城市是工业的主要集中地。据《城市建设统计年报》资料,1997年全国城市总用水量(不含火力发电用水)为432.2亿m3,其中工业总用水量为257.52亿m3,约占城市总用水量的60%。在工业总用水量中约80%由工业自备水源供给,其余20%由城市供水系统供给,其值约占城市总供水量的18%。由于工业用水量大、供水较集中、节水潜力相对较大且易于采取节水措施,因此工业用水一直是城市节水的重点。
(一)工业节水基本类型
根据工业生产特点,工业节水的基本类型大致分为三类。
1.系统节水
为提高生产用水系统的用水效率,即通过改变生产用水方式提高水的复用率,简称“系统节水”。系统节水一般可在生产工艺条件基本不变的情况下进行,故较易实现。
2.管理节水
为通过加强用水(节水)管理减少水的损失,或通过利用海水、苦咸水或其他低质水(如雨水等)、大气冷源、人工制冷等减少淡水用量或冷却水量,提高用水效率。这类节水有时简称为“管理节水”。
3.工艺节水
通过实行清洁生产、改变生产工艺或生产技术进步、采用少水或无水生产工艺和合理进行工业生产布局,以减少水的需求,提高用水效率。此即所谓的“工艺节水”。工艺节水涉及工业生产原料路线与政策,涉及生产工艺方法、流程与设备,涉及工业产品结构、生产规模、生产组织及生产布局,总之几乎深入涉及工业生产的各方面。因此,工艺节水是更为复杂、更加长远的根本节水类型。工艺节水效果主要由绝对节水考核指标反映,也会对相对节水考核指标产生间接影响。
上述三种节水类型在节水水平分析评价上往往互相影响,有时甚至难以区分。从长远看,在前两种节水类型特别是系统节水的作用逐渐减弱之后,工艺节水的作用将日益突出,其节水效果也会日渐明显。可以说工艺节水是影响深远、蕴含极大潜力的节水途径。
(二)工业节水状况
表5-7和表5-8分别显示我国主要工业行业和部分主要城市的用水(节水)状况。
表5-7 全国主要工业行业用水(节水)状况
续表
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表5-8 部分主要城市节水考核指标
注 数据引自1988年、1991年、1996年《城市节水统计年鉴》,未扣除火力发电厂用水。
由表5-7可见,目前我国主要工业的单位产品取水量指标,除纯碱、合成氨与国外同类先进指标值相当外,其余绝大多数约高出同类先进指标值的2~3倍,部分行业的差距更大;从复用率看,总体上现状值超过80%的不多,国内外也存在差距。此外,在国内同行业的企业之间,用水(节水)水平的差别甚大,发展极不平衡。由于单位产品取水量或万元产值取水量大体上可综合反映包括系统节水、管理节水和工艺节水措施在内的各种因素对生产用水状况的影响,因此,可以说目前国外先进用水(节水)指标值即为我国各工业行业今后10~20年甚至更长时间可达到的用水(节水)水平。这点同表5-7中2010年节水规划目标是吻合的。据此判定,经10~20年的努力,我国工业生产用水的节水潜力或用水效率大致可提高2~3倍或更多。考虑到今后系统节水与管理节水的作用将逐渐减小,节水工作的重点应逐步转向工艺节水,节水进程将主要依赖于工业企业改造与生产技术进步,节水性质会更趋复杂,难度亦会增大。在这种情况下,单纯依靠行政、计划手段恐难奏效,加强经济杠杆与市场机制作用,即加大促进企业节水动力的措施势在必行。(www.daowen.com)
表5-8的数据是以城市为基础的统计值,但实际上仍以工业节水考核指标为主。鉴于城市间用水构成、工业结构以及影响用水的条件差异较大,各城市的节水水平无绝对比较意义,不过可大体看出以下几点。
(1)各城市的节水水平主要是其中的工业节水水平在逐年提高。
(2)缺水地区城市节水水平相对较高,但丰水地区如广州、重庆等城市偏低,地区间差距很大。
(3)在水的复用率提高幅度不大和生产工艺条件没有较大变革的条件下,各城市的万元产值取水量在最近5年之内普遍大幅度下降,一般达50%~70%之多。从工业企业实际节水状况看,可能的原因之一是先前对工业用水复用率基数估计偏高,大量循环冷却水设备或回用水设备未充分发挥作用,之后其节水能力随节水工作的发展逐步得以提高;此外统计数据失实也是可能的。
(4)从国外城市先进的节水水平(Vwf=30~40)看,1996年我国多数大城市的万元产值取水量仍偏高。按表5-7所示情况及大城市生活用水状况变化分析,今后10~20年这些城市的节水潜力——万元产值取水量,大城市一般可减少40%~60%,中小城市及县城应更大,因为目前其节水工作相对落后、生活用水水平提高较慢。
(5)缺少可真实综合反映城市节水水平的考核指标。
(三)工业节水潜力分析
据统计,从1983~1997年,我国城市工业用水复用率从20%上升到63%,万元产值取水量从495m3/万元下降到89.8m3/万元。据此估计,取得这种节水效果的贡献份额大致是:系统节水约占65%,管理节水和工艺节水共占35%。可见,如果扣除管理节水的贡献,15年来工艺节水的份额是很有限的。按照我国城市2010年节水技术规划,若2010年工业用水复用率平均达到75%,工业万元产值取水量平均下降50%~70%,则除去份额很少的系统节水与管理节水的贡献外,今后绝大部分节水效果应通过工艺节水实现。后者节水潜力范围广泛,且无止境。现将有关情况概括如下。
1.系统节水潜力
由表5-7可见,就复用率而言,除钢铁、火力发电、石油化工等行业接近饱和外,多数工业行业的复用率在今后10~20年总体上能提高5~15个百分点不等,即可使万元产值取水量相应下降6%~20%,系统节水的潜力有限。考虑到工业用水系统的实际用水效率可能低于统计指标值,系统运行状况不佳以及节水工作发展极不平衡,因此,今后系统节水仍应受到关注,且应常抓不懈。根据工业行业的用水特点,系统节水措施应各有侧重。例如:对于大量工业节水基础薄弱的中小企业首先仍是提高冷却水循环利用率。对于已具备一定节水水平而进一步提高冷却水循环利用率受到客观条件限制的行业,应考虑加强废水回用(如机械行业、冶金企业)或改进冷却方式和冷却设备以提高冷却效率(如食品饮料行业)。对于水的复用程度已很高的行业,如火力发电、石油化工和钢铁联合企业,应考虑增加浓缩倍数、循环比以减少新水补给量。发展汽化冷却技术(如冶金行业)、空气冷却技术(如火力发电),可以成倍地减少冷却水量,其节水潜力将突破上述由提高复用率所能达到的节水限度。此外,实行工业用水系统外部废水回用,即将处理后的城市污水作为工业用水系统特别是循环冷却水系统的补给水,也可较大幅度地替代新水量,其节水潜力为工业生产用水的5%~10%或更多。
2.工艺节水潜力
如上所述,在今后10~20年内,工艺节水的潜力为:总体上应使单位产品取水量减少25%~60%或更多(扣除系统节水潜力)。随着科学技术进步与生产技术发展,工艺节水的潜力应该是无限量的,不过从目前生产技术状态出发影响工艺节水潜力因素大致有以下几点。
(1)采用新工艺方法、流程和设备。这是节水最主要的影响因素。例如,在食品饮料行业的发酵工艺中(味精、酒精、啤酒业),采用新菌种或其他新工艺可使单位产品取水量减少50%~70%。在氯碱生产中,以离子膜法替代隔膜法,可使单位产品的取水量减少50%左右。在一些工业冷却、洗涤工艺中,采用物料冷却、逆流洗涤流程,可节水60%~70%。在罐头、化工生产工艺中,采用高效冷却器约可节约冷却水30%。
(2)少水、无水生产工艺。目前在制革、纸浆等工业中已有应用,但还有节水潜力,从长远看,在其他一些工业行业中仍有推广前景。
(3)清洁生产。无疑会有相当的节水效益,考虑到清洁生产与其他工艺节水因素密不可分,其节水潜力难以单列,但从水污染治理角度看,清洁生产的意义将远超过其节水效益。
(4)发挥经济规模效应。这是我国工业技术改造与发展所普遍面临的问题。可以说,目前我国几乎所有工业行业都为企业小而多、工艺技术与管理落后、生产低效高耗等问题所困扰。从表5-7不难看出,在同行业中单位产品取水量或万元产值取水量先进与落后指标值一般都相差数倍以上。总体上估计(而不是单个行业或企业),其节水潜力在25%~30%以上。
(5)产品结构、工业布局及其他因素。从节水角度看,主要影响水资源合理利用,如是否有利于串联用水的组合和废水集中回用,其节水潜力可另作专门研究。
3.管理节水潜力
通常可纳入系统与工艺节水管理范畴,因此难以单独估计其节水潜力,管理节水对于老企业、小企业仍值得重视。另外,值得引起重视,但在本专题中没有作专门研究的重要问题是提高水价对促进节水的影响。
从总体上讲,上述节水潜力同今后10~20年节水规划目标要求基本一致,经努力届时可使目前的工业取水量与工业发展对水的需求相适应。从更长远发展看,由于在水资源有效利用程度上,我国同经济发达国家相比差距还很大,若按单位国民生产总值取水量计算高出3~10倍,因此从包括城市与工业在内的更大范围而言仍有相当节水潜力。
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