关于工业给水系统水资源综合利用的初步设想

权滨 黄启明

【摘要】本文通过明确工业给水系统用水流程、耗水工艺、污废水特性、特征污染物成分等，对比不同工艺流程污废水产生过程、特点，为制定管控措施和投资方向提供参考，为开发节水减排新技术、应用新工艺，提供依据，为已定型工业给水系统、流程、单元，进一步完善节水、回收、处理、回用等措施，开拓思路、统筹考虑、系统谋划，为节水减排中长期规划提供方向。

【关键词】节水减排  污染物减量控制  水资源综合利用  统筹规划

前言：工业用水的取水、输水、水质处理和配水等设施以一定的方式组合成的总体。是指通过管道及辅助设备，按照工业生产、消防等需要有组织的输送到用水地点的网络。通常由给水泵、给水管道和阀门组成，其任务是保证连续可靠地供水。

一、国内外、行业水资源利用现状

（一）国外水资源利用现状

发达国家在经历了水污染阵痛后，各国政府重视水资源保护工作：将水资源利用政策纳入国家长期发展规划，加强水资源综合管理，对水资源实行分权管理，市场化调控水价改变用水量配比。

荷兰全国性水利工作由水利部负责，地方和地区性的水管理则归水管会管辖。水管会的主要任务是防洪护堤、水量控制及水质管理。

美国对水资源进行综合规划和全面质量管理，充分考虑可持续发展，充分利用市场机制，建立共同参与的决策过程，重视平衡与协调。

加拿大将水资源与土地、环境、经济等要素结合起来综合考虑。

（二）国内水资源利用现状

中国水资源紧缺和水污染问题迫在眉睫，面临先天不足和后天污染的双重困境，主要特点为：水资源总量、人均量少;水资源空间分布不均;资源性缺水及水污染共存并严重;地下水过度开采;水生态环境破坏严重。

在水资源短缺矛盾突出的同时，又在大规模污染水源，导致水质恶化。不仅对淡水，而且海洋污染的情况也令人堪忧。经过多年建设，我国水污染防治工作取得明显成绩，但水污染形势仍十分严峻。2005年，全国废水排放总量为524.5亿t，城市及企业污水处理率仅为149.8万t。其中工业废水占39～35%，城市污水占61～65%，城市及企业污水已经成为主要的污染源。

二、水资源综合利用技术现状

（一）高温凝液回收利用技术

蒸汽冷凝液的回用，可以对生产装置的蒸汽冷凝液进行过回收利用，回收了宝贵的热能资源，减少了脱盐水使用成本，降低了排污费用，提高了企业的综合经济效益和水资源综合利用率，是零排放的核心技术，因投资少、回收期短，近年来广泛应用。若蒸汽冷凝液回收处理后，无法达到脱盐水水质标准，可以采取传统脱盐精制的方法进行二次处理，若技术经济性不高、规模不大或场地受限，可以直接作为循环水系统补水回用。

（二）污废水综合回用技术

为应对水资源短缺导致的供求矛盾加剧，水污染嚴重导致的排污成本和环境风险激增，水资源使用和污废水排放价格提高造成的生产成本大幅提升，主要从以下方面考虑进行技术应用：①谨慎作为生活杂水回用，即将再生水回用作生活杂水;②作为电厂、锅炉补给水和循环水系统补水;③作为冷却喷淋用水;④作为绿化景观用水;⑤作为矿井采空区和地下水补给水。

（三）中/灰水综合利用技术

中水回用技术是指将生活废污水集中处理后，达到不同的回用标准，目前广泛应用的有三种处理方式：①处理到饮用水标准，实现直接循环利用，适于水资源极度缺乏的地区，投资高，工艺复杂。②处理到非饮用水的标准，用于不与人体接触的用水，如便器的冲洗，地面、汽车清洗，绿化浇洒，消防，工业普通用水等，这是应用最广泛的中水处理方式。③将工业污水再处理，根究需求通过过滤器、软化器、RO、EDI/MF等工艺处理，处理到循环水补水、软化水、脱盐水的标准。

（四）热/水联合回用技术

目前在火力发电厂、钢铁冶炼厂、炼化企业广泛应用，主要采取的工艺技术路线有：①通过梯级换热技术，直接回收高温水体的热能;②通过膨胀机做功发电技术，将高温水体热能间接转化为电能;③将高温水体的焓值直接保留至处理工艺流程末端，作为热流体循环使用，减少生产过程外部热源消耗;④对水进行二次精制，并根据工艺需要、边际成本、技术路线、投资运行等因素，综合确定回用去向。

三、水资源综合利用平衡模型建立与评价应用

（一）建模

根据已建立的研究模型数据库，对工艺流程进行绘制、建模，具体步骤如下：①基本流程绘制，CAD、CAM、PID、3D等层面;②关键参数、特征节点、消耗节点引入，如动力消耗设备、流量变化界面、浓度变化节点、外部投入来源、三废排放去向等;③参数关联公式导入，主要包括水平衡、物料消耗、动力消耗、损耗、三剂投入、三废排除（处置）、异常工况（应急、检修、改造）下平衡，全过程成本、单价、效益。

（二）模型运算

①确定启动模型的初始条件;②预定模型在不同工况下的运算规则;③确定异常数据的死循环规避及返回条件;④按照弹性有限元、神经网络元、自封闭矩阵法等对模型节点网络进行程序语言修饰;⑤引入单一极端变量、工况或跨接条件，启动简单模式运算，对模型进行极限压力测试;⑥建立不同层级、出口的数据库规则;⑦设定模型运算精度、耗时、表现张力;⑧设定模型运算自锁及批量事件导出规则;⑨启动模型运算，监视节点速率 、数据冗余和过程变量丰度;⑩停止运算，对模型结果量数据库进行比对和技术经济分析，确定关键数据流即主要工况流，按照边际效益原则确定针对性运行策略。

四、结论

国内目前部分行业、地区、领域水资源综合利用率偏低、浪费严重、污染恶化，水资源规划水平还处在一个比较低的水平，必须确保持续的科研分析、技术创新和规划研判，围绕统筹全面提升水资源综合利用率的核心目标，在规划、政策、投资、法规、标准、引导等方面锲而不舍地努力，使我国水资源规划和综合利用水平更加合理化、科学化。