大型造纸基地取排水特征综合分析

郭 磊，邱 静，胡 培，邱颂曦

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2.广东省水动力学应用研究重点实验室，广州 510635；3.河口水利技术国家地方联合工程实验室，广州 510635)

某大型造纸企业基地位于珠三角地区，占地近240万m2，年产纸品近500万t，是全球纸及纸板生产设备最集中基地。基地共建设十三期工程，分A一分厂片区、A二分厂片区、B厂片区、CD厂片区等4个片区，建有纸机15台，热电厂3座，污水处理厂3座，净水站2座。

基地自1998年一期工程投产以来，至2008年全部15台纸机、热电厂及污水处理厂建设完毕，整个建设周期长达10 a，输水管网在建设期间不断延展接驳，流程异常复杂。另，因基地建设有纸机、污水处理厂、热电厂等不同类型用水单元，各单元的取用耗排工艺流程亦非常复杂，如制浆环节，含有蒸发冷凝器、蒸煮器、洗涤器、纸机等近10个用水子单元[1]，每个纸机生产线还有22个用水子单元，各单元和子单元取用耗排水量及特征不明确，缺乏必要的数据支撑，给企业节水改造及取水许可管理造成一定困难。为此开展了企业水量平衡测试工作，以摸清基地用水工艺流程，确定取用耗排水量及特征，推算企业各项用水技术指标，促进企业节水改造，并为企业水资源论证后评估提供重要依据。

1 取用水工艺流程及水平衡测试

1.1 取用水工艺流程

经概化的基地取用水工艺流程见图1。可见，基地通过中太取水口取水，并设置有蓄水池作为抢淡和调蓄之用，后通过单根母管向近7 km外厂区供水，管线沿途设支管供宿舍区备用。供水母管安装有计量设备。

注：①PM----纸机；② →清水流程；污水流程图1 基地取用水工艺流程图Fig.1 Flow chart of water intake and consumption of the Base

至厂区后，分别进入A净水站和B净水站预处理后，分别供给4个片区用户，主要受水对象包括15台纸，3座热电厂及2座污水处理站等。片区采用环路供水模式，各受水对象从环路取水，各片区管线互通；排水则通过管道、沟渠等进入污水处理厂后，部分回用，部分排入外海。另，造纸过程中需要用到热蒸汽，用于原材料的预热、干燥等，基地热蒸汽由热电厂供给，纸机回用水部分用于电厂冷凝。

1.2 水平衡测试

水平衡测试主要依据《企业水平衡测试通则》(GB/T 12452-2008)开展[2]，并综合考虑基地水量取用耗排工艺流程的复杂性，及生产工况不稳定等情况，结合厂内已有计量设备的布设及运行状态，充分考虑在超大范围厂区内进行复杂管网测试的便利性，采用了长历时全工况不间断的测量方式[3]。测试共设置了59个计量点，其中新增计量设备近40台，均采用无需停机破管的外夹式超声波流量计，各计量设备均配备无线传输终端，数据采集频次5 min/次。另，单独开发了数据收集系统，可对计量数据快速进行初步数据审核和逻辑判断。当各点测量数据满足逻辑平衡关系且较为稳定后进入正式测试期。测试流量单位按m3/d统计。本次正式测试期时长为40 d，各单元水量测试成果见表1。

表1 基地水平衡测试成果 m3/dTab.1 Result of water balance test of the Base

注：漏失水量是指净水站后的管网漏失水量；以上数值为平均值。

2 测试期水量特征分析

2.1 取水量

总取水量为中太取水口至厂区单根母管供水量，测试期供水过程见图2。

图2 基地总取水量过程Fig.2 Process of water totally intake

可见取水量介于180 930～252 105 m3/d之间，平均取水量为200 135 m3/d。进入厂区后，生水经过A净水站和B净水站过滤后，供给各受水对象，其中净水站末端供水总量平均为177 632 m3/d，与总取水量相差11.0%，为各净水站自用、制水损失率及管线漏损所致。

取水量结构见图3。可见，15台纸机取水量128 598 m3/d，占总取水量的64%，平均单台纸机取水量为8 573 m3/d；热电厂取水量为43 594 m3/d，占总取水量的22%；污水处理厂取水量为5 439 m3/d，占总取水量的3%；净水站自用及漏失水量为22 504 m3/d，占11%。

图3 基地取水量结构Fig.3 Structure of water intake of the Base

从片区分布看：CD片区取水量占比最大，约为42%，B片区取水量近1/4，A一分厂和A二分厂片区各占16%。具体分布见图4。

图4 各片区取水量结构Fig.4 Structure of water intake of each area

2.2 用水量

用水量包括新水量、串联水量和重复利用水量。用水对象主要有纸机的生产用水、净水站自用、热电厂用水及污水处理厂用水等。测试成果显示，基地总用水量为5 239 493 m3/d。

2.3 耗水量

耗水量为生产过程中进入产品、蒸发、飞溅、携带及生活饮用等所消耗的水量。测试成果显示，基地总耗水量为97 219 m3/d。

2.4 排水量

厂区的生产排水、生活办公排水通过3座污水处理厂处理后，部分回用，部分排入狮子洋。排水量为污水处理厂外排水量，测试成果显示，3个污水处理厂的总排水量为145 781 m3/d。

3 年取水量特征分析

为了给取水户取水许可管理提供依据，对取水户年取水量特征进行分析。根据基地运行规则，各生产单元实行节日停机和年度例行检修制度(以下简称“节日停修”)。每年平均每台纸机节日停机时长为11.2 d，年度例行检修时长为0.74 d；电厂单台机组检修时长为10～20 d/a；净水站和污水处理厂基本不停运。

为便于基地年取水量统计，规定如下：①年时长按365 d计算，固定1个月(30 d)为节日停修时段，其他11个月份(335 d)为正常运行期；②节日停修期间的取水量按测试期中对应节日期间的取水量平均值计；③节日停修期间的净水站及污水处理厂取水量按相应比例核减。正常运行期和节日停修期间的取水量见表2。可见，节日停修期间的水量较正常运行期减少约23%。按照上述规则，可推算其年取水量为7 164万m3，折算日平均水量为196 287 m3/d。

考虑节日停机和检修后修正的取水量结构见表2。可见，纸机单元的总取水量占比最大为64%，其次是热电厂占比21%，净水站自用(含管网渗漏)占比12%，污水处理厂占比3%，为取水量最小单元。相比测试期的取水量结构，纸机取水量和污水处理厂取水量占比变化不明显，因净水站全年无休，取水量占比增加了1%，热电厂则减少了1%。

表2 基地年取水量Tab.2 Annual water intake of the Base

4 水量指标分析

选取对大型造纸基地水量具有代表性的特征指标进行分析，包括单位产品取水量指标、重复利用率、漏失率、排水率、废水回用率、冷凝水回用率、单位发电量取水量等。

(1)单位产品取水量Vui。根据纸业取水定额标准[4]，纸产品的取水量供给范围主要包括：主要生产、辅助生产(包括机修、非自备电站锅炉、空压站、污水处理厂等)和附属生产(包括办公、绿化、厂内食堂、厂内和车间浴室、卫生间、其他等)等3个生产过程的取水量，等于从自备水源总取水量中扣除给水净水站自用水量及由该水源供给的居住区、基建、自备电站用于发电的取水量及其他取水量等。

由表2可知，基地年取水总量为7 164.5万m3，其中自备电站取水量为1 533.9万m3，2座净水厂取水量为831.9万m3；2013年总产量493万t；故其单位产品取水量为(7 146.5-1 533.9-831.9)/493=9.7 m3/t。根据纸业取水定额，白板纸生产线定额为60 m3/t(含制浆)，瓦楞原纸生产线定额为55 m3/t(含制浆)。本次计算单位产品取水量为9.7 m3/t，优于定额限值。

(2)重复利用率是指生产重复利用水量与生产总用水量的比值，生产重复利用水量即循环水量和串联水量的总和。根据表1，重复利用水量为：4 658 681 m3/d(循环水量Vcy)+223 136 m3/d(串联水量V′s)= 4 881 817 m3/d，而总用水量为5 239 493 m3/d，则重复利用率为4 881 817/5 239 493=93%。

(3)漏失率为漏失水量与总水量比值。需要指出的是，基地取水口至净水站末端的水量损失(计量差)包括漏失水量和净水站自用，本次测试很难将漏失水量从总的水量损失中提取出来。因此，本次统计的漏失水量为为净水站至各用水单元管网漏水水量。由测试结果，基地总的漏失水量为7 857 m3/d，管网总水量为177 632 m3/d，漏失率为4.4%。

(4)排水率是指在一定计量时间内，总外排废水量占取水量的百分比。外排废水量为污水处理厂的总排污量为145 781 m3/d，总取水量为200 135 m3/d，故排水率为72.8%。

(5)废水回用率是指废水设施出口计划排放的废水中经净化处理而重复利用的水量与计划总排水量的比值。进入污水处理厂废水均为计划排放废水，总计划排放废水为163 100 m3/d，回用水量为4 513 m3/d，总的回用率为3%。

(6)冷凝水回用率是指用于生产的锅炉蒸气冷凝水回用量占锅炉蒸气发气量的百分比。由测试数据分析统计，B热电厂和C热电厂总的锅炉蒸汽发气量为17 327 m3/d，蒸汽冷凝水回用为11 263 m3/d，则冷凝水回用率为65%。高于相关考核标准[5]中≥60%的要求。

(7)单位发电量取水量。根据相关定额规定[6]，对于单机容量<300 MW机组，其循环冷却供水系统单位发电量取水量定额指标为3.20 m3/MWh。单位发电量取水量是指火力发电厂生产每兆瓦时电需要从各种水源提取的水量，取水量包括取自地表水、地下水、城镇供水工程以及从市场购得的其他水；主要用于生产用水、辅助生产用水和附属生产用水。对热电联产发电企业取水量增加对外供汽、供热不能回用而增加的水量。基地热电厂冷取水均采用二次循环方式，2013年总发电量为38.7亿kWh，日均发电量为10 604 MWh。由测试成果，热电厂日均取水量为43 235 m3，其中用于输送蒸汽水量约占40%，即17 294 m3/d，蒸汽水量中冷凝水回用率为65%，则不能回用水量为6 053 m3/d。综上，基地热电厂取水量为31 994 m3/d，则单位发电量取水量为3.02 m3/MWh，优于定额限值。

综上所述，各水量指标见表3。

表3 基地水量指标Tab.3 Index of water intake

5 节水潜力及措施分析

由测试成果，基地总的排水率达72.8%，废水回用率仅为3%，冷凝水回用率为65%，可见基地存在一定的节水潜力。需进一步改进生产工艺，减少排水率，提高水利用系数；通过适当的技术改造，如通过改进污水处理厂的生产工艺，提高废水利用率，利用达标废水进行绿化，消防及煤场冲洗等。另外，B污水处理厂和C污水处理厂均有部分水量回用至纸机单元，但A污水处理厂尚无此工艺。因此，建议对该污水处理厂进行工艺改造，增加污水回用环节；亦可增加A污水处理厂排至B污水处理厂水量，以增加回用水量。

基地日均漏失水量达7 857 m3/d，漏失率4.4%，因企业涉及净水站、热电厂、污水处理厂和纸机等诸多不同类型用水单元，且基地占地面积较大，各单元的水量管线衔接非常复杂，造成管线内水损较大。因此，建议企业建立用水档案、制定合理的节水措施，并安排专人加强管线及用水单元的巡测，杜绝跑冒滴漏现象。

6 结 语

(1)通过水平衡测试的开展，基本摸清了某大型纸业有限公司水量取用耗排工艺流程，明确了各环节水量特征，掌握了企业用水现状，为企业建立用水档案、制定合理的节水措施、进行用水指标考核等提供了重要参考依据；另，水平衡测试作为一项重要的技术手段，为取水户水资源论证后评估的开展提供了重要支撑，为水行政主管部门的取水许可审批提供了重要依据。测试的开展是必要的。

(2)测试成果显示，基地取水量为19.6万m3/d，年取新水量为7 164万m3。从取水单元上看，15台纸机取水量占总取水量的64%，热电厂占21%，污水处理厂占3%，净水站自用及漏失占12%；从片区上看，取新水量最大的片区为CD片区，占42%，其次分别是B片区26%、A一分厂和A二分厂片区各占16%。

(3)测试成果显示，基地总用水量平均为524万m3/d，其中循环水量466万m3/d，串联水量22.0万m3/d，重复利用率93%；总耗水量平均约为9.7万m3/d；外排废水量平均约为14.6万m3/d，排水率为72.4%。漏失水量平均约为0.8万m3/d，漏失率在4.4%左右。

(4)测试成果显示，若按2013年年产量493万t计，则其单位产品取水量为9.7 m3/t；B热电厂和C热电厂单位发电量取水量平均为3.02 m3/MWh。均满足相关定额要求。

(5)基地取用水管线布设异常复杂，用水单元类型较多，建议企业建立用水档案、制定合理的节水措施，并安排专人加强对管线及用水单元的巡测，杜绝跑冒滴漏现象。另建议对A污水处理厂进行工艺改造，增加污水回用环节，或增加A污水处理厂排至B污水处理厂水量，以增加回用水量。

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[1] 刘 涛，何启莲，谢 雁，等. 制浆造纸厂水平衡测试[J]. 人民珠江，2013,(2),52-54.

[2] GB/T 12452-2008，企业水平衡测试通则[S].

[3] 郭 磊，黄本胜，邱 静，等. 核电站淡水用水特征综合分析研究[J].水利学报，2013,(5):615-621.

[4] GB/T 18916.5-2012，取水定额 第5部分：造纸产品[S].

[5] 城建[2012]57，国家节水型城市考核标准[S].

[6] GB/T 18916.1-2012，取水定额 第1部分：火力发电[S].