關于工業給水系統水資源綜合利用的初步設想

權濱 黃啟明

【摘要】本文通過明確工業給水系統用水流程、耗水工藝、污廢水特性、特征污染物成分等，對比不同工藝流程污廢水產生過程、特點，為制定管控措施和投資方向提供參考，為開發節水減排新技術、應用新工藝，提供依據，為已定型工業給水系統、流程、單元，進一步完善節水、回收、處理、回用等措施，開拓思路、統籌考慮、系統謀劃，為節水減排中長期規劃提供方向。

【關鍵詞】節水減排 ?污染物減量控制 ?水資源綜合利用 ?統籌規劃

前言：工業用水的取水、輸水、水質處理和配水等設施以一定的方式組合成的總體。是指通過管道及輔助設備，按照工業生產、消防等需要有組織的輸送到用水地點的網絡。通常由給水泵、給水管道和閥門組成，其任務是保證連續可靠地供水。

一、國內外、行業水資源利用現狀

（一）國外水資源利用現狀

發達國家在經歷了水污染陣痛后，各國政府重視水資源保護工作：將水資源利用政策納入國家長期發展規劃，加強水資源綜合管理，對水資源實行分權管理，市場化調控水價改變用水量配比。

荷蘭全國性水利工作由水利部負責，地方和地區性的水管理則歸水管會管轄。水管會的主要任務是防洪護堤、水量控制及水質管理。

美國對水資源進行綜合規劃和全面質量管理，充分考慮可持續發展，充分利用市場機制，建立共同參與的決策過程，重視平衡與協調。

加拿大將水資源與土地、環境、經濟等要素結合起來綜合考慮。

（二）國內水資源利用現狀

中國水資源緊缺和水污染問題迫在眉睫，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重;地下水過度開采;水生態環境破壞嚴重。

在水資源短缺矛盾突出的同時，又在大規模污染水源，導致水質惡化。不僅對淡水，而且海洋污染的情況也令人堪憂。經過多年建設，我國水污染防治工作取得明顯成績，但水污染形勢仍十分嚴峻。2005年，全國廢水排放總量為524.5億t，城市及企業污水處理率僅為149.8萬t。其中工業廢水占39～35%，城市污水占61～65%，城市及企業污水已經成為主要的污染源。

二、水資源綜合利用技術現狀

（一）高溫凝液回收利用技術

蒸汽冷凝液的回用，可以對生產裝置的蒸汽冷凝液進行過回收利用，回收了寶貴的熱能資源，減少了脫鹽水使用成本，降低了排污費用，提高了企業的綜合經濟效益和水資源綜合利用率，是零排放的核心技術，因投資少、回收期短，近年來廣泛應用。若蒸汽冷凝液回收處理后，無法達到脫鹽水水質標準，可以采取傳統脫鹽精制的方法進行二次處理，若技術經濟性不高、規模不大或場地受限，可以直接作為循環水系統補水回用。

（二）污廢水綜合回用技術

為應對水資源短缺導致的供求矛盾加劇，水污染嚴重導致的排污成本和環境風險激增，水資源使用和污廢水排放價格提高造成的生產成本大幅提升，主要從以下方面考慮進行技術應用：①謹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、鍋爐補給水和循環水系統補水;③作為冷卻噴淋用水;④作為綠化景觀用水;⑤作為礦井采空區和地下水補給水。

（三）中/灰水綜合利用技術

中水回用技術是指將生活廢污水集中處理后，達到不同的回用標準，目前廣泛應用的有三種處理方式：①處理到飲用水標準，實現直接循環利用，適于水資源極度缺乏的地區，投資高，工藝復雜。②處理到非飲用水的標準，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，工業普通用水等，這是應用最廣泛的中水處理方式。③將工業污水再處理，根究需求通過過濾器、軟化器、RO、EDI/MF等工藝處理，處理到循環水補水、軟化水、脫鹽水的標準。

（四）熱/水聯合回用技術

目前在火力發電廠、鋼鐵冶煉廠、煉化企業廣泛應用，主要采取的工藝技術路線有：①通過梯級換熱技術，直接回收高溫水體的熱能;②通過膨脹機做功發電技術，將高溫水體熱能間接轉化為電能;③將高溫水體的焓值直接保留至處理工藝流程末端，作為熱流體循環使用，減少生產過程外部熱源消耗;④對水進行二次精制，并根據工藝需要、邊際成本、技術路線、投資運行等因素，綜合確定回用去向。

三、水資源綜合利用平衡模型建立與評價應用

（一）建模

根據已建立的研究模型數據庫，對工藝流程進行繪制、建模，具體步驟如下：①基本流程繪制，CAD、CAM、PID、3D等層面;②關鍵參數、特征節點、消耗節點引入，如動力消耗設備、流量變化界面、濃度變化節點、外部投入來源、三廢排放去向等;③參數關聯公式導入，主要包括水平衡、物料消耗、動力消耗、損耗、三劑投入、三廢排除（處置）、異常工況（應急、檢修、改造）下平衡，全過程成本、單價、效益。

（二）模型運算

①確定啟動模型的初始條件;②預定模型在不同工況下的運算規則;③確定異常數據的死循環規避及返回條件;④按照彈性有限元、神經網絡元、自封閉矩陣法等對模型節點網絡進行程序語言修飾;⑤引入單一極端變量、工況或跨接條件，啟動簡單模式運算，對模型進行極限壓力測試;⑥建立不同層級、出口的數據庫規則;⑦設定模型運算精度、耗時、表現張力;⑧設定模型運算自鎖及批量事件導出規則;⑨啟動模型運算，監視節點速率 、數據冗余和過程變量豐度;⑩停止運算，對模型結果量數據庫進行比對和技術經濟分析，確定關鍵數據流即主要工況流，按照邊際效益原則確定針對性運行策略。

四、結論

國內目前部分行業、地區、領域水資源綜合利用率偏低、浪費嚴重、污染惡化，水資源規劃水平還處在一個比較低的水平，必須確保持續的科研分析、技術創新和規劃研判，圍繞統籌全面提升水資源綜合利用率的核心目標，在規劃、政策、投資、法規、標準、引導等方面鍥而不舍地努力，使我國水資源規劃和綜合利用水平更加合理化、科學化。