王 杰

（寧夏寧東水務(wù)有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750001）

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展、人口數(shù)量增加和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)以及城鎮(zhèn)生活用水量逐年增大，水資源緊缺的形勢日益嚴峻。黨的十八大以來，習(xí)近平總書記多次就治水發(fā)表重要論述，形成了新時期我國治水興水的重要戰(zhàn)略思想。習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，賦予了新時期治水的新內(nèi)涵、新要求、新任務(wù)，為強化水治理、保障水安全指明了方向。《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)實行最嚴格水資源管理制度考核辦法的通知》（國辦發(fā)〔2013〕2號）、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)〔2015〕17號，簡稱“水十條”）、《水利部國家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)“十三五”水資源消耗總量和強度雙控行動方案的通知》（水資源〔2016〕379號）文件精神，均明確提出“將節(jié)約用水貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)全過程”。

根據(jù)國家發(fā)改委2017年發(fā)布的《節(jié)水型社會建設(shè)“十三五”規(guī)劃》：“引導(dǎo)鋼鐵、石油和化工、電力、煤炭、造紙、紡織、食品等高耗水行業(yè)的既有產(chǎn)能向高效節(jié)水方向調(diào)整”，本文在對寧夏回族自治區(qū)寧東能源化工基地某煤化工企業(yè)的用水系統(tǒng)進行深入了解的基礎(chǔ)上，分析該企業(yè)用水情況及節(jié)水潛力，從而針對性地提出相應(yīng)的節(jié)水優(yōu)化方案，為同類煤化工企業(yè)用水節(jié)水提供參考。

1 企業(yè)基本情況

本文調(diào)研企業(yè)是一家綜合性煤化工企業(yè)，建設(shè)有煤礦工程、洗煤、焦化、煤制甲醇、甲醇制烯烴、副產(chǎn)品深加工及配套動力、污水處理等項目。

企業(yè)主要用水環(huán)節(jié)包含生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、復(fù)用水系統(tǒng)（包括凝結(jié)水精制系統(tǒng)、污水處理站等）、附屬生產(chǎn)用水系統(tǒng)（提供生活和綠化用水）等。通過對用水系統(tǒng)的深入了解、分析和挖潛，企業(yè)具有節(jié)水潛力的主要用水環(huán)節(jié)為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)濃鹽水回用和蒸汽冷凝水回用等。

2 企業(yè)節(jié)水潛力分析

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水潛力分析

循環(huán)冷卻水作為企業(yè)中重要的一種水資源，對企業(yè)的運行具有重要的作用。由于工業(yè)企業(yè)的能耗較高，作為冷卻用途的循環(huán)冷卻水的用水量往往也比較大，對它的合理使用往往也能夠起到較好的節(jié)水效果。

目前，對于循環(huán)水而言，對補水量影響較大的因素是系統(tǒng)濃縮倍率和蒸發(fā)風(fēng)吹損失率。影響因素包括大氣溫度、水源供應(yīng)情況、冷卻塔的型式、操作條件、冷卻水的溫差、流速、換熱器最高表面溫度、補充水的化學(xué)組成和水質(zhì)穩(wěn)定劑的種類等。以下分別對企業(yè)全廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍率及蒸發(fā)風(fēng)吹損失率進行分析，挖掘相應(yīng)節(jié)水潛力。

表1 企業(yè)各循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.1.1 濃縮倍率 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍率是該循環(huán)冷卻水的含鹽量與其補充水的含鹽量之比。濃縮倍率的大小直接反映了循環(huán)水系統(tǒng)的水耗情況，通過提高濃縮倍率的方法，可以降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排水量及補水量。同時，濃縮倍率能否保證在合理的范圍內(nèi)運行，一方面取決于系統(tǒng)條件，另一方面還取決于企業(yè)的運行管理水平。

本文調(diào)研企業(yè)共有12個間接循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，每天對各個系統(tǒng)的水質(zhì)進行檢測，檢測項目包括pH、濁度、鈣離子、氯離子、電導(dǎo)率、濃縮倍率等17項指標，本文收集了連續(xù)31 d的水質(zhì)檢測結(jié)果，其中各系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍率實測數(shù)據(jù)（見表1）。

從表1可看出，企業(yè)各循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍率平均值范圍為2.20～9.90，其中平均值≥3的循環(huán)水系統(tǒng)有6個，＜3的循環(huán)水系統(tǒng)有6個。根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50050-2017）“間冷開式系統(tǒng)的設(shè)計濃縮倍率不宜小于5.0，且不應(yīng)小于3.0”的要求，該企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍率尚有很大的提升空間。

對兩組患者治療效果觀察[1],評價分為:①臨床癥狀基本消失,宮頸涂片正常,宮頸組織柔軟光滑,未見糜爛面,且無觸痛情況,視為顯效;②臨床癥狀有極大程度的緩解,有小范圍糜爛面,視為有效;③癥狀無變化,視為無效。取其中顯效、有效例數(shù)納入有效率計算中。同時,引入疼痛評價評分方法VAS,對術(shù)后患者疼痛情況觀察,疼痛評分0-10分,疼痛程度越嚴重最終得分結(jié)果越高。另外,術(shù)后半年隨訪,了解患者復(fù)發(fā)情況。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，部分循環(huán)冷卻水系統(tǒng)受運行環(huán)境影響較大，如11#和12#循環(huán)水池由于靠近煤場，空氣中粉塵含量較高，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濁度指標影響較大，增加了系統(tǒng)排水量，導(dǎo)致循環(huán)水濃縮倍率偏低。因此企業(yè)應(yīng)對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)周邊環(huán)境進行治理，加強水質(zhì)指標考核，以提高運行管理水平的方式促進循環(huán)水濃縮倍率的提高。

以1×104m3/h循環(huán)水量的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為例，當循環(huán)水濃縮倍率從3提升至4時，可節(jié)約補水量11 %；從4提升至5時，可節(jié)約補水量6 %；從5提升至6時，可節(jié)約補水量4 %；從6提升至7時，可節(jié)約補水量3 %；從7提升至8時，可節(jié)約補水量2 %。因此，企業(yè)可通過優(yōu)化循環(huán)冷卻水處理工藝的方式，提高冷卻水系統(tǒng)濃縮倍率，如可采取較先進的零排放處理工藝[1]，可大幅度降低系統(tǒng)排水，從而減少系統(tǒng)用水量。

2.1.2 蒸發(fā)風(fēng)吹損失率 調(diào)研企業(yè)12個間接循環(huán)冷卻水系統(tǒng)總補水量4×104m3/d，其中排污損失約1×104m3/d，蒸發(fā)風(fēng)吹損失約3×104m3/d，蒸發(fā)風(fēng)吹導(dǎo)致補水占比75 %，綜合蒸發(fā)風(fēng)吹損失率為1.04 %。循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)風(fēng)吹損失水量較大且占比較高，如對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行技改，減少其蒸發(fā)風(fēng)吹損失水量，將產(chǎn)生顯著的節(jié)水效果。

2.2 濃鹽水回用節(jié)水潛力分析

調(diào)研企業(yè)建設(shè)的化學(xué)水處理系統(tǒng)產(chǎn)生濃鹽水約0.8×104m3/d，其中50 %回用于其他用水環(huán)節(jié)，剩余50 %送至濃鹽水池暫存，該部分暫存濃鹽水水量較大，具有較高的回收利用潛力[2]。濃鹽水含鹽量高、硬度大，但水質(zhì)較穩(wěn)定，經(jīng)檢測，濃鹽水溶解性固體總量（TDS）一般維持在5 000 mg/L～8 000 mg/L，參考同類企業(yè)濃鹽水處理經(jīng)驗，采取適當?shù)墓に噷⒃摬糠譂恹}水進行深度處理，使其水質(zhì)達到工業(yè)回用水需求，則可進一步提高企業(yè)水重復(fù)利用率，減少新鮮水用量。

2.3 蒸汽冷凝水回收節(jié)水潛力分析

調(diào)研企業(yè)蒸汽冷凝水回收率為75 %，回收利用水平較高。但冷凝水的回收利用仍然存在一定的節(jié)水潛力，通過現(xiàn)場調(diào)查，企業(yè)公用管網(wǎng)存在不同程度的蒸汽導(dǎo)淋伴熱疏水未回收、冷凝水直排、蒸汽放空等問題。同時，存在冷凝水未收集至企業(yè)凝結(jié)水精制系統(tǒng)而直接用于循環(huán)水補水的情況。由于冷凝水水質(zhì)較好，經(jīng)精制系統(tǒng)處理后與脫鹽水水質(zhì)相當。因此，企業(yè)可采取相應(yīng)措施，加大冷凝水回收力度，同時應(yīng)避免冷凝水用于循環(huán)水補水，按照“高水高用”的原則，將冷凝水盡可能的回收到精制水系統(tǒng)，從而減少脫鹽水制備所需的新鮮水量[3]。

3 企業(yè)節(jié)水優(yōu)化方案

以“按質(zhì)用水，高水高用，低水低用”為指導(dǎo)，本文對企業(yè)用水提出以下節(jié)水優(yōu)化方案，優(yōu)化方案排序總體上遵循“合理投資、先易后難”的原則。

3.1 循環(huán)水系統(tǒng)提高濃縮倍率節(jié)水優(yōu)化方案

3.1.2 優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)處理工藝節(jié)水優(yōu)化方案 優(yōu)化循環(huán)水處理方式是濃縮倍率提高的根本途徑，根據(jù)工業(yè)企業(yè)對循環(huán)水系統(tǒng)技改的成功經(jīng)驗，采用弱酸樹脂交換、石灰軟化-加酸-旁濾加藥、旁流弱酸處理、反滲透脫鹽等處理工藝以及開發(fā)新藥劑等方式，可有效改善循環(huán)水水質(zhì)，提高循環(huán)水濃縮倍率，減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污量。經(jīng)計算，如將企業(yè)濃縮倍率＜5的循環(huán)水系統(tǒng)均提高到5的水平，年可節(jié)約新水量109×104m3。

3.1.3 循環(huán)水系統(tǒng)零排放節(jié)水優(yōu)化方案 根據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)部分工業(yè)企業(yè)已通過委托運營的方式引入?yún)^(qū)外專業(yè)技術(shù)單位開展循環(huán)水零排放技改，針對全廠循環(huán)水系統(tǒng)進行零排放改造，對全廠循環(huán)水系統(tǒng)投加零排放藥劑及輔助藥劑，循環(huán)水系統(tǒng)中鹽分、COD、BOD等成分定期經(jīng)板框式壓濾機壓濾生成泥餅外運處理。根據(jù)現(xiàn)狀運行情況，各循環(huán)水系統(tǒng)在長期不排水的情況下，所冷卻的設(shè)備、管道未結(jié)垢，不影響設(shè)備設(shè)施正常使用壽命，腐蝕性等考核指標未超過國家相關(guān)標準，對設(shè)備不造成損害。本文調(diào)研企業(yè)可委托區(qū)外專業(yè)技術(shù)單位，基于全廠各循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行指標要求，開展專項可行性研究，實施符合煤化工裝置生產(chǎn)要求的零排放節(jié)水技改。根據(jù)零排放技改水質(zhì)檢測結(jié)果，循環(huán)水濃縮倍率維持在8～10，實施循環(huán)水系統(tǒng)零排放優(yōu)化方案，年節(jié)水效益更為可觀。

3.2 循環(huán)水系統(tǒng)降低蒸發(fā)風(fēng)吹損失節(jié)水優(yōu)化方案

本文調(diào)研企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)采用風(fēng)機變頻控制循環(huán)水上水溫度，溫度控制范圍29 ℃～32 ℃，從運行管理角度來說具有一定的節(jié)水效果。

根據(jù)前文節(jié)水潛力分析，循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)風(fēng)吹損失用水量較大且占比較高，究其損失原因，循環(huán)冷卻塔進塔空氣與水在填料層充分接觸混合，產(chǎn)生飽和熱濕空氣，在冷卻塔風(fēng)扇作用下，飽和熱濕空氣在塔內(nèi)逐漸上升，與塔外進入的冷空氣進行接觸，熱濕空氣溫度逐漸下降，并逐步呈過飽和狀態(tài)，形成小水滴，開始凝結(jié)成水霧，至塔頂處水汽凝結(jié)達到最大程度，在塔頂形成霧汽團。塔頂排出的濕熱空氣所攜帶水分為蒸發(fā)損失，隨氣流帶出的水滴為風(fēng)吹損失，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)蒸發(fā)風(fēng)吹損失主要體現(xiàn)在塔頂水霧部分。因此在蒸發(fā)水汽出塔前，采用一定的設(shè)備，就可以回收冷卻塔內(nèi)的飽和蒸發(fā)水汽，達到節(jié)水目的。

針對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)開展冷卻塔除霧節(jié)水技改，對蒸發(fā)水汽進行回收利用，對于降低系統(tǒng)蒸發(fā)風(fēng)吹損失達到節(jié)水目的具有較好的效果。根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀，可考慮在冷卻塔上部增設(shè)蒸發(fā)水汽回收裝置，該裝置為具有特殊結(jié)構(gòu)的冷凝模塊，通過給飽和蒸發(fā)水汽降溫及提供水蒸氣凝結(jié)的核進行水汽回收。裝置核集合降溫、凝水、親水聚結(jié)、疏水集水等技術(shù)，通過冷凝模塊高效的在環(huán)境冷風(fēng)和高溫飽和濕空氣之間快速、高效地傳遞熱量，從而實現(xiàn)冷卻塔頂水汽的回收，降低系統(tǒng)蒸發(fā)風(fēng)吹損失率。參考已完成該項技改工作企業(yè)的經(jīng)濟評價，節(jié)水技改回收水量可占到冷卻塔蒸發(fā)風(fēng)吹損失量的25 %左右，技改投資占冷卻塔投資的20 %。以本文調(diào)研企業(yè)全廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)蒸發(fā)損失量為基數(shù)，實施該項節(jié)水優(yōu)化方案，年可節(jié)約補水量227×104m3。

3.3 濃鹽水回用節(jié)水優(yōu)化方案

根據(jù)前文節(jié)水潛力分析內(nèi)容，基于企業(yè)暫存濃鹽水水質(zhì)情況，可考慮采取“預(yù)處理+組合膜處理+二級反滲透+蒸發(fā)結(jié)晶”處理工藝，該工藝流程合理，控制簡單，操作方便，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水滿足循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補水要求。企業(yè)年濃鹽水暫存量118×104m3，處理系統(tǒng)綜合出水率可達到90 %，則全年可節(jié)約新鮮水量106×104m3。該優(yōu)化方案不足之處為濃鹽水處理成本較高，噸水處理成本在15～20元/立方米，企業(yè)需綜合考慮水資源及環(huán)保管理等相關(guān)要求，進行相關(guān)可行性研究，對實施節(jié)水技改的經(jīng)濟、社會及環(huán)境效益方面進行專項評價，論證可行性。

除增加濃鹽水的處理深度外，企業(yè)可考慮將濃鹽水的回用范圍加大，逐步將濃鹽水回用于全廠消防水系統(tǒng)及煤礦副井補水。井下用水主要用于煤礦開采時的噴霧降塵，對水質(zhì)要求不高，企業(yè)可對煤礦副井增設(shè)濃鹽水回用管道替換現(xiàn)狀新鮮水，年可節(jié)約新鮮水量30×104m3。

3.4 蒸汽冷凝水回收節(jié)水優(yōu)化方案

化工裝置運行過程中，蒸汽也是至關(guān)重要的能源之一。蒸汽在管中流動，隨著時間的推移，蒸汽溫度下降，加上管道阻力的作用，蒸汽的壓力下降，必然會有部分蒸汽冷凝成液體，管道加裝排空閥排出凝液，防止出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。低壓汽用量較少或飽和蒸汽降級處理并入低壓汽系統(tǒng)時，低壓蒸汽容易過剩，為了維持低壓汽系統(tǒng)穩(wěn)定，需采用排空的方法控制低壓汽壓力。凝液和蒸汽間歇排空，排放量較小，經(jīng)常被忽視，若采取有效措施對排空的凝液和蒸汽進行回收利用，能夠達到一定的節(jié)水效果。針對企業(yè)現(xiàn)狀公用管網(wǎng)存在的蒸汽導(dǎo)淋伴熱疏水未回收、冷凝水就地排放等問題，企業(yè)可委托專業(yè)設(shè)計單位根據(jù)廠區(qū)的實際情況完善冷凝水回收系統(tǒng)，將現(xiàn)狀未回收以及就地排放的冷凝水統(tǒng)一回收至凝結(jié)水精制系統(tǒng)。

根據(jù)前文節(jié)水潛力分析，企業(yè)目前冷凝水用于循環(huán)水年補水量為63×104m3。按照“按質(zhì)用水，高水高用，低水低用”的原則，企業(yè)可將該部分循環(huán)水補水替換為新鮮水或中水，冷凝水回收至凝結(jié)水精制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)處理進行深度利用。通過優(yōu)化后，該部分冷凝水回收至凝結(jié)水精制系統(tǒng)作為除鹽水繼續(xù)利用，可間接減少除鹽水制備所需新鮮水量，年節(jié)約水量12×104m3。

4 結(jié)論與討論

本文重點對寧東能源化工基地某煤化工企業(yè)用水情況及節(jié)水潛力進行了分析，并提出相應(yīng)的節(jié)水優(yōu)化方案。該企業(yè)有以下三個用水環(huán)節(jié)具有節(jié)水潛力，可通過技改或加強運行管理等方式達到節(jié)水目的：

（1）企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍率較低，可加強運行管理水平、優(yōu)化循環(huán)冷卻水處理工藝，從而減少系統(tǒng)排水、提升濃縮倍率，即可達到節(jié)約用水的目的；系統(tǒng)蒸發(fā)風(fēng)吹損失水量較大，可實施冷卻塔除霧節(jié)水技改等措施，降低蒸發(fā)風(fēng)吹損失水量，進而減少補水量，達到節(jié)水目的。

（2）企業(yè)化學(xué)水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的濃鹽水目前無法完全回用，增設(shè)濃鹽水深度處理設(shè)施、擴大濃鹽水回用范圍等方案，均可將閑置的濃鹽水充分利用起來，避免水資源浪費。

（3）企業(yè)公用管網(wǎng)仍存在蒸汽導(dǎo)淋伴熱疏水未回收、冷凝水就地排放等問題，需完善冷凝水回收系統(tǒng)；冷凝水水質(zhì)較好，部分冷凝水直接回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補水，不符合“高水高用”的原則，可調(diào)整回用方案，綜合節(jié)水。

綜合看來，同類型化工企業(yè)在生產(chǎn)運行過程中，可重點關(guān)注循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)濃鹽水回用和蒸汽冷凝水回用等3個用水環(huán)節(jié)，可按照提升循環(huán)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)濃縮倍率、降低蒸發(fā)風(fēng)吹損失率、提升化學(xué)水處理系統(tǒng)濃鹽水回用率和蒸汽冷凝水回用率、優(yōu)化回用方案等方向，依據(jù)企業(yè)實際情況，采取有效節(jié)水措施，提升企業(yè)用水水平。