生產是實現節水減排的前提和條件

焦化工業是重點污染企業，在煉焦及其副產品回收過程中產生大量的高濃度含氨氮和芳香族類有機物的廢水和眾多含塵與SO₂等廢氣廢渣，對環境污染與危害極大。因此，焦化工業必須按清潔生產規定與要求，從源頭削減污染，實現節水減排。

2.1.1.1　清潔生產主要內容與途徑

焦化工業有機污染物是來自原材料和生產轉化中產生的廢棄物，其綜合治理首先應從污染物來源入手，通過對生產原料配比與優選、生產工藝和設備的選用與改進、強化生產過程的操作與管理等手段實現清潔生產運行，從而達到減少污染物外排，而后要精心選擇、對比、優化選用切實可行的外排污染物有效治理工藝，這是焦化企業實現持續發展和污染物“零排”的可靠保證。

（1）清潔生產主要內容

清潔生產是指原料與物源利用率最高、廢物產生量和排放量最低，對環境危害最小的生產過程與方式。

清潔生產是一種新的創新思想。該思想是將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品與服務過程中，增強生產效率和減少人類對環境的風險。其措施為：

對生產過程，要求節約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減少所有廢物的數量和毒性；

對產品，要求減少從原材料提煉到產品最終處置的全生命周期的不利影響；

對服務，要求將環境因素納入設計和所提供的服務中去。

亦即，清潔生產包括清潔生產過程、清潔產品和服務三個方面。對生產過程而言，它要求采用的生產工藝與生產技術設備應能提高資源、能源利用率，通過資源、能源削減和廢物回收利用以減少和降低所有廢物的數量和毒性。對產品和服務而言，它要求對產品的全生命周期實行全過程管理控制。不僅要考慮產品的生產工藝、生產的操作管理、有毒原材料替代、節約能源與資源，還要考慮產品生產與配方設計、包裝與消費方式，直至廢棄后的資源回收利用等環節，并且要將環境因素納入到設計和所提供服務中去，從而實現社會、經濟與環境協調發展。

（2）清潔生產的主要途徑

清潔生產是貫穿于設計、生產與消費的全過程，是綜合規劃設計、生產技術與科學管理等融于一體的復雜過程。它因產品種類和生產過程特性不同而異，但實現清潔生產的主要途徑是相同的。

①規劃產品方案，改進產品設計，調整產品結構　對產品整個生命周期進行環境影響評價，即對產品從設計、生產、流通、消費和使用后的各階段進行環境影響分析。對那些在生產過程中物耗大、能耗高、污染嚴重、使用時和使用后嚴重危害生態環境的產品進行更新設計，調整產品結構。

②合理使用原材料　開發和選用無害或少害的原材料，以替代有毒有害的原材料；采用精料替代粗制原料，以減少產品質量問題，提高產品合格率，減少污染物排放；定量控制原料的添加量，提高原材料（轉化為產品）的轉化率，減少原材料流失和消耗；對原料充分進行綜合利用，對流失的原料進行循環利用和重復利用。

對原材料的合理選用，可顯著降低生產成本，提高經濟效益，減少廢棄物和污染物的排放量。

③改革工藝與設備　通過改革工藝與設備，可提高生產能力，更有效地利用原材料，減少產品不合格率，降低原材料費用和廢物處理、處置費用，給企業帶來明顯的經濟效益和環境效益。

改革工藝與設備的主要途徑為：革新局部的關鍵設備，選用先進、高效設備；改變生產線與設備布局，建立連續、閉路生產流程，減少生產運轉過程中的原材料流失和產品，提高原材料轉化率，減少污染物排放量；更新工藝，實現自動控制，優化工藝操作條件，提高原材料的利用率和減少污染物的產生量。

④加強生產管理　經驗表明，通過強化生產全過程管理，可使污染物產生量削減40%左右，而花費卻很小。加強管理是一項投資少而成效大、實現清潔生產的有效措施。

強化生產全過程管理主要包括：安裝必要的監測儀表，加強計量監督；建立環保審計制度、考核制度和環保崗位責任制；加強設備的維護、檢修，減少跑、冒、滴、漏；實行對原材料和產品的合理儲存、妥善保管和安全運輸，減少損耗和流失；加強職工環保培訓，建立獎懲制度等。

2.1.1.2　清潔生產的技術規定與要求

根據煉焦行業清潔生產標準HJ/T 126—2003的規定其要求分為^［22］以下幾點。

（1）生產工藝與裝備

生產工藝與裝備分為備煤、煉焦和煤氣凈化3大部分。

①備煤　分為精煤儲存、輸送、破碎和配煤方式等均提出明確規定。如對精煤破碎必須配備除塵設施，除塵效率≥95%；配煤要實現自動化；輸送要采用帶式且封閉機罩。

②煉焦　從裝煤、炭化、加熱、荒煤氣放散、出焦、熄焦、焦炭篩分、轉運，以及煉焦過程中炭化室要求，加熱系統控制、焦爐機械、上升管壓力控制、爐溫控制與出焦過程按生產規模和不同級別要求（一級為國際先進、二級為國內先進、三級為基本水平）分別進行嚴格規定。如裝煤除塵與捕集效率一級為≥99%和≥93%；二級為≥95%和≥93%；三級要求高壓氨水噴射無煙裝煤等。

③煤氣凈化　包括煤氣初冷、脫硫、脫氰、洗氨、洗苯、洗萘等工序以及蒸氨、初苯蒸餾、酚氰廢水處理與能源利用均提出明確要求。如蒸氨后廢水中氨氮濃度≤200mg/L；凈化工序中使用的水與蒸汽要配備設施實現梯級利用。

（2）資源與能源利用

對噸焦耗新水量、耗蒸汽量、耗電量以及工序能耗、焦爐煤氣利用率與水循環利用率均有明確指標與規定。如噸焦耗新水量一級為≤2.5m³/t；二級、三級為≤3.5m³/t。水循環利用率一級≥95%，二級為≥85%，三級為≥75%^［22］。

（3）污染物產生量與廢物回收利用

明確規定對酚氰廢水處理回用，熄焦廢水閉路循環使用；剩余污泥送入煤場或配入煉焦用煤；煉焦過程產生各種廢渣、雜泥與粉塵全部回收利用。

（4）環境管理

強化生產全過程管理主要包括建立環境審計與審核、考核制度與環保崗位責任制；安裝監測（控）儀表、加強設備維護、檢修，減少跑、冒、滴、漏；強化環境管理，明確管理機構、制度、計劃與污染監測、事故和應急安全處制等。

總之，從節水減排而言，清潔生產是從源頭顯著減少污染物排放量，從源頭削減用水量和廢水量與廢水中有毒有害的物質濃度，顯著降低末端處理廢水量與處理難度，為廢水處理回用與實現“零排”提供可靠保證。

2.1.2　循環經濟核心原理是實現節水減排與“零排”的基本原則

2.1.2.1　循環經濟核心原理是節水減排的廢水“零排”的理想基礎

循環經濟本質上是一種生態經濟，是將生態平衡理論與經濟學相結合，按照“減量化、再利用、再循環”原則，運用系統工程原理與方法論，實現經濟發展過程中物質和能量循環利用的一種新型經濟組織形式。它以環境友好的方式，利用自然資源和環境容量來發展經濟、保護環境。通過提高資源利用效率、環境效益和發展質量，實現經濟活動的生態化，達到經濟、社會與環境效益的雙贏。其特征是自然資源的低投入、高利用和廢棄物低排放，形成資源節約型、環境友好型的經濟與社會的和諧發展，從根本上消除長期存在的環境與發展之間尖銳對立的局面。

清潔生產要求實現可持續發展，即經濟發展要考慮自然生態環境的長期承受能力，既使環境與資源能滿足經濟發展需要，又能滿足人民生活需求和后代人類的未來需求，同時環境保護也要充分考慮經濟發展階段中的經濟支撐能力，采取積極可行的環保對策，配合和推進經濟發展歷程。這種新環境策略要求改變傳統的環境管理模式，實行預防污染政策，從污染后被動處理轉變為主動、積極進行預防規劃，走經濟與環境可持續發展的道路^{［41，42］}。

從上述分析表明，清潔生產既是一種防治污染的手段，更是一種全新的生產模式，其目的是為了達到節能、降耗、減污、增效的統一；循環經濟是一種新型經濟組織形式，是按照自然生態系統的模式把經濟活動組織成一個“資源—產品—再生資源”的物質反復循環流動過程的組織形式，是為了達到從根本上消除環境與發展長期存在的對立；可持續發展是經濟社會發展的一項新戰略，其核心問題是實現經濟社會和人口、資源、環境的協調發展，三者是一脈相通的，其最終目標是實現經濟活動的生態化、環境友好化、資源節約化，達到經濟社會與環境效益的統一。據此原則和理念，我國焦化工業節水減排工作應注入新的理念，其研究工作重點應按廢水生態化的要求進行技術延伸與完善。

減量化、再利用、再循環（即3R原則）既是循環經濟的核心原則，也是實現焦化企業節水減排和廢水“零排放”的基本原則。

（1）減量化

減量化原則是屬于源頭控制，是實現循環經濟和焦化工業節水減排的首要原則，它體現當今環境保護的發展趨勢，其目的是最大限度地減少進入生產和消費環節中的物質量。就焦化工業而言，首先應提高和改善生產工藝先進水平，使噸焦用水量最小化，如采用低水分熄焦、干熄焦、煤調濕煉焦、特大型焦爐煉焦等可大大減少熱能和水的消耗量。目前國內大多數焦化企業都采用濕法凈化煤氣，既消耗大量用水，又易產生二次污染，若用干法除塵凈化可實現節水與“零排放”。

焦化工業用水系統極其復雜，應從源頭對水資源的利用力求統籌設計與規劃，實施串級用水、按質供水、一水多用與循環利用的措施，力求降低新水用量，削減噸焦用水與外排廢水量。

（2）再利用

再利用原則是屬于過程控制，其目的是提高資源利用率，將可利用資源最大限度地進行有效利用。對焦化工業而言，應積極有效利用水資源和多渠道開發利用非傳統水資源配備，以解決焦化廢水中處理難題，這也是我國近幾年研究開發解決焦化廢水處理回用與“零排”，以及焦化企業節水減排的水資源利用新模式、新觀念、新途徑。

①雨水再利用　雨水利用是一項傳統技術，許多國家已將雨水資源化作為城市生態用水的組成部分。雨水作為一種免費水資源，只需少量投資就可作為一種水資源進行再利用。事實上雨水經簡單處理后就可以達到雜用水的水質標準，可直接用于焦化廠的原料場、車間地坪灑水、綠化、道路以及廢水處理稀釋水和對水質無嚴格要求的用戶。這不僅緩解水資源供需矛盾，還可減少企業的雨水排水工程支出，緩解城市與企業的雨、污水處理工程負荷。這種新理念、新途徑已在HJ 2022—2012《焦化廢水治理工程技術規范》中明確規定^［24］。

②生活污水再利用　生活污水處理利用已很成熟，其處理費用一般是工業廢水處理費的一半以下。從生活污水水質而言，經妥善處理不僅可達到直接沖渣和沖洗地平和雜用水水質要求，并可作為深度脫鹽處理制取工業新水、純水、軟化水、脫鹽水的水源。另外，將生活污水作為焦化廢水稀釋水，既解決焦化廢水生化處理時所需的有機物，特別是氮、磷營養物，又可改善水質，減少氮、磷營養物投加量，實現經濟與處理效率雙贏。

③再循環　再循環原則是末端控制，是把廢物作為二次資源并加以利用，以期減少末端處理負荷。

對焦化企業而言，首先應實現企業內部水資源的循環利用。企業工業廢水、生活廢水和雨水經凈化處理后，再作為補充水用于各個生產工序的水循環系統，既可大幅度提高水的重復利用率，減少取（用）水量和廢水排放量，又可減輕處理設施壓力，保證正常用水。例如，國內某些大型焦化企業各生產工序均設置循環水系統，充分發揮廢水、廢氣冷卻與凈化水回用功效，最大限度地節約用水與節水減排。如國內不少企業根據生產對水質要求不同，實行工業水、過濾水、軟水與純水4個供水系統。這4個系統的主要用途是將后者循環系統排污水作為前者循環系統的補充水。這種多系統串接排污循環使用，最終實現無排放；或將最終排污水作為焦化廢水稀釋用水，經生化和深度處理又回用于循環冷卻系統的補充水，最終實現零排放。

2.1.2.2　廢水生態化原理是節水減排與廢水“零排”的技術依據與主要途徑

生態工業學是可持續發展的科學，它要求人們盡可能優化物質-能源的整個循環系統，從原料制成的材料、零部件、產品，直到最后的廢棄，各個環節都要盡可能優化。對焦化工業系統而言，其生態化的核心就是物質和能源的循環，不向外排放廢棄物。為了從根本上解決焦化工業廢水對水環境的污染與生態破壞，必須把整套循環用水技術引入生產工藝全過程，使廢水和污染物都實現循環利用。焦化企業把生產過程中排出的廢水及其污染物作為資源加以回收，并實現循環利用，其實是模擬自然生態的無廢料生產過程。盡量采用無廢工藝和無廢技術是為了使這個系統不超過負荷，能正常良好運轉，而工藝的自動化在一定的程度上可以起到系統的調控機能。

水循環經濟就是把清潔生產與廢水利用和節水減排融為一體的經濟，建立在水資源不斷循環利用基礎上的經濟發展模式，按自然生態系統模式，組成一個資源—產品—再生資源的水資源反復循環流動的過程，實現廢水最少量化與最大的循環利用。即對焦化企業用水進行廢水減量化、無害化與資源化的模式研究過程^{［42，43］}。

“分質供水—串級用水”—水多用的使用模式；“廢水—無害化—資源化”的回用模式；“綜合廢水—凈化—回用”的循環利用模式。

這個最優化循環經濟過程稱之為焦化工業廢水生態化，它是節約水資源，保護水環境最有效的舉措。因此，最少量化、資源化、無害化的生態化用水技術必將成為控制焦化工業水污染的最佳選擇，并將越來越受到人們的重視，是我國乃至世界焦化工業水污染的綜合防治技術今后發展的必然趨勢，也是當今世界最為熱門的研究課題^{［42，43］}。