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基于IWCPA模型的工业节水关键技术选择
更新时间:2016-06-02 来源:环境科学学报 作者:杜斌,温宗国,李高,陈吉宁

摘要:通过建立工业节水潜力分析和技术综合评价模型(IWCPA 模型), 筛选了影响高耗水行业用水的关键技术. 选定2002年为基准年, 在2010 年和2020年高耗水行业取水零增长的情景设定下, 进行了分行业和行业耦合的技术综合评价及技术选择, 确定了重要工业用水技术实施的优先序, 建立了高耗水行业重要用水技术的优选清单. 结果表明, 未来15a内是否能够在若干工业用水关键技术的研究、应用和推广方面取得突破, 是挖掘工业节水潜力、提高工业用水效率的关键.

1 引言(Introduction)

技术效率是影响工业用水需求和节水潜力的关键因素(Po l et al. , 2002;Reynaud, 2003). 改革开放以来, 尽管我国工业发展水平通过技术开发和引进取得了长足进步, 但先进工业技术装备所占比重在整体上仍然偏低, 不同企业的单位产品取水量相差悬殊(国家发展和改革委员会环境和资源综合利用司, 2004a). 例如, 火电是我国取水量最大的行业, 平均每兆瓦时取水量为31m3 , 行业内最好水平为2. 3m3 , 而最差水平达100m3 , 相差40多倍;在石油化工行业, 每加工1 t原油, 世界上最少的用水量为0. 5m3以下, 我国平均约为2. 0m3 ;我国生产1t乙烯的最少的用水量为1. 58m3 , 但平均用水量也高达18.6 m3 , 与国际先进水平差距较大(国家发展和改革委员会环境和资源综合利用司, 2003;候捷,1998). 从我国生产力的技术构成来看, 原属于20世纪60 ~ 70年代甚至更早时期技术水平的生产力在稍加改造后仍在发挥重要作用, 但其用水效率很低;而20世纪80 ~ 90年代迅速增加的生产力, 除部分属于90年代初的国际水平外, 多数仍采用较为陈旧的技术工艺和装备, 用水效率仍处于较低水平;21世纪以来, 尽管我国引进了不少先进技术, 但在经济快速增长和高需求的刺激下, 以及在投资决策上的急功近利和盲目性, 明显落后于国际技术水平的生产项目也得以迅速增长, 如耗水量大的火电小机组、小钢铁和小造纸等, 并造成部分行业产能过剩,限制了用水效率的提高(Wo rld Bank, 2001;全国节约用水办公室, 2003). 我国水资源条件的先天不足决定了我国未来的工业发展必须充分考虑水资源短缺的长期影响, 从战略高度全面提高工业用水效率, 建立节水型工业, 逐步减少工业增长对水资源的依求(杨尚宝, 2004). 因此, 关键用水技术的评估和选择对于工业技术的中长期发展战略和水资源可持续利用决策有着重要意义.

在工业节水管理和潜力分析等方面, 国内外的主要研究方法包括过程集成法、计量经济学方法、成本效益分析法、统计分析法、终端用水分析法、情景分析法、基于主体的研究方法以及系统分析建模法等(Sm ith et a l. , 1994;Boa rdman et a l. , 2001;Doll et a l. , 2002). 但总体而言, 这些研究方法系统性较差, 采用单一的方法往往相对零散, 缺乏综合手段, 无法对工业用水需求和节水潜力估算进行系统的研究(杜斌, 2006). 因此, 需要结合不同方法的特点进行集成, 建立技术、经济相结合的综合评价模型. 本研究采用作者开发的工业节水潜力分析和技术评估综合评价模型( Industrial W aterConserva tion Po tentia l Analysis Mode l, IWCPA ), 以2002年为基准年, 识别2005 ~ 2020年未来工业用水需求的主导因素和关键技术, 并以此筛选重要工业用水的技术优选清单, 以期为决策者制定区域工业发展规划、水资源政策和战略决策提供科学依据.

2 技术分类和重要用水技术筛选(Techno logyclassifica tion and se lection)

工业节水技术是指可提高工业用水效率和效益、减少用水量、或可替代常规水资源等的技术(B rebbia et al. , 2002). 技术之间是相关联的, 大多数节水技术也是节能技术、清洁生产技术、环保技术和循环经济技术(James et al. , 2001). 本研究定义的工业节水技术是从广义角度进行的, 包括技术、工艺和设备. 根据对工业用水技术的调研分析,我们筛选了3类对未来工业用水需求和节水潜力产生重大影响的关键技术:①改良型生产技术(设备), 即工艺优化类技术. 如:在火电行业的水力除渣改气力除渣, 制浆造纸过程的低浓操作改中浓操作等. 这类技术往往只需要在原有设备基础上增加部分投资进行改造即可, 不需全部更新生产设备.

②新型产品生产技术(设备), 即新工艺或工艺替代类型. 通过新工艺实现对传统工艺的全面替代, 或采用新的节水和无水工艺设备来提高用水效率,如:火电行业的整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术替代常规发电技术、钢铁行业的直接还原铁和熔融还原铁工艺替代传统高炉流程等. ③水的重复利用和再生利用技术(设备). 与前2类侧重于具体生产过程的工艺节水技术相比, 此类技术涉及水的重复利用和回用, 既包括企业内部的串联用水、逆流用水等回用技术, 也包括了厂内外污废水处理回用和非常规水资源利用等技术.

筛选关键技术的技术选择原则包括2个方面,即被选择的技术具有较显著的节水效应, 以及在近期或未来20 ~ 30年内可得到应用和推广. 所筛选的技术既包括在单个领域应用的特定生产技术, 钢铁行业的干熄焦技术、造纸行业的中浓封闭筛选技术等;也包括对各行业都很重要的共性技术, 空冷技术、循环水高浓缩倍率技术、以及城市污水深度处理回用技术等. 本研究在5 个高耗水行业1)内筛选了80多类技术, 基本涵盖了模型所选行业中能够对未来行业用水和节水产生重要影响的技术, 可对行业整体用水进行较完整的分析.

版权、出处:《环境科学学报》

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