關(guān)于工業(yè)給水系統(tǒng)水資源綜合利用的初步設(shè)想

權(quán)濱 黃啟明

【摘要】本文通過(guò)明確工業(yè)給水系統(tǒng)用水流程、耗水工藝、污廢水特性、特征污染物成分等，對(duì)比不同工藝流程污廢水產(chǎn)生過(guò)程、特點(diǎn)，為制定管控措施和投資方向提供參考，為開(kāi)發(fā)節(jié)水減排新技術(shù)、應(yīng)用新工藝，提供依據(jù)，為已定型工業(yè)給水系統(tǒng)、流程、單元，進(jìn)一步完善節(jié)水、回收、處理、回用等措施，開(kāi)拓思路、統(tǒng)籌考慮、系統(tǒng)謀劃，為節(jié)水減排中長(zhǎng)期規(guī)劃提供方向。

【關(guān)鍵詞】節(jié)水減排 ?污染物減量控制 ?水資源綜合利用 ?統(tǒng)籌規(guī)劃

前言：工業(yè)用水的取水、輸水、水質(zhì)處理和配水等設(shè)施以一定的方式組合成的總體。是指通過(guò)管道及輔助設(shè)備，按照工業(yè)生產(chǎn)、消防等需要有組織的輸送到用水地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。通常由給水泵、給水管道和閥門組成，其任務(wù)是保證連續(xù)可靠地供水。

一、國(guó)內(nèi)外、行業(yè)水資源利用現(xiàn)狀

（一）國(guó)外水資源利用現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)歷了水污染陣痛后，各國(guó)政府重視水資源保護(hù)工作：將水資源利用政策納入國(guó)家長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，加強(qiáng)水資源綜合管理，對(duì)水資源實(shí)行分權(quán)管理，市場(chǎng)化調(diào)控水價(jià)改變用水量配比。

荷蘭全國(guó)性水利工作由水利部負(fù)責(zé)，地方和地區(qū)性的水管理則歸水管會(huì)管轄。水管會(huì)的主要任務(wù)是防洪護(hù)堤、水量控制及水質(zhì)管理。

美國(guó)對(duì)水資源進(jìn)行綜合規(guī)劃和全面質(zhì)量管理，充分考慮可持續(xù)發(fā)展，充分利用市場(chǎng)機(jī)制，建立共同參與的決策過(guò)程，重視平衡與協(xié)調(diào)。

加拿大將水資源與土地、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等要素結(jié)合起來(lái)綜合考慮。

（二）國(guó)內(nèi)水資源利用現(xiàn)狀

中國(guó)水資源緊缺和水污染問(wèn)題迫在眉睫，面臨先天不足和后天污染的雙重困境，主要特點(diǎn)為：水資源總量、人均量少;水資源空間分布不均;資源性缺水及水污染共存并嚴(yán)重;地下水過(guò)度開(kāi)采;水生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。

在水資源短缺矛盾突出的同時(shí)，又在大規(guī)模污染水源，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。不僅對(duì)淡水，而且海洋污染的情況也令人堪憂。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，我國(guó)水污染防治工作取得明顯成績(jī)，但水污染形勢(shì)仍十分嚴(yán)峻。2005年，全國(guó)廢水排放總量為524.5億t，城市及企業(yè)污水處理率僅為149.8萬(wàn)t。其中工業(yè)廢水占39～35%，城市污水占61～65%，城市及企業(yè)污水已經(jīng)成為主要的污染源。

二、水資源綜合利用技術(shù)現(xiàn)狀

（一）高溫凝液回收利用技術(shù)

蒸汽冷凝液的回用，可以對(duì)生產(chǎn)裝置的蒸汽冷凝液進(jìn)行過(guò)回收利用，回收了寶貴的熱能資源，減少了脫鹽水使用成本，降低了排污費(fèi)用，提高了企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和水資源綜合利用率，是零排放的核心技術(shù)，因投資少、回收期短，近年來(lái)廣泛應(yīng)用。若蒸汽冷凝液回收處理后，無(wú)法達(dá)到脫鹽水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以采取傳統(tǒng)脫鹽精制的方法進(jìn)行二次處理，若技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高、規(guī)模不大或場(chǎng)地受限，可以直接作為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水回用。

（二）污廢水綜合回用技術(shù)

為應(yīng)對(duì)水資源短缺導(dǎo)致的供求矛盾加劇，水污染嚴(yán)重導(dǎo)致的排污成本和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)激增，水資源使用和污廢水排放價(jià)格提高造成的生產(chǎn)成本大幅提升，主要從以下方面考慮進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用：①謹(jǐn)慎作為生活雜水回用，即將再生水回用作生活雜水;②作為電廠、鍋爐補(bǔ)給水和循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水;③作為冷卻噴淋用水;④作為綠化景觀用水;⑤作為礦井采空區(qū)和地下水補(bǔ)給水。

（三）中/灰水綜合利用技術(shù)

中水回用技術(shù)是指將生活廢污水集中處理后，達(dá)到不同的回用標(biāo)準(zhǔn)，目前廣泛應(yīng)用的有三種處理方式：①處理到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)直接循環(huán)利用，適于水資源極度缺乏的地區(qū)，投資高，工藝復(fù)雜。②處理到非飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，用于不與人體接觸的用水，如便器的沖洗，地面、汽車清洗，綠化澆灑，消防，工業(yè)普通用水等，這是應(yīng)用最廣泛的中水處理方式。③將工業(yè)污水再處理，根究需求通過(guò)過(guò)濾器、軟化器、RO、EDI/MF等工藝處理，處理到循環(huán)水補(bǔ)水、軟化水、脫鹽水的標(biāo)準(zhǔn)。

（四）熱/水聯(lián)合回用技術(shù)

目前在火力發(fā)電廠、鋼鐵冶煉廠、煉化企業(yè)廣泛應(yīng)用，主要采取的工藝技術(shù)路線有：①通過(guò)梯級(jí)換熱技術(shù)，直接回收高溫水體的熱能;②通過(guò)膨脹機(jī)做功發(fā)電技術(shù)，將高溫水體熱能間接轉(zhuǎn)化為電能;③將高溫水體的焓值直接保留至處理工藝流程末端，作為熱流體循環(huán)使用，減少生產(chǎn)過(guò)程外部熱源消耗;④對(duì)水進(jìn)行二次精制，并根據(jù)工藝需要、邊際成本、技術(shù)路線、投資運(yùn)行等因素，綜合確定回用去向。

三、水資源綜合利用平衡模型建立與評(píng)價(jià)應(yīng)用

（一）建模

根據(jù)已建立的研究模型數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)工藝流程進(jìn)行繪制、建模，具體步驟如下：①基本流程繪制，CAD、CAM、PID、3D等層面;②關(guān)鍵參數(shù)、特征節(jié)點(diǎn)、消耗節(jié)點(diǎn)引入，如動(dòng)力消耗設(shè)備、流量變化界面、濃度變化節(jié)點(diǎn)、外部投入來(lái)源、三廢排放去向等;③參數(shù)關(guān)聯(lián)公式導(dǎo)入，主要包括水平衡、物料消耗、動(dòng)力消耗、損耗、三劑投入、三廢排除（處置）、異常工況（應(yīng)急、檢修、改造）下平衡，全過(guò)程成本、單價(jià)、效益。

（二）模型運(yùn)算

①確定啟動(dòng)模型的初始條件;②預(yù)定模型在不同工況下的運(yùn)算規(guī)則;③確定異常數(shù)據(jù)的死循環(huán)規(guī)避及返回條件;④按照彈性有限元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)元、自封閉矩陣法等對(duì)模型節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行程序語(yǔ)言修飾;⑤引入單一極端變量、工況或跨接條件，啟動(dòng)簡(jiǎn)單模式運(yùn)算，對(duì)模型進(jìn)行極限壓力測(cè)試;⑥建立不同層級(jí)、出口的數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則;⑦設(shè)定模型運(yùn)算精度、耗時(shí)、表現(xiàn)張力;⑧設(shè)定模型運(yùn)算自鎖及批量事件導(dǎo)出規(guī)則;⑨啟動(dòng)模型運(yùn)算，監(jiān)視節(jié)點(diǎn)速率 、數(shù)據(jù)冗余和過(guò)程變量豐度;⑩停止運(yùn)算，對(duì)模型結(jié)果量數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定關(guān)鍵數(shù)據(jù)流即主要工況流，按照邊際效益原則確定針對(duì)性運(yùn)行策略。

四、結(jié)論

國(guó)內(nèi)目前部分行業(yè)、地區(qū)、領(lǐng)域水資源綜合利用率偏低、浪費(fèi)嚴(yán)重、污染惡化，水資源規(guī)劃水平還處在一個(gè)比較低的水平，必須確保持續(xù)的科研分析、技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)劃研判，圍繞統(tǒng)籌全面提升水資源綜合利用率的核心目標(biāo)，在規(guī)劃、政策、投資、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、引導(dǎo)等方面鍥而不舍地努力，使我國(guó)水資源規(guī)劃和綜合利用水平更加合理化、科學(xué)化。