Wie kann die Entwicklung der Kohlechemie das Problem der Abwasseraufbereitung lösen?

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Xu Yanhua ist Leiter der Fakultät für Umweltwissenschaften und Ingenieurwesen an der Nanjing University of Technology. Er ist Doktorvater sowie speziell berufener Experte im Rahmen des „Tausend-Experten-Programms“. Zudem ist er Mitglied des Ausschusses für Kohlechemie sowie Vorstandsmitglied des Forschungsinstituts für nachhaltige Entwicklung. Er leitet außerdem das Labor für umweltfreundliche Umwandlung von Kohle in der chinesischen Öl- und Chemieindustrie sowie das Forschungszentrum für Kontrolle von Umweltverschmutzung und Notfallmaßnahmen in der Chemieindustrie in der Provinz Jiangsu. Seine Arbeit konzentriert sich auf die Kontrolle der industriellen Wasserverschmutzung, die Behandlung giftiger und stinkender Industrieabgase sowie auf die Entwicklung neuer Technologien, Materialien und Ausrüstungen zur Ressourcennutzung von industriellen Abfällen. Er hat zahlreiche wichtige Projekte im Rahmen des „863-Programms“ sowie anderer wissenschaftlicher Programme geleitet. Er wurde mit 5 Preisen für wissenschaftliche Fortschritte auf Provinz- und Ministeriumsebene ausgezeichnet – darunter 2 erste Preise. Er gilt als führender Experte im Bereich der Kontrolle von Umweltverschmutzung in der Chemieindustrie sowie bei der Einsparung von Wasser und Reduzierung von Emissionen. Seit Anfang dieses Jahres wurden die Umweltprüfungen für zahlreiche Kohlechemieprojekte vom Umweltministerium abgelehnt. Um Kohlechemieprojekte weiterentwickeln zu können, sind Umweltprobleme ein unüberwindbares Hindernis. Welche Herausforderungen gibt es derzeit im Zusammenhang mit den Umweltproblemen der Kohlechemie? Gibt es überhaupt wirksame Lösungen? Mit diesen Fragen sprach ein Reporter mit Professor Xu Yanhua, einem bekannten Experten für die Kontrolle von Umweltverschmutzung sowie für den sparsamen Einsatz von Wasser und die Reduzierung von Emissionen in der Industrie. Er ist außerdem Dekan der Fakultät für Umweltwissenschaften an der Nanjing University of Technology. Keine Zustimmung zu einer pauschalen Abschaffung der Verdampfungsteiche. Reporter: Wie bewerten Sie die aktuellen Umweltprobleme in der Kohlechemieindustrie? Xu Yanhua: Vor kurzem habe ich an einer speziellen Untersuchung von Unternehmen der Kohlechemieindustrie in vier westlichen Provinzen und Regionen teilgenommen, die von dem Verband der chinesischen Öl- und Chemieindustrie organisiert wurde. Dabei lag der Schwerpunkt auf den Umweltproblemen, mit denen die Kohlechemieindustrie konfrontiert ist. Nach 7 oder 8 Tagen der Recherche ist mein Gesamteindruck gemischt. Erfreulich ist, dass viele Kohlechemieunternehmen bei der Inlandsproduktion sowie der Verbesserung der Größe von Schlüsseltechnologien und -ausrüstungen wie Gaserzeugung und Umwandlung deutliche Fortschritte erzielt haben. Einige Kohlechemie-Cluster haben aktiv und erfolgreich Erkundungen in den Bereichen Kraft-Wärme-Kopplung aus Kohle, die Weiterentwicklung kohlebasierter Produkte sowie die komplementäre Koexistenz von Kohlechemie und Petrochemie durchgeführt. Beunruhigend ist, dass die Branche mit erheblichen Umweltproblemen konfrontiert ist; Wassermangel und Wasserverschmutzung sind zu entscheidenden Hindernissen für ihre Entwicklung geworden. In einigen Regionen, in denen die Kohlechemie stark entwickelt wird, herrscht einerseits ein erheblicher Mangel an Wasserressourcen, und andererseits ist die Ökologie dort empfindlich – es gibt keine ausreichende Umweltkapazität. Einige Unternehmen behaupten in ihren Berichten, dass es keine Abwasserausstöße gibt, doch die tatsächlichen Verarbeitungsmethoden sowie der Verwendungszweck des Wassers bleiben unklar und lassen sich nicht überprüfen. Aufgrund des Fehlens wirksamer Überwachungs- und Kontrollmaßnahmen ist es schwierig, den tatsächlichen Effekt der Abwasserbehandlung in den Unternehmen, den Anteil der wiederverwendeten Wasserressourcen sowie den Wasserverbrauch pro Produkt zu ermitteln – eine besorgniserregende Situation. Journalist: Das Problem der Verschmutzung der Tengger-Wüste hat dazu geführt, dass die Verdunstungstümpel zum Ziel von Kritik wurden. Es wird gesagt, dass einige Kohlechemieprojekte abgelehnt wurden, weil dazu Verdunstungsteiche errichtet werden mussten. Was halten Sie davon? Xu Yanhua: Der ursprüngliche Zweck der Errichtung von Verdunstungsteichen besteht darin, Abwässer mit hohem Salzgehalt und niedrigem chemischem Sauerstoffbedarf aufzunehmen. In den nordwestlichen Regionen unseres Landes, in denen die Verdunstung stark ist, kann die Sonnenenergie genutzt werden, um Abwasser durch natürliche Verdunstung zu konzentrieren. Dadurch können die Investitionskosten für den Bau von Verdampfungsanlagen sowie die Betriebskosten für den Verdampfungsprozess eingespart werden. Für Kohlechemieprojekte mit hohen Investitionskosten und geringer Rentabilität bietet die Einrichtung von Verdunstungsbecken eine praktikable Lösung, um salzhaltiges Abwasser zu geringen Kosten zu behandeln. Leider nutzen einige Unternehmen die Verdunstungsteiche fälschlicherweise als vorübergehende Auffangbecken für Abwässer oder in Fällen von Unfällen, indem sie große Mengen an stark verschmutzten Abwässern direkt hineinleiten. Dadurch kam es sogar zu Umweltverschmutzungsunfällen – was völlig im Widerspruch zur ursprünglichen Absicht steht, solche Verdunstungsteiche überhaupt zu errichten. In einigen Gebieten wurden daher die Verdunstungsteiche pauschal verboten, und von den Unternehmen wurde gefordert, eine absolute Nullemission von Abwasser zu erreichen. Meiner Ansicht nach gibt es mehrere Ursachen für Umweltverschmutzungen in Verdunstungstälern. Die Schuld liegt nicht beim Verdunstungstank selbst – mangelnde Überwachung und unzureichende Regulierungen sind wichtige Gründe dafür. Abwässer mit wirklich niedrigem chemischem Sauerstoffbedarf, geringer Toxizität und hohem Salzgehalt in Verdunstungsteichen üben in der Regel keinen erheblichen Einfluss auf die ökologische Umwelt aus. Daher weist eine pauschale Entscheidung bezüglich der Verdunstungsbecken in Bezug auf Wissenschaftlichkeit, Rationalität und praktische Umsetzbarkeit gewisse Probleme auf. Der Schlüssel liegt darin, die Überwachung und Kontrolle zu stärken, um sicherzustellen, dass die Wasserqualität und -menge des in die Verdunstungsbecken eingeleiteten Abwassers den festgelegten Anforderungen entsprechen. Außerdem werden Maßnahmen wie die Einführung angemessener Begleitpolitiken helfen, bei Unternehmen, die über die zulässigen Grenzwerte hinaus Abfälle ausstoßen, zusätzliche Gebühren zu erheben oder Strafen zu verhängen. Gleichzeitig sollten Unternehmen, die ihre Emissionen reduzieren, entsprechende Subventionen und Anreize erhalten. Zudem sollte eine schrittweise Gebührenstruktur für den Verbrauch von Frischwasser eingeführt werden – basierend auf festgelegten Mengenangaben. Diese Maßnahmen werden dazu beitragen, die derzeitige Situation bei Kohlekraftwerken zu ändern, in der diese Unternehmen die Verdunstungsteiche missbräuchlich nutzen und weder unter Druck noch motiviert sind, Wasser einzusparen und Emissionen zu reduzieren. Ein nahezu nuller Emissionsausstoß ist wissenschaftlich sinnvoller. Reporter: Im Branchenumfeld gibt es weiterhin Streitigkeiten bezüglich eines vollständigen oder nahezu vollständigen Emissionsausstoßes – wie sehen Sie das? Xu Yanhua: Ein vollständiger Emissionsausstoß bedeutet, dass kein Abwasser oder andere Abfälle außerhalb des Werks abgegeben werden dürfen. Das heißt, selbst konzentriertes Salzwasser darf nicht abgeleitet werden – alle solchen Lösungen müssen verdampft und kristallisiert werden. Allerdings sind die Investitionskosten sowie die Betriebskosten für die Entsalzung durch Verdampfungsmethoden für Unternehmen oft zu hoch. Zudem gibt es derzeit noch keine gute Lösung für das weitere Vorgehen mit den kristallisierten Salzen. Nach den geltenden Umweltvorschriften gehören solche Salzabfälle zu gefährlichen Abfällen, die von speziellen Einrichtungen für die Entsorgung gefährlicher Abfälle behandelt werden müssen. Aufgrund hoher Entsorgungskosten lastet nicht nur ein erheblicher wirtschaftlicher Druck auf die Unternehmen, sondern auch wegen der stark unzureichenden Fähigkeiten vieler Regionen zur Entsorgung von Gefahrgut ist eine lokale Entsorgung schwierig zu gewährleisten. In letzter Zeit arbeiten einige Einrichtungen intensiv an der Entwicklung von Technologien zur differenzierten Kristallisation von Abwässern mit hohem Salzgehalt, um die kristallisierten Salze wiederverwenden zu können. Doch diese Forschungen befinden sich noch in der Phase von Pilotversuchen und Testanwendungen; es ist weiterhin notwendig, ihre technisch-wirtschaftlichen Aspekte sowie die Machbarkeit einer praktischen Anwendung zu prüfen. Angesichts der oben genannten Umstände – unter Berücksichtigung der Notwendigkeiten zum Schutz der Umwelt, der tatsächlichen Fähigkeit der Kohlechemieunternehmen, Schadstoffe zu beseitigen, sowie des aktuellen Standes der Umwelttechnologien – halte ich es für wissenschaftlich fundierter, praktikabler und realisierbarer, das konzentrierte, in geringen Mengen vorhandene Abwasser mit hohem Salzgehalt und niedrigem chemischem Sauerstoffbedarf in Verdunstungsbecken zu leiten, um so eine nahezu vollständige Abwasserrückhaltung zu erreichen. Technologie ist der Schlüssel zur Erreichung nahezu null Emissionen. Reporter: Welche Vorschläge haben Sie also für eine nahezu null Emissionen von Abwässern aus der Kohlechemieindustrie? Xu Yanhua: Derzeit gibt es bei Projekten in der Kohlechemieindustrie noch viele Probleme im Zusammenhang mit nahezu null Emissionen von Abwässern. Zunächst werden die Planung der Abwasserbehandlung und die Planung des Hauptverarbeitungsprozesses in der Regel nicht von derselben Einheit durchgeführt. Die Planungsarbeiten sind voneinander getrennt, wodurch eine nahtlose Verbindung nicht erreicht wird. Bei einem Projekt mit nahezu null Emissionen ist das Abwasseraufbereitungssystem eng mit den Hauptproduktionsanlagen verbunden. Die Punkte für die Wassernutzung, die Schadstofferzeugung, die Wiederverwendung von Zwischenwasser sowie die Sammlung, Behandlung und Wiederverwendung von Abwasser sollten zu einem organischen Ganzes zusammenhören. Nur durch eine umfassende Berücksichtigung sowie gleichzeitige Planung von Abwasserbehandlung und Hauptprozessdesign ist es möglich, echte Nahe-Null-Emissionen zu erreichen. Zweitens weisen die bestehenden Abwasserbehandlungsverfahren im Allgemeinen Probleme hinsichtlich ihrer Zielgerichtetheit und Wirksamkeit auf. Projekte zur Herstellung von Gas aus Kohle (Ruhrgasöfen oder britische Ruhrgas-Gasifizierer mit flüssigem Schlackenabfall), zur Herstellung von Öl aus Kohle (direkte Verflüssigung) sowie zur Herstellung von Anthrazit aus Kohle erzeugen in der Regel giftige Abwässer mit hohen Konzentrationen an Phenolen und Ammoniak. Die traditionellen Behandlungsmethoden „einfache Vorbereitung + biologische Behandlung“ funktionieren in solchen Fällen oft nicht zuverlässig und effektiv. Auch bei vollständiger Nachbehandlung der Membranen sowie Entsalzung durch Verdampfung ist es schwierig, nahezu null Emissionen zu erreichen. Ein herausragendes technisches Problem ist das Fehlen der notwendigen Vorbereitung. Durch die Auswahl effektiver und wirtschaftlicher Vorbehandlungstechniken zur effizienten Zersetzung der großen Menge an toxischen organischen Stoffen in den Abwässern kann die Effektivität sowie die Betriebssicherheit der nachfolgenden biologischen Behandlungsanlagen erheblich verbessert werden. In dem oben genannten Abwasser sind oft nicht nur hohe Konzentrationen an organischen Giftstoffen enthalten, sondern auch große Mengen an öligen Stoffen sowie Suspensionen (Kohlenstaub, Kohlepulver). Dies führt häufig dazu, dass die Anlagen zur Rückgewinnung von Phenolen und Ammoniak verkleben und verstopfen, wodurch das System nicht stabil arbeiten kann. Daher müssen wirksame und wirtschaftliche Vorbereitungstechnologien angewandt werden, um vor der Phenol-Ammoniak-Rückgewinnungsanlage große Mengen an ölhaltigen Stoffen sowie Schwebstoffen aus dem Abwasser effizient zu entfernen. Dadurch kann eine effiziente und stabile Funktionsweise der Phenol-Ammoniak-Rückgewinnungsanlage sowie der anschließenden Abwasseraufbereitungsanlagen gewährleistet werden. Erneut besteht in den aktuellen Abwasserbehandlungsverfahren oft das Problem der technologischen Zersplitterung sowie einer geringen Integrationsgrad. Bei den bestehenden Kohlechemieprojekten werden die verschiedenen Einheiten getrennt voneinander umgesetzt. Zwischen den Technologien der einzelnen Einheiten besteht eine mangelnde Übereinstimmung, es fällt schwer, sie effektiv miteinander zu verbinden, und die Integrationsgrad ist gering. Einige Unternehmen kümmern sich nicht ausreichend um die Trennung von Schmutzwasser und Reinwasser, um die getrennte Sammlung sowie die differenzierte Aufbereitung des Abwassers. Sie legen zu viel Wert auf die Endbehandlung des Abwassers und vernachlässigen dabei die Wassereinsparung im Verarbeitungsprozess. Meiner Ansicht nach sollte man zur Erreichung von Wassereinsparungen und Emissionsreduzierungen die Optimierung des gesamten Prozesses der Abwasserbehandlung verstärken, die Prinzipien der Systemtechnik anwenden, aktiv die „Water-Pinch-Point“-Technologie einsetzen sowie die schrittweise Nutzung von Wasser sowie seine wertorientierte Wiederverwendung vorantreiben. Auf dieser Grundlage wird ein Gesamtwassergebundenheitsausgleich für das gesamte Werk geschaffen, eine Wiederverwendungswasserinsel errichtet, um eine flexible Steuerung der wiederverwendeten Wasserströme im gesamten Werk zu ermöglichen.