基于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法的煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解析

程 蕾,郝增超,曾維華(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100875)

基于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法的煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解析

程 蕾,郝增超,曾維華*(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100875)

由于煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,水網(wǎng)絡(luò)的用水/排水去向以及結(jié)構(gòu)的整體性分析已成為系統(tǒng)集成優(yōu)化的基礎(chǔ)工作.選取某典型煤制烯烴項(xiàng)目的水網(wǎng)絡(luò)體系為研究案例,采用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法深度解析煤化工水網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)和用水效率.采用生態(tài)分析方法中的通量分析和效用分析對(duì)選取的煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究.通量分析的結(jié)果顯示,在該煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,通量占比最大的節(jié)點(diǎn)分別為第一冷卻水站(35.70%)和第二冷卻水站(26.35%).效用分析中用網(wǎng)絡(luò)共生指數(shù)(M)來衡量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,計(jì)算得到該案例中M值為0.97 ,接近于1.從生態(tài)學(xué)的視角來看,網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間呈現(xiàn)競爭與共生的強(qiáng)度相當(dāng),網(wǎng)絡(luò)協(xié)作性較好.

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析；煤化工；水網(wǎng)絡(luò)；結(jié)構(gòu)解析；共生指數(shù)

煤化工行業(yè)的發(fā)展一直因?yàn)槠涓咚摹⒏呶廴镜奶攸c(diǎn)受到水資源的制約問題日益嚴(yán)重.我國煤炭資源和水資源總體呈逆向分布,由于產(chǎn)業(yè)布局受煤炭資源主導(dǎo),使得產(chǎn)業(yè)發(fā)展中水資源配置的問題尤為凸顯.目前我國水資源和水環(huán)境問題成為煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展最關(guān)鍵的瓶頸,應(yīng)運(yùn)而生的“廢水零排放”的目標(biāo)又因?yàn)槊夯ば袠I(yè)存在的一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)等各方面的問題而備受爭議[1-2].

目前關(guān)于煤化工行業(yè)的節(jié)水減排工作主要是關(guān)注煤化工工藝的優(yōu)化、廢水深度處理技術(shù)的開發(fā)從而來提高廢水的回用率[3],缺乏整體全局性的分析.從整體上關(guān)于煤化工水網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化的研究主要是水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化理論[4-5],這方面的理論研究已經(jīng)比較成熟,然而實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少.楊友麒等[6-7]提出的基于過程系統(tǒng)工程的節(jié)水三步曲是目前這方面的顯著研究成果之一,但是該方法體系全套應(yīng)用成本相對(duì)龐大,還需在煤化工企業(yè)中進(jìn)一步推廣.實(shí)施整體性的水網(wǎng)絡(luò)體系的集成優(yōu)化,需要對(duì)水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的剖析和解讀,從系統(tǒng)的角度對(duì)煤化工項(xiàng)目的整個(gè)水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體性分析,考慮工程中所有不同水質(zhì)的水流動(dòng)過程,以圖的形式將整個(gè)流動(dòng)過程表示出來,從而形成一個(gè)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)譜圖.同時(shí)需要采用一些結(jié)構(gòu)分析的方法如結(jié)構(gòu)解析模型、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等,結(jié)合投入產(chǎn)出以及生態(tài)學(xué)方面的理論,對(duì)煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步剖析.其中,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析最早是起源于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析方法[8],目前廣泛應(yīng)用于城市能量流動(dòng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)[9-10]等方面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析.在工業(yè)領(lǐng)域,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析方法多應(yīng)用于生態(tài)工業(yè)園區(qū)的物質(zhì)流動(dòng)分析和穩(wěn)定性分析[11-13].

煤化工水網(wǎng)絡(luò)體系是一個(gè)龐大的系統(tǒng),各個(gè)組分之間有著復(fù)雜的直接或間接的聯(lián)系,呈現(xiàn)出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可類比于環(huán)境生態(tài)網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行著新陳代謝.水在代謝過程中出現(xiàn)各種變化,一旦某個(gè)組分的不利作用增強(qiáng)(即不利于水量的補(bǔ)充),整個(gè)水代謝系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)紊亂;同時(shí),與其相關(guān)的其它組分的有利作用如果可以抵消不利作用,則整個(gè)系統(tǒng)可以正常代謝實(shí)現(xiàn)水量的補(bǔ)充.本文基于此,從生態(tài)學(xué)的角度運(yùn)用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法研究煤化工水網(wǎng)絡(luò)體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及用水效率,系統(tǒng)甄別現(xiàn)有煤化工企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在的問題,從而為煤化工水網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化研究開拓新的視野,為煤化工行業(yè)的節(jié)水減排工作提供理論支持和技術(shù)借鑒.

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文主要從某個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目的企業(yè)內(nèi)部水平衡入手,建立基于水量變化的水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的間接的潛在關(guān)系,以及各節(jié)點(diǎn)消耗水量的占比以及整體網(wǎng)絡(luò)體系穩(wěn)定性和效率.本文數(shù)據(jù)主要來自對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)地調(diào)研,采用水平衡核算的方法最終得到具體各股水流的通量.

1.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)是鄰接矩陣[14]An×n=(aij)和流量平衡矩陣Fn×n=(fij),其中 n為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù),若aij=1意味著節(jié)點(diǎn)i到j(luò)之間是有邊連接的,此時(shí)fij代表它們之間的單位時(shí)間內(nèi)流量的大小.在網(wǎng)絡(luò)中,還存在著輸入、輸出和節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部存儲(chǔ),分別以矢量 z,y,x來表示.那么,網(wǎng)絡(luò)的平衡約束可以表示為[15]：

式中：Tj即為通過節(jié)點(diǎn)j的凈輸入(輸出)量,任意節(jié)點(diǎn)的總輸入量和總輸出量是相等的.根據(jù)鄰接矩陣或流量平衡矩陣的不同迭代方式,網(wǎng)絡(luò)分析分為結(jié)構(gòu)分析、通量分析、儲(chǔ)存分析和利用分析4個(gè)子類別.

1.2.1 通量分析 通量分析的基礎(chǔ)是流量密度矩陣G.通過G的迭代可以獲得兩點(diǎn)之間通過一定長度路徑的間接流量密度和綜合流量密度[16].

式中：Tj為通過節(jié)點(diǎn)j的凈通量.G0表示單位矩陣,它意味著流從某一節(jié)點(diǎn)出又回到相同的節(jié)點(diǎn)中;矩陣G1意味著網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)之間都是直接流;Gm(m≥2)意味著節(jié)點(diǎn)之間存在 m長度的間接流,N即為兩點(diǎn)之間通過長度為m的綜合流量密度矩陣[15].

無量綱綜合流矩陣 N通過右乘對(duì)角化通量矢量(T)以轉(zhuǎn)換N的縱向量成為有量綱的矩陣Y.通過計(jì)算矩陣Y的每個(gè)縱向量總數(shù)和,矩陣Y的列向量即得出[17].

W可以反映出節(jié)點(diǎn)j對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)情況,從而得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)并以此確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的比重.

1.2.2 效用分析 網(wǎng)絡(luò)效用分析是用于表征網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不同組分間的定性定量關(guān)系[18],主要分析節(jié)點(diǎn)i和j之間的凈通量,即相互之間的利用程度.公式如式(6)：

對(duì)其進(jìn)行迭代,則得到總利用密度矩陣U：

式中：D為直接效用矩陣,U為無量綱綜合效用矩陣.采用這些分析可用來研究生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的一些主要性質(zhì),如：間接效應(yīng),放大效應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)均質(zhì)性,以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)作性.

指定矩陣 U的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的生態(tài)關(guān)系表示為 suij,則一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的直接關(guān)系可通過一對(duì)直接利用矩陣給出.如：(su21,su12) = (+,?)表示節(jié)點(diǎn)2利用節(jié)點(diǎn)1,如果(su21,su12) = (?,+),則是節(jié)點(diǎn) 2被節(jié)點(diǎn) 1利用.即 (0,0)表示中立狀態(tài), (?,?)表示競爭關(guān)系, (+,+)表示共生關(guān)系[19].效用分析的最終目的是研究系統(tǒng)的共生狀態(tài),引入共生指數(shù)M以定量系統(tǒng)的整個(gè)共生情況,J (U)代表積極關(guān)系數(shù)量與消極關(guān)系數(shù)量的比率.

其中：

如果 M＞1,則矩陣正號(hào)數(shù)目大于負(fù)號(hào)數(shù)目,說明系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)之間建立了更多積極的關(guān)系,各節(jié)點(diǎn)之間的共生互利關(guān)系較多,網(wǎng)絡(luò)協(xié)作性較好.相反,如果負(fù)號(hào)多于正號(hào),則系統(tǒng)建立了更多消極的關(guān)系,節(jié)點(diǎn)之間競爭關(guān)系比較多,網(wǎng)絡(luò)協(xié)作性較差.

2 案例分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概況

本文選取的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖主要依據(jù)是項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告中的水平衡圖,并加以總結(jié)概括,從網(wǎng)絡(luò)分析的角度將水平衡圖中涉及到的所有工程環(huán)節(jié)概括為生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)和公用工程.整個(gè)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(圖1)共包含20個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),主要分為生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)和公共工程,其中公用工程又包括循環(huán)水系統(tǒng)和供水環(huán)節(jié)以及其它公用裝置.在水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(圖2)中,主要供水環(huán)節(jié)中的生產(chǎn)水系統(tǒng)給生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)提供新鮮補(bǔ)充用水,回用水系統(tǒng)主要是進(jìn)行中水的深度處理,并為循環(huán)水系統(tǒng)以及除鹽水站提供補(bǔ)充用水,循環(huán)水系統(tǒng)主要為各生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供循環(huán)冷卻水,各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)則需要耗用一定的新鮮用水或者回用水,同時(shí)產(chǎn)生一定量的廢水,并且產(chǎn)生的中間廢水可以進(jìn)入另一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行重復(fù)利用,另外生產(chǎn)過程中每個(gè)工藝環(huán)節(jié)都會(huì)需要大量的循環(huán)冷卻水.因?yàn)檫@些不同水質(zhì)和水量的水流在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間流入流出,各節(jié)點(diǎn)之間以直接或間接的方式互相關(guān)聯(lián).統(tǒng);

圖1 水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意Fig.1 Thesystematic diagram of water network

圖2 水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意Fig.2 The structural diagram of water network

2.2 通量分析

通過對(duì)該水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的直接流量矩陣迭代計(jì)算得到的比重分布如圖3所示.整體體系中占最大比重的節(jié)點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)○14第一冷卻水站(,35.70%)、節(jié)點(diǎn)○15第二冷卻水站(26.35%),兩者之和比例占到了 62.05%,其次是節(jié)點(diǎn)⑩空分空壓環(huán)節(jié),占比為13.18%、節(jié)點(diǎn)⑨丙烯制冷+聚丙烯環(huán)節(jié)占比 10%.由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型來看,第一冷卻水站提供5個(gè)主要工藝環(huán)節(jié)的循環(huán)冷卻水,提供的循環(huán)冷卻水量有65747t/h,占總循環(huán)冷卻水量41.4%.循環(huán)冷卻水是該水網(wǎng)絡(luò)體系中流量最大的一種水流.同時(shí)該環(huán)節(jié)處其它損失水量達(dá)到745t/h,需要回用水裝置補(bǔ)充水量278t/h,新鮮水補(bǔ)充量 1103t/h,并向清凈下水裝置排放污水338t/h.同樣第二冷卻水站為 5個(gè)主要工藝環(huán)節(jié)提供循環(huán)冷卻水 56456t/h,占總循環(huán)冷卻水量35.3%,該處其它損失量有 206t/h,排放廢水為285t/h,需要新鮮水補(bǔ)充水量 1137t/h.而節(jié)點(diǎn)⑨和節(jié)點(diǎn)⑩都是由2個(gè)子環(huán)節(jié)合并而成的,用到的循環(huán)冷卻水也就相對(duì)單個(gè)工藝環(huán)節(jié)較多,因?yàn)檠h(huán)冷卻水的貢獻(xiàn),從而最終占比也就較大.

圖3 水量變化各節(jié)點(diǎn)所占比重Fig.3 The proportion of each node during water variations

結(jié)合對(duì)水平衡網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)冷卻水分布的初步分析可以發(fā)現(xiàn),各節(jié)點(diǎn)總體通量所占比重與循環(huán)冷卻水消耗比重排序具有一定的同步性,因?yàn)橄鄬?duì)其它新鮮用水以及廢水排放量,循環(huán)冷卻水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新鮮用水或回用水量,那么循環(huán)水量對(duì)整體水代謝系統(tǒng)的通量影響也是最大的.也就是節(jié)水的關(guān)鍵首先應(yīng)是減少循環(huán)冷卻水的用量,實(shí)施工程節(jié)水改造的首要應(yīng)該是從第一冷卻水站、第二冷卻水站開始,進(jìn)而再從整體上對(duì)水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化配置.

2.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)作性分析

通過對(duì)水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的直接流量矩陣的迭代計(jì)算,得到無量綱綜合效用矩陣U,從而可通過該效用矩陣的符號(hào)矩陣表 1來表征各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的生態(tài)關(guān)系.

在該煤化工水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,如果兩個(gè)環(huán)節(jié)需要消耗同一個(gè)供水環(huán)節(jié)的來水,那么這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間便存在著一定程度的競爭關(guān)系,同時(shí)用水環(huán)節(jié)與供水環(huán)節(jié)也呈現(xiàn)著利用關(guān)系,如果該用水環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水經(jīng)過回收處理之后再被其它供水環(huán)節(jié)回收利用,那么此時(shí)用水環(huán)節(jié)與供水環(huán)節(jié)之間便呈現(xiàn)了共生關(guān)系.

在表1中,空白處的值均為0,表征的是對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不存在生態(tài)關(guān)系中的任何一種關(guān)系((suij,suji) = (0,0)),也即③甲醇單元、⑨丙烯制冷+聚丙烯、⑩空分+空壓、○12酸堿站4個(gè)節(jié)點(diǎn)都與其他節(jié)點(diǎn)不存在生態(tài)關(guān)系.由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2也可以看出節(jié)點(diǎn)③甲醇單元、節(jié)點(diǎn)⑩空分+空壓均只與節(jié)點(diǎn)○15第二冷卻水站交換循環(huán)冷卻水,與其它節(jié)點(diǎn)之間即沒有連接,同樣節(jié)點(diǎn)⑨丙烯制冷+聚丙烯只與節(jié)點(diǎn)○14第一冷卻水站交換循環(huán)冷卻水,節(jié)點(diǎn)○12酸堿站只與○16第三冷卻水站交換循環(huán)冷卻水.其它16個(gè)節(jié)點(diǎn)相互形成120對(duì)生態(tài)關(guān)系,其中處于共生關(guān)系(淺灰色填充標(biāo)出, (suij,suji) = (+,+))的有30對(duì),處于競爭關(guān)系(深灰色填充, (suij,suji) = (-,-))的有32對(duì),其他的則都為利用關(guān)系((suij,suji) = (+,-)或(suij,suji) = (-,+)),共58對(duì).由此可以得出在該煤化工水網(wǎng)絡(luò)體系中主要的生態(tài)關(guān)系是利用關(guān)系,實(shí)際中煤化工廢水回用體系是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密,在水量與水質(zhì)的變化過程中互相影響.通過效用分析法得出的大量節(jié)點(diǎn)之間的生態(tài)關(guān)系為利用關(guān)系,從側(cè)面說明從側(cè)面說明該煤化工企業(yè)內(nèi)部的水回用環(huán)節(jié)比較多.同時(shí)系統(tǒng)中競爭關(guān)系和共生關(guān)系的比例相當(dāng),均占總生態(tài)關(guān)系的25%左右,一方面在該水網(wǎng)絡(luò)體系中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要都是用水環(huán)節(jié),用水環(huán)節(jié)之間必然因?yàn)樾迈r補(bǔ)充水、循環(huán)水之間的分配表現(xiàn)出競爭關(guān)系.而因?yàn)樯a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的廢水的直接或間接的回用,相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)生態(tài)學(xué)意義上的共生關(guān)系.由此計(jì)算出共生指數(shù),M=J(U)=S+/S =128/132= 0.97＜1,該數(shù)值十分接近于 1,從生態(tài)學(xué)的視角來看網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)競爭與共生的強(qiáng)度相當(dāng),網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作性比較好.但是共生指數(shù)值小于 1,說明系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)之間呈現(xiàn)的消極關(guān)系強(qiáng)于積極關(guān)系[23],而這也符合了煤化工企業(yè)耗水量大,耗水環(huán)節(jié)多的特征.

表1 水代謝系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)關(guān)系Table 1 The relationship among various nodes in the water metabolism system

根據(jù)調(diào)研獲取的生產(chǎn)數(shù)據(jù),該煤化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的噸產(chǎn)品水耗在50t/t左右,中水回用率73%,廢水回用率為 39.3%,相比于煤化工行業(yè)的噸產(chǎn)品水耗 24～74t/t[21],該煤制烯烴項(xiàng)目的耗水量很大,相比于煤化工行業(yè)的平均中水回用率60%,該項(xiàng)目的中水回用率比較高,但是廢水回用率比較低.綜合得出,該煤化工項(xiàng)目耗水量大,新鮮用水效率不夠高,雖然中水回用率已經(jīng)比較高,但是整體的廢水回用率不高,該煤化工企業(yè)沒有充分實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)多級(jí)利用,做到低水低用、高水高用.

煤化工行業(yè)的節(jié)水減排是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,進(jìn)行水平衡分析摸清工業(yè)的用水分布是實(shí)施節(jié)水工作的基礎(chǔ),具體企業(yè)的節(jié)水應(yīng)該是在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段就開始實(shí)施節(jié)水規(guī)劃.結(jié)合本案例分析結(jié)果,該煤化工企業(yè)的主要耗水都是循環(huán)冷卻水站的水分蒸發(fā)量,如果采用空冷技術(shù)的將大大減低循環(huán)水蒸發(fā)損失量.廢水回用率的提高不僅需要完善用水工藝,更需要廢水的適當(dāng)處理,針對(duì)性的處理特定限制因素污染物,避免回用水的過度處理.

3 結(jié)論

3.1 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析方法作為一種投入產(chǎn)出分析法,適用于煤化工企業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)的水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解析,既可以科學(xué)而詳細(xì)的分析出企業(yè)內(nèi)部的主要耗水環(huán)節(jié),又可以整體上評(píng)價(jià)企業(yè)的用水效率和穩(wěn)定性.

3.2 通量分析的結(jié)果顯示,在該煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,通量占比最大的節(jié)點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)○14第一冷卻水站(35.70%)、節(jié)點(diǎn)○15第二冷卻水站(26.35%).說明該煤化工企業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵首先應(yīng)是減少循環(huán)冷卻水的用量,實(shí)施工程節(jié)水改造的首要應(yīng)該是從第一冷卻水站、第二冷卻水站開始,以及從整體上對(duì)其的優(yōu)化配置.

3.3 效用分析結(jié)果顯示該煤化工水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系的共生指數(shù)為 0.97,數(shù)值略微小于 1,說明該體系的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作性很好,整個(gè)水網(wǎng)絡(luò)體系比較穩(wěn)定.水網(wǎng)絡(luò)體系中呈現(xiàn)的主要生態(tài)關(guān)系是利用關(guān)系,從側(cè)面說明該煤化工企業(yè)內(nèi)部的水回用環(huán)節(jié)比較多,結(jié)合實(shí)際工程狀況,可知這主要是循環(huán)水的重復(fù)利用導(dǎo)致的.

3.4 該煤化工企業(yè)的主要耗水都是循環(huán)冷卻水站的水分蒸發(fā)量,建議可采用空冷技術(shù),減低循環(huán)水蒸發(fā)損失量.煤化工企業(yè)要減少新鮮水耗,提高廢水回用率,不僅需要進(jìn)行用水工藝的優(yōu)化,更重要的是從全局角度進(jìn)行水系統(tǒng)集成優(yōu)化管理.

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Analysis of the water network structure of coal chemical industry based on ecological network analysis.

CHENGLei, HAO Zeng-chao, ZENG Wei-hua*(School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China). China Environmental Science, 2017,37(6)：2363～2368

Due to the complicity of the water network,the systematic analysis of water use/drainage and structure of the water network is fundamental for integrated system optimizations.In this paper, the water network system of a typical coal-to-olefins project was selected as a case study to analyse the structure and water use efficiency of the water network system based on the ecological network analysis method. Specifically, the network flux analysis and utility analysis were employed for the structure analysis of the selected water network. Results of flux analysis showed that the first cooling water station had the largest proportion of 35.70%, followed by the second cooling water station with a proportion of 26.35%. For the utility analysis, the networkmutualism index (M) was adapted as the measure of the network structural stability. For the case study, the M value was obtained as 0.97, which was very close to one. From the perspective of ecology, the strength of competition and symbiosis was approximately equivalent, indicating strong collaboration among nodes in this network.

ecological network analysis；coal chemical；water network；structure analysis；mutualism index

X703

A

1000-6923(2017)06-2363-06

程 蕾(1993-),女,湖北黃岡人,北京師范大學(xué)碩士研究生,主要從事環(huán)境規(guī)劃與管理研究.

2016-09-19

典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究重大專項(xiàng)(2016YFC050350403-1)

* 責(zé)任作者, 教授, zengwh@bnu.edu.cn