合成氨工業(yè)水污染物排放標準研究

 　　氨是化肥工業(yè)和基本有機化學(xué)工業(yè)的主要原料，合成氨主要用于生產(chǎn)氮肥。我國合成氨工業(yè)主要以煤制氨為主，污染物排放量較大，且廢水中氨氮的污染問(wèn)題尤為突出。根據行業(yè)調研和《中國環(huán)境統計年報》(2011年)〔1〕的數據，2011年我國合成氨工業(yè)的氨氮排放量約占全國工業(yè)行業(yè)總排放量的31.9%,COD排放量約占4.0%,廢水排放量約占6.7%.2011年，國務(wù)院發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十二個(gè)五年規劃綱要》中首次將氨氮納入總量減排，并規定了2015年氨氮排放總量比2010年減少10%的約束性指標。因此，合成氨工業(yè)氨氮的排放控制對于完成“十二五”總量減排任務(wù)，控制水體富營(yíng)養化至關(guān)重要。

　　自《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》(GB 13458-2001)實(shí)施以來(lái)，我國合成氨工業(yè)水污染物控制技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但該標準已難以適應新形勢下環(huán)境保護工作的要求。環(huán)境保護部于2008年啟動(dòng)了標準修訂工作，目前新標準已經(jīng)發(fā)布，標準編號為GB 13458-2013,于2013年7月1日起開(kāi)始實(shí)施。

　　1 我國合成氨工業(yè)水污染物排放標準發(fā)展歷程

　　從我國第1個(gè)環(huán)保標準《工業(yè)“三廢”排放試行標準》(GB J4-73)開(kāi)始，適用于我國合成氨工業(yè)水污染物排放控制的標準先后有4個(gè)，每個(gè)標準都與當時(shí)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況和環(huán)境污染狀況緊密聯(lián)系，在一定時(shí)期內發(fā)揮了重要作用。各版標準規定的氨氮排放限值詳見(jiàn)表 1.

　　1973年，《工業(yè)“三廢”排放試行標準》(GB J4-73)的發(fā)布標志著(zhù)我國環(huán)境保護事業(yè)的起步。該標準適用于所有工業(yè)行業(yè)，規定了5種第1類(lèi)有毒物質(zhì)和14種第2類(lèi)污染物的最高容許排放濃度，其中涉及合成氨工業(yè)的指標有pH、懸浮物、化學(xué)耗氧量、硫化物、揮發(fā)性酚、氰化物、石油類(lèi)等，但標準中未設置氨氮控制指標。

　　1.2 《污水綜合排放標準》(GB 8978-1988)

　　1988年，原國家環(huán)境保護局發(fā)布實(shí)施了《污水綜合排放標準》(GB 8978-1988),替代GB J4-1973的廢水部分。該標準按地面水域使用功能要求和污水排放去向劃分了三級標準，針對現有和新擴改企業(yè)規定了不同的排放限值，增加了氨氮等12項控制指標，并按行業(yè)類(lèi)別規定了最高允許排水量或最低允許水循環(huán)利用率。

　　從20世紀70年代開(kāi)始，我國在氮肥的生產(chǎn)、使用以及氮肥技術(shù)的研究和普及方面都得到了比較迅猛的發(fā)展，但當時(shí)合成氨工業(yè)是以小型廠(chǎng)生產(chǎn)低濃度氮肥為主，工藝落后，污染物排放量大、濃度高，且治理技術(shù)不完善，因此在當時(shí)情況下GB 8978-1988中合成氨工業(yè)的氨氮排放限值比其他行業(yè)較為寬松。

　　1.3 《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》(GB 13458-1992)

　　隨著(zhù)以渣油、天然氣和煤為原料的大型氮肥裝置的引進(jìn)，在編制1992版合成氨工業(yè)水污染物排放標準時(shí)預計，“八五”期間我國合成氨工業(yè)將有較大發(fā)展，廢水和氨氮排放量將猛增。因此，確定需對新增加的污染源嚴加控制。

　　在上述背景情況下，1992年，原國家環(huán)�？偩职l(fā)布了《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》(GB 13458-1992),替代《污水綜合排放標準》(GB 8978-1988)合成氨工業(yè)部分。該標準按照原料類(lèi)型(煤頭、油頭和氣頭)、企業(yè)規模(大、中、小型)和廢水排放去向，分年限規定了合成氨工業(yè)(包括尿素、硝酸銨、碳酸氫銨等氮肥產(chǎn)品)水污染物最高允許排放濃度、噸產(chǎn)品最高允許排水量和污染物排放量;增加了銅和有機氮2項控制指標;氨氮限值分階段逐年收嚴，1997年1月1日起立項及建成投產(chǎn)的各規模企業(yè)均應達到30 mg/L.

　　1.4 《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》(GWPB4- 1999,GB 13458-2001)

　　GB 13458-1992對控制合成氨工業(yè)的水污染物排放起到了積極的促進(jìn)作用，但當時(shí)我國合成氨工業(yè)仍以能耗高的小型煤頭企業(yè)為主，雖然部分中小氮肥企業(yè)總體生產(chǎn)規模已分別達到大、中型水平，而單套生產(chǎn)裝置仍是中、小型裝置水平，技術(shù)水平仍較落后，因此GB 13458-1992在實(shí)施過(guò)程中仍顯嚴格。

　　1999年，原國家環(huán)�？偩纸M織有關(guān)單位完成了對《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》(GB 13458-1992)的修訂，修訂標準編號為GWPB4-1999,2001年標準編號調整為GB 13458-2001.GB 13458-2001對新建企業(yè)取消了標準分級;企業(yè)類(lèi)別由按生產(chǎn)規模劃分調整為按單套裝置工程能力劃分;取消了銅和有機氮2項指標;不再按照原料類(lèi)型(煤頭、油頭和氣頭)而是采用產(chǎn)品結構(尿素、硝氨和碳氨)規定標準限值;同時(shí)，在1992版基礎上適當放寬了氨氮的排放限值。

　　2 標準修訂必要性分析

　　2.1 行業(yè)現狀及污染排放情況

　　2.1.1 行業(yè)現狀

　　(1)氮肥產(chǎn)量世界第一，產(chǎn)能過(guò)剩日益突出。2011年全國合成氨產(chǎn)量超過(guò)5 300萬(wàn)t,氮肥產(chǎn)量超過(guò)4 100萬(wàn)t(折純氮),均約占世界總產(chǎn)量的1/3.據統計，近年來(lái)我國氮肥產(chǎn)能一直保持10%以上的年均增速，合成氨產(chǎn)量平均增速為4.43%.伴隨著(zhù)我國氮肥產(chǎn)能的迅速擴張，國內氮肥需求的增長(cháng)速度略顯遲緩，產(chǎn)能過(guò)剩日益突出。

　　(2)以中小型煤頭企業(yè)為主，產(chǎn)能產(chǎn)量主要集中于大中型企業(yè)。2011年我國合成氨生產(chǎn)企業(yè)共有394家，其中煤頭企業(yè)300余家，合成氨產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的75%;氣頭企業(yè)70余家，合成氨產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的24%;油頭企業(yè)2家，合成氨產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的1%.從企業(yè)規模來(lái)看，單廠(chǎng)產(chǎn)量大于18萬(wàn)t的企業(yè)數量約為24%,產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的65%.

　　根據歐盟的統計，目前世界上80%的合成氨生產(chǎn)都采用天然氣作為原料，且使用較為先進(jìn)的蒸汽轉化法〔2〕�？梢�(jiàn)，我國合成氨工業(yè)在生產(chǎn)原料和生產(chǎn)工藝上與其他國家相比存在一定差異。

　　2.1.2 污染排放情況

　　合成氨工業(yè)包括合成氨生產(chǎn)、尿素生產(chǎn)和硝酸銨生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水主要含有酚、氰、硫化物、氨、COD等的造氣、脫硫洗滌冷卻水;尿素生產(chǎn)中的廢水主要為含尿素、氨的工藝廢液;硝酸銨生產(chǎn)廢水為生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工藝廢液，其大部分回用于硝酸生產(chǎn)，少量排放。合成氨工業(yè)廢水排放量大、氨氮濃度高。

　　據估算，2011年合成氨工業(yè)氨氮的排放量為8.97萬(wàn)t,COD為14.19萬(wàn)t,排水量為15.37億m3.從主要行業(yè)排放情況來(lái)看，合成氨生產(chǎn)所屬的化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)的氨氮排放量位居首位，COD排放量位居第4位。

　　2.2 GB 13458-2001存在的問(wèn)題及修訂目的

　　結合當前我國環(huán)境管理需求及環(huán)保標準體系發(fā)展特點(diǎn)，GB 13458-2001存在的主要問(wèn)題有：(1)隨著(zhù)我國合成氨工業(yè)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和污染控制技術(shù)的提高，GB 13458-2001的控制水平已顯寬松。(2)GB 13458-2001區分企業(yè)規模、水環(huán)境功能區設置不同的排放限值，不利于企業(yè)之間的公平競爭和水環(huán)境質(zhì)量的改善。(3)近年來(lái)我國水體富營(yíng)養化問(wèn)題日益突出，急需在標準中設置相關(guān)指標加以控制。(4)目前部分企業(yè)在合成氨工藝流程中串聯(lián)了甲醇生產(chǎn)，出現了聯(lián)醇企業(yè)，需要根據產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)調整標準適用范圍。此外，GB 13458-2001中設置的污染物單位產(chǎn)品排放量指標、排水量指標等也需要根據監督執法的實(shí)際情況進(jìn)行調整。

　　本次修訂主要結合行業(yè)最新的發(fā)展規劃和產(chǎn)業(yè)政策，在解決上述問(wèn)題的基礎上，對標準進(jìn)行科學(xué)和合理的調整，使得新標準的結構框架與當前的標準體系相一致，污染控制水平與當前的生產(chǎn)工藝和治理技術(shù)相符合，從而滿(mǎn)足新形勢下的環(huán)境管理需要。

　　3 新標準修訂的主要內容

　　(1)調整適用范圍。新標準適用于合成氨企業(yè)，包括合成氨、尿素、硝酸銨、碳酸氫銨以及醇氨聯(lián)產(chǎn)企業(yè)的排放管理。目前，我國以無(wú)煙煤為原料固定床制原料氣的合成氨企業(yè)大多在合成氨工藝流程中串連了甲醇生產(chǎn);另外，合成氨行業(yè)原料氣精制也在大力推廣以雙甲(甲醇化、甲烷化)或醇烴化取代銅洗的清潔生產(chǎn)技術(shù)，由于原料路線(xiàn)相同，聯(lián)醇企業(yè)的廢水特征污染物與碳銨和尿素企業(yè)基本相同，因此，GB 13458-2013的適用范圍增加了醇氨聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。

　　(2)取消標準分級，并逐步取消企業(yè)類(lèi)別劃分。新標準取消了按污水去向分級控制的規定，且不再按照企業(yè)的產(chǎn)品類(lèi)別和單套裝置的工程能力規定污染物排放限值�？紤]到中小型企業(yè)的生產(chǎn)工藝改進(jìn)還需一定時(shí)間，因此，新標準中單套裝置年產(chǎn)合成氨30萬(wàn)t以下的中小型現有企業(yè)的單位產(chǎn)品基準排水量指標較30萬(wàn)t以上的大型企業(yè)有所放寬，但仍比GB 13458-2001要求嚴格。經(jīng)過(guò)1年半的過(guò)渡期后，大中小型企業(yè)的單位產(chǎn)品基準排水量執行相同的限值要求。

　　(3)調整污染物項目。自GB 13458-2001實(shí)施以來(lái)，我國合成氨工業(yè)的生產(chǎn)原料和工藝基本保持不變，因此新標準中保留了原標準的污染物項目。為了防止我國水體的富營(yíng)養化，在新標準中增加了總磷和總氮2項污染物控制指標。同時(shí)，考慮到指標的必要性和可操作性，取消了“噸氨最高允許日均水污染物排放量”指標。

　　(4)提高污染物排放控制要求。根據現有合成氨工業(yè)的水污染物控制技術(shù)和環(huán)境管理水平，新標準全面提高了污染物排放的控制要求�，F有企業(yè)排放限值基本與GB 13458-2001大型企業(yè)的限值相銜接，新建企業(yè)排放限值在此基礎上進(jìn)一步加嚴。

　　與歐、美等國家和地區相比(見(jiàn)表 2)可見(jiàn)，美國的合成氨生產(chǎn)環(huán)節氨氮的排放量很小，而尿素生產(chǎn)的氨氮排放量較大，與我國采用解吸工藝處理尿素工藝廢水的排放量相當。美國標準氨氮限值為20世紀70年代制定的，其可參考性有一定局限。新標準氨氮限值與歐盟的BAT技術(shù)氨氮排放限值基本在同一水平，略為寬松，主要是因為我國以煤制氨為主，而歐盟基本為天然氣蒸汽轉化法制氨，兩者在產(chǎn)排污系數上存在較大差異�？傮w而言，GB 13458-2013的污染物排放控制水平反映了我國合成氨工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)排污特點(diǎn)，

　　(5)增加水污染物特別排放限值和間接排放限值。根據國家污染物排放標準體系要求，GB 13458-2013增加了水污染物特別排放限值，在特別保護區域內的合成氨生產(chǎn)企業(yè)執行。此外，向公共污水處理系統等排放廢水的合成氨生產(chǎn)企業(yè)需執行間接排放限值。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 新標準實(shí)施的環(huán)境效益預測

　　實(shí)施新標準將會(huì )提高合成氨行業(yè)的環(huán)保準入門(mén)檻，有利于減少行業(yè)的水污染物排放。據測算，到“十二五”末，現有企業(yè)工業(yè)廢水、COD和氨氮的排放量與2010年相比可分別削減62.1%、67.2%和83.8%.執行新舊標準氨氮排放情況的比較如圖 1和圖 2 所示。

圖 1 執行GB 13458-2001氨氮排放情況預測

圖 2 執行新標準氨氮排放情況預測

　　實(shí)施新標準將加快轉變合成氨行業(yè)發(fā)展方式，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，有利于促進(jìn)行業(yè)的可持續和健康發(fā)展。大型企業(yè)在進(jìn)一步加強環(huán)境管理，將部分環(huán)節升級改造后即可達到新標準的要求;中型企業(yè)在加強清潔生產(chǎn)工藝改造和末端治理后，也基本可以達到新標準的要求;但小型企業(yè)達標面臨一定壓力，需及時(shí)按照相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的要求進(jìn)行調整。