有色金属行业工业用水综合集成最优化技术的开发.pdf

第5 2 卷第4 期 2 00 0 年1 1 月 有 色金 属 N N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N O ．4 N o 、，e m b e r200 f 有色金属行业工业用水综合集成最优化技术的开发 成先红，吴义千，杨晓松，汪靖，关晓东 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要根据中国西部大型有色企业目前普遍存在的水资源短缺、水利用率不高、浪费严重等问题，分析挖掘了其蕴藏的巨 大的节水潜力。在介绍国内外概况及发展趋势的基础上，提出大型企业[ 业用水综合集成最优化技术．即集“生产系统一排污系统 一循环系统”的信息采样、预测、预报和预控为一体，改变大型企业在水资源利用方面传统的高投入、高消耗、高污染的粗放型模式 为节水的集约型模式，达到综合控制和统筹运行，最终实现大幅度提高工业用水循环利用率，减少工业废水的排放量，提高大型企 业的整体社会经济效益。 关键词西部大开发；可持续发展；水资源利用；工业用水 中图分类号X 7 5 8 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 0 1 7 1 0 4 最新资料表明，我国水资源总量为2 ．8 万亿 1 T 1 3 ，居世界第6 位。但人均水量居世界第1 2 1 位， 人均水资源量 2 0 0 0 年 为2 3 0 0 m 3 ，是世界人均水 资源量的1 ／4 现行国际标准规定，人均水资源总量 2 0 0 0 m 3 ，就处于严重的缺水边缘 。我国西北5 省 水资源总量只占全国的8 ％，而且分布十分不均匀。 西部的开发，必然会增加水资源供需的紧张关系。 就目前而言，我国西部一些地区开发利用水资源的 程度已经达到1 0 0 ％，已经到了增长的极限。本文 在国家大力提出节约用水的背景下，为大型有色企 业如何大幅度提高工业用水循环利用率、节约用水、 减少废水排放提出一种科学合理的方法。 1有色金属行业工业用水概况 近2 0 年来，我国有色金属工业一直持续快速发 展，从1 9 9 5 年起，已成为总产量位居世界第2 位的 有色金属工业大国。1 9 8 5 ～1 9 9 8 年，我国1 0 种有 色金属产量年平均递增1 0 ．2 8 ％，1 9 9 8 年达6 1 6 万t 见图1 。 随着有色金属工业的不断发展，工业用水也不 断增加，1 9 9 0 ～1 9 9 7 年，有色行业每年工业用水从 2 2 ．1 亿t 增加到2 5 ．3 亿t 。我国西部地区重点有 色企业有新疆公司、兰州公司、西安公司、金川公司 和白银公司等8 家。1 9 9 7 年这8 家公司的工业用 水总量为6 0 7 9 6 ．3 1 万t ，占有色行业总用水量的 24 ％，平均复用率为7 3 ．2 7 ％。各企业工业用水情 作者简介成先红 1 9 5 6 一 ，女，教授级高级工程师 一 k 、 面嗍 定 图11 9 8 5 ～1 9 9 8 年有色金属产量变化趋势 况见表1 。1 9 9 7 年我国有色工业万元产值耗水量为 3 0 9 ～4 4 1 t ，我国工业平均耗水强度为1 5 9 t ／万元产 值，而美国和日本工业平均耗水强度只有9 和7 t ／万 元产值，差距惊人。 表11 9 9 7 年西部有色公司和重点企业 的工业用水情况 目前世界上应用英国I S P 铅锌冶炼工艺 密闭 鼓风炉 的有1 3 个国家的1 4 个企业 包括中国的1 个 。在水资源利用方面，这1 4 个企业有着明显的 不同。以排放废水量为例，国外工厂均在1 6 7 t ／h 以 万方数据 1 7 2有色金属第5 2 卷 下，有的还实现了零排放，其工业水循环利用率均在 9 5 ％以上。而同类规模的中国厂排放废水却达到 2 5 0 0 t ／h ，是国外同类企业废水排放量的1 5 ～1 2 5 倍；水循环利用率8 0 ％，比国外低1 5 ％～1 6 ％。国 内外I S P 铅锌企业工业用水情况见表2 。 表2 国内外I S P 铅锌企业工业废水排放情况 国家⋯称慧鬻竺搿警葶昂 综上所述，我国有色行业的工业用水量大，循环 利用率低且浪费严重，与国外相比差距很大，同时也 揭示了有色行业蕴藏着巨大的节水潜力。 2大型企业工业用水综合集成最优化 技术内容及实施程序 2 ．1 最优化技术内容 大型企业工业用水综合集成最优化技术，其内 涵是无害化、资源化和集成化，其关键技术是集成化 即集“生产系统一循环系统一排污系统”的信息采集 和预测、预报、预控为一体，达到综合控制和统筹运 行，最终实现“1 1 2 ”，大幅度提高工业用水循环 利用率的目的。最优化技术内容包括 1 大水量低浓度的工业废水无害化和资源化 的最优化处理技术，包括减少工业废水的处理量和 最优化的综合利用技术。 2 工业循环水最优化、资源化技术，包括工业 循环水回用技术难题的解决，例如高钙介质下的水 质稳定。高效率用水处理剂技术及节水减污的清洁 技术途径的探求。 3 工业用水综合集成最优化组合，包括对工业 用水的“生产系统一循环系统一排污系统”为一体， 综合统筹，实现计算机非线性动态控制模式的建立 和应用，对工业用水最优化配置的预测、预报、预控 的综合集成工程。 传统的工业废水末端处理存在两个问题一是 很少考虑无害化处理之前的最优化，即没有最大限 度地减少进入无害化处理系统的污染物的量和介质 的量。末端的无害处理工程的最优化实际上不一定 最优化，只有全过程控制即“生产系统一循环系统一 排污系统”三者结合起来，才有可能真正地挖掘出大 型企业节水的巨大潜力。二是传统的无害处理目标 主要是“达标无害化”，没有从积极的资源化角度进 行设计，没有把“处理一利用”有机地结合起来。只 有将两者结合起来，才能改变企业的水资源利用不 高、浪费严重的困境。 2 ．2 实施程序 2 ．2 ．1 企业工业用水现状调查和评价。调查内容 包括企业基本情况，生产工艺和排污情况，工业用水 及污染治理等十几个方面，调查前事先设计若干张 工作图表。 2 ．2 ，2 建立工业用水水资源平衡流动图。建立企 业水资源平衡的目的，旨在准确地判断企业各类工 业用水源，定量地确定工业用水数量、成分以及去 向，从而发现过去无组织排放或未被注意的工业水 的流失，以便为研制清洁生产用水途径提供科学依 据。从理论上讲物料平衡应满足以下公式输入 输出。根据经验，当输入和输出的误差不超过5 ％ n e a p 认为该物料的输入与输出达到了平衡。当误差 超过5 ％时则表明该平衡没有建立，即水的流失去 向没有查明，应重新查明。 2 ．2 ．3 评价和分析原因。根据企业的水资源平衡 中所揭示的问题，对每个问题进行分析和评价，大致 从下面几个方面进行。 1 技术工艺技术工艺的落后，导致工业耗水 量大；设备布置的不合理；工艺操作条件的不严格； 生产的稳定性差。 2 设备设备破旧、漏损；设备自动化控制水平 低；有关设备之间配置的不合理；主体设备和公用设 施不匹配；设备缺乏有效维护保养；设备功能不能满 足要求。 3 过程控制计量检测不齐全或监测达不到要 求；某些工艺参数 例如压力、流量、浓度等 未达到 有效控制；过程控制水平不能满足技术要求。 4 工业废水对可利用的废水未进行再次利用 和循环使用；工业废水的水质不利于后续的处理和 使用；工业废水排放数量与国内外先进水平比较。 5 管理对节约工业用水的管理条例、岗位操 作规程等未能得到有效执行；现行的管理制度不能 万方数据 第4 期成先红等有色金属行业工业用水综合集成最优化技术的开发 1 7 3 满足节约用水的需要。例如，岗位操作规程、信息交 换不畅等。 6 员工操作员工的素质不能满足要求；缺乏 优秀的管理人员；缺乏专业技术人员；缺乏熟练操作 人员。 2 ．2 ．4 提出和实施方案。方案的产生应广泛采集， 创新思路。根据水的投入一产出的平衡，分析原因， 制定方案，广泛收集国内外同行业节水减污的先进 技术，并对各种方案进行分类。节水减污的方案分 类大致可选出无费用、低费用、中费用和高费用等4 类。所谓无费用方案也即加强管理，防止跑、冒、滴、 漏等一些不要花钱的措施；所谓低费用方案也即少花 钱的一些措施，本次规定为小于1 0 万元费用的一些 措施；所谓中费用的方案，本次一般规定投资大于1 0 万元、小于5 0 万元的工程投资方案；所谓高费用方 案，本次规定投资大于5 0 万元的工程方案。 根据一般经验，在企业节水、减污方案中，大多 数还是少花钱或不花钱的方案起重要作用，花钱多 的方案只是少数，但其对提高企业水资源利用率起 着举足轻重的作用。对少数的重点方案要进行技 术、环境、经济评估。 1 技术评估。技术评估是从工程角度对工艺 方案的技术环节进行分析，说明在企业中所能达到 的节水、减污的效果，以及实施的可能性。技术评估 应重点评估以下几个方面①方案设计中采用的工 艺路线、技术设备，在经济合理条件下的先进性、适 用性；②水资源的利用率和技术途径的合理性；③技 术设备操作上安全、可靠性；④技术的成熟性。 2 环境评估。环境评估是从环境角度对工艺 方案的环境影响进行分析，这是可行性分析的核心。 环境评估应包括以下内容①水资源的消耗；②污染 物组分和二次污染；③废水的复用、循环利用和再生 回用。 3 经济评估。经济评估是从企业的角度，按照 国内现行市场价格，计算出重点方案实施后的财务 上的获利能力和清偿能力。经济评估的目标是要说 明资源利用的优势，是以项目投资所能产生的效益 为评价内容，通过分析比较，选择效益最好的方案， 为投资决策提供依据。主要经济评估指标为①现 金流量分析净现金流量；年净现金流量 F 。②动 态获利情况分析净现值 N P V ；净现值率 N P V R ；资金偿还期 N ；内部收益率 I R R 。 企业工业用水综合集成最优化技术的实施的一 般程序见图2 。 图2 工业用水综合集成最优化 技术实施一般程序 3大型有色企业实施该技术的可行性 3 ．1 企业对节水减污提高水利用率有强烈愿望 我国即将加入世界贸易组织 W T O ，W T O 要 求全球资源最优化配置，其中对环境保护有严格要 求，如果产品达不到环境要求，就不能出口。进入 W T O ，既是机遇又是挑战。韶关冶炼厂最近制定了 “技术一流、服务一流、管理一流、环保一流”的综合 水平达到国内领先和国际先进的“十五”发展目标， 在环保方面针对二氧化硫和工业废水治理，在3 ～5 年准备投入2 亿元资金，做到环境保护和企业发展 配套。该厂已对本厂的工业废水的零排放进行了可 行性研究。 3 ．2 大型企业现行工业用水存在的弊端 3 ．2 ．1 废水处理技术设备落后。自2 0 0 0 年工业污 染源要全部达标排放，1 9 9 7 年有色工业废水排放量 3 ．8 亿t ，复用率为7 2 ％，比国家标准要求的8 0 ％低 8 ％；达标率为7 0 ．4 6 ％，比国标低近3 0 ％。 我们对1 5 个矿山的采矿和选矿废水的6 种处 理技术进行调查和综合评价，其中有5 个矿山的治 理技术属于最佳实用技术，占1 5 个矿山的3 3 ％；有 8 个矿山的处理技术属较佳实用技术，占5 3 ．3 ％；其 余矿山属于一般可行性技术，占1 3 ．3 ％。 有色行业中4 个氧化铝厂废水处理方法均为平 流沉淀法，该方法不具备净化废水中碱的功能，属于 不可行技术。 3 ．2 ．2 企业工业用水无计量控制较普遍。有色大 型企业工业用水量大，而国内既缺少大用水量的计 墨 蠹 万方数据 1 7 4有色金属 第5 2 卷 量器具，又容易结垢损坏，因此常用水泵来半定量计 量．以致误差甚大。例如某大型冶炼企业现共装一、 二级水计量表1 3 0 块，装表率仅为全企业的 4 2 ．8 ％，计量率只有3 3 ％；同时在现已安装1 3 0 块 水表中，损坏的有8 9 块，计量投运率仅为2 9 ％。 3 ．2 ．3 企业工业区的生活用水量较大，许多企业不 经处理而排放。企业工业区生活用水一般是指生产 岗位清洁用水、职工洗澡用水、卫生间用水、洗手水 及厂区饮用水等。根据我们对有色的7 个企业调 查。人均生活水量在0 ．3 ～0 ．9 t ／人d 。这个值超过 一般设计标准的3 ～9 倍，生活水占工业用水的比例 4 ％～1 0 ％，生活水占新水用量的4 ％～2 9 ％。 3 ．2 ．4 水资源浪费严重。虽然有的企业地处水源 丰足地带，有的地处干旱缺水地带，然而，对水资源 浪费严重却是普遍现象。在调查中我们发现 1 跑冒滴漏现象在一些企业到处可见，有的企 业水流失量达4 7 ．2 9 万t ／a ，占企业工业用水量的 8 ．3 9 ％，占企业新水用量的1 3 ．2 5 ％。 2 部分冶炼加工企业的设备、炉体冷却用水不 按设计规定，盲目加大水压、水流量，一些岗位冷却 用水的进、出温度变化在2 ～4 ℃，而一般炉体设备 冷却水的温差设计值为8 ～1 0 ℃，这无疑增大了企 业工业用水量。 3 现有重复用水设施管理不严。如重复用水 设施不能满负荷运转或者容量不够，运转系统水质 状况不良时设施停止运转或其它原因使回水系统未 开动等。 3 ．2 ．5节约水资源的管理比较松散。大型有色企 业的显著特点是，厂区大、工艺布局分散、生产单位 和环保单位分家，生产单位往往缺乏环境和环境经 济意识，而环保单位往往也缺乏生产技术意识和生 产经济意识。在工业用水方面，生产系统、循环系 统、排污系统三者之间又不能紧密结合、统一筹划。 在“九五”期问作为国家重点攻关项目的笱兴铜矿清 洁生产示范工程的实践中，我们发现在节水的1 9 个 清洁生产方案中，属于无费用和低费用的有1 5 个， 占总方案的7 9 ％ 所谓无费用是指不需增加费用而 是加强管理措施即可实现的方案 ，可见强化管理对 节约水资源的重要性。 3 ．3 企业实施该技术的经济分析 金川有色公司是一个用水大户，人均水资源为 1 2 5 0 m 3 ，比现行国际标准规定的人均水资源量的严 重缺水边缘的2 0 0 0 m 3 ／人还低近4 0 ％。近年来，该 公司高度重视节约用水工作，也取得了一些成效。 然而目前的工业用水量较大，水的利用率也较低。 1 9 9 6 年该公司工业用水1 3 0 0 0 万t ，循环利用水 8 2 7 7 万t ，水利用率6 3 ．6 ％，这与有色行业的平均利 用率7 2 ％相比较，还低8 ％。如将目前水利用率由 6 3 ．6 ％提高到8 0 ％，每年可节约新水2 5 0 0 万t ，节 省新水费用1 2 0 0 多万元。 韶关冶炼厂在“十五”期间准备把水资源循环利 用率从目前的8 0 ％提高到9 5 ％，每年节约新水 1 7 8 2 万t ，减少废水排放量1 3 9 0 万t ，直接节水效益 1 0 0 0 万元；并在减少重金属排放的同时，每年可回 收有价金属P b 5 ．7 4 t 、C d 0 ．5 7 t 、H 9 0 ．2 8 t 、A s 2 ．8 7 t 、 Z n l l ．5 t 。 工业用水综合集成最优化技术对有色企业适应 性极强，如有色全行业循环利用率从目前7 2 ％提高 到8 0 ％，每年可节约新水2 5 0 0 0 万t ，减少废水排放 量1 6 0 0 0 万t ，直接节水经济效益1 ．5 亿元，且每年 可减少重金属排放量，同时可回收H 9 2 ．9 9 t 、 C d 4 7 ．3 9 t 、C r l ．5 3 t 、P b l 5 3 ．9 t 、Z n 9 3 1 ．9 8 t 、C u 3 0 9 ．8 t 。 社会经济效益十分显著。 工业用水综合集成最优化技术是一综合治理技 术，涉及到对原有企业工业用水系统、循环系统、排 污系统等方面的不合理部分的调整，技术和设备的 更新。因此实施项目的建设资金较多，但其经济效 益和环境效益也很显著。 4结论 1 工业用水综合集成最优化技术是有色大型 企业提高工业用水循环利用率、节约用水、减少工业 废水排放量的一种可行的科学合理的方法。实施本 技术，将会产生明显的经济和社会效益。 2 我国有色工业万元产值耗水量和废水排放 量等指标与国外相比差距很大，揭示了我国有色企 业的节水潜力巨大。 3 工业用水综合集成最优化技术其内涵是工 业用水无害化、资源化和集成化，其关键是集“生产 系统一循环系统～排污系统”即信息、采样和预测、 预控为～体，达到综合控制和统筹运行，最终实现“1 十1 2 ”，大幅度提高工业用水循环利用率的目的。 实施该技术有一套严密的科学程序。 万方数据