清洁生产审核无化学反应工艺过程物料平衡建立及定量分析方法应用

文_叶新 北京正丰易科环保技术研究中心

清洁生产审核评估阶段物料平衡的建立是量化追踪物质利用效率，提高清洁生产审核效果的重要工具。北京市率先颁布了《工业企业清洁生产审核物料平衡技术导则》（DB11/T-2016）（简称“导则”），明确了基于物质流分析模型为基础的工业企业清洁生产审核物料平衡建立的流程、方法等。导则指出审核重点无化学反应工艺过程物料平衡的建立、评估与分析包括成分利用效率相等与成分利用效率不等两种情形。本文分别选取无化学反应过程中常见的成分利用效率相等的输送工艺过程及成分利用效率不等的含水物料的脱水工艺过程为例进行应用分析。

1 输送工艺过程物质利用效率定量分析的审核方法

1.1 输送过程物质利用效率参数地建立

图1 为混合均匀的粉状干燥药物机械输送工艺过程的输入输出物质流模型示意图。

图1 输送工艺过程的输入输出物质流模型示意图

为便于分析讨论，图中各参数的含义如表1 所示。

表1 输送工艺过程的输入输出物质流模型参数之含义

为提高输送过程物质利用效率，需寻找残余物的产生部位、分析残余物的产生原因。对于混合均匀的粉状固态干燥药物的输送工艺过程，实际工作中一般总物料量数据比较容易获取，审核中制定输入输出物料实测方案时首先考虑建立总物料量的平衡关系

通过建立的总物料质量平衡关系可以得到混合均匀的粉状固态干燥药物的利用效率：；另一方面，还可以清晰得到粉状固态干燥药物的流失率，如：总流失率为还可以明确知道粉状固态干燥药物经由各种不同途径的流失情况，如因挂壁形成的流失率为在各设备节点处的流失率为

除上述利用平衡关系式获得的效率参数，审核中还可以结合已有的指标对残余物的产生原因及解决方案提供可能依据。如设备最大输送能力与实际利用比例：等。

1.2 效率参数的评价

首先，生产过程及其物质利用效率的评估。如针对技术工艺水平与设备装备的评估，采用什么样的技术工艺基本上决定了混合均匀的粉状固态干燥药物的利用效率，利用效率的大小可以与国内外水平进行比较，判断出所处的效率水平的位置，最佳的技术工艺水平与最低的技术工艺水平相比，混合均匀的粉状固态干燥药物的利用效率相差甚远。设备与装备作为技术工艺的具体体现，配合定期的设备维护与保养是确保技术工艺得以实现并达到优化水平的条件之一。如输送设备内部若存在死角、表面粗糙等状况将导致残余物挂壁量增加，影响物质利用效率，需改进设备内部，避免死角、表面粗糙等状况。

其次，对残余物产生状态的评估。如流失途径，此输送过程粉状固态干燥药物的流失途径主要包括粉状固态干燥药物因挂壁形成的流失和在各设备节点处的流失，获得的流失率参数可以判断各种途径物质的流失状况，并且经由这些途径产生的残余物需作为审核分析对象，分析其产生的原因。

最后，为备选方案的产生提供排查思路及相关依据。通过对各种粉状固态干燥药物的输送过程各种效率参数的评估及残余物产生原因的分析，可以提出各种可能的备选方案，结合单元残余物的类型，考虑采用各种备选方案的优先顺序。如粉状固态干燥药物因挂壁形成的残余物和粉状固态干燥药物在各设备节点处的残余物属于无组织无目的的单元残余物，审核中应优先考虑能杜绝或避免这类残余物产生的各种备选方案，为后续方案的产生及筛选提供可能的依据。

此外，设备最大输送能力与实际利用比例关系可以判断设备是否处于满负荷运转状态，提高设备使用率。

2 含水物料的脱水工艺过程物质利用效率定量分析的审核方法

2.1 脱水工艺过程物质利用效率参数地建立

为便于分析讨论，图2 中各参数的含义如表2 所示。

图2 制浆脱水工艺过程的输入输出物质流模型示意图

表2 制浆脱水工艺过程的输入输出物质流模型参数之含义

实际审核中考虑到纤维是目标产物，具有高经济价值且若进入水体，将增加水体COD；另外，制浆造纸是耗水大户并且脱出的水进入污水处理系统，是环境指标项。因此确定靶成分为纤维和水。分别建立靶成分-纤维的质量平衡关系表达式和水的质量平衡关系表达式：

脱水工艺过程输入的靶成分——纤维直接进入目标产物流，通过建立的纤维的质量平衡关系可以得到脱水工艺过程纸浆纤维的物质利用效率：；以及纤维的流失率：

2.2 效率参数的评价

通过获取的效率参数对脱水工艺过程进行评价。

首先，生产过程及其物质利用效率的评估。如针对技术工艺水平与设备装备的评估，利用纸浆纤维的物质利用效率可以判断此数值是否在同等条件下物质利用效率正常范围内。由于此压榨工艺过程的流失纤维属于有组织无目的的残余物，审核中应该优先考虑审核中应优先考虑避免或杜绝此类残余物产生各种备选方案，以及可促使这类残余物产量最小化的各种清洁生产备选方案、直接再利用及资源化循环等方面的备选方案。

其次，对残余物产生状态的评估。特别是用于残余物产生原因的分析，纤维做为目标产物，由纤维流失率可以判断此过程纤维流失状况。但此工艺过程脱水是主要目的之一，因此脱水效率是评估此工艺过程效率的重要指标之一，实际脱水效率的高低与理论脱水效率进行比较，若与理论值存在差异，寻找存在差异的原因。

最后，为备选方案的产生提供排查思路及相关依据。此工艺过程脱出来的水为有组织有目的的单元残余物，审核中应优先考虑促使压榨单元脱出来的水最小化的备选方案，然后考虑直接再利用及资源化再循环等方面的备选方案。同时，通过对各种效率参数的评估，对各种残余物的产生原因可以进行排查，为方案的产生筛选提供参考依据。

3 结语

对审核重点而言，无化学反应工艺过程鉴别残余物流的产生情况、排查分析残余物的产生原因、以及寻找并确定有效的清洁生产方案，始终应围绕着建立可以表达审核重点工艺过程物质运动规律及其利用效率的输入输出物质流质量平衡关系这一核心展开。而后通过获取的效率参数对工艺过程进行相关后续评价分析，生产过程及其物质利用效率的评估、残余物产生状态的评估、备选方案的产生排查等。