以全過程污染防治促流域節水減排
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課題背景
遼河流域工業集聚區密集、重化工業占比高、工業廢水污染物種類復雜、難降解有機物多，重點行業節水減排科技需求強。針對遼河流域綜合性工業園區和石化、鋼鐵、印染工業集聚區清潔生產對流域水污染控制貢獻不足的現狀，《遼河流域重點工業集聚區節水減排清潔生產技術集成研究和示范》（2012ZX07202-001）課題基于“源頭削減，過程控制，系統優化”的技術思路，開展了綜合性工業園區和石化、鋼鐵冶金、紡織印染工業集聚區節水減排技術和管理機制研究。在工業集聚區節水減排、過程減排、循環回用、管理減排等方面研發技術10余項，其中開展了4項技術示范；申報專利15項，發表論文32篇；構建的流域清潔生產綜合管理與技術信息共享平臺提高了遼河流域清潔生產技術的應用、推廣和實施的管理能力。課題的研究成果，拓展了流域全過程控源減排技術途徑，對促進流域水體污染控制目標的實現發揮了應有的技術支持作用。
關注一
提出流域清潔生產綜合管理集成技術
在“十一五”期間提出的“流域清潔生產”概念的基礎上，課題針對流域清潔生產特征，以流域水質改善目標為導向，提出了流域清潔生產綜合管理集成技術，主要包括流域清潔生產環境準入技術、流域清潔生產效益綜合評估技術和清潔生產與末端治理技術協同優化方法。
其中，流域清潔生產環境準入技術是基于流域水質改善目標，研究以清潔生產為核心的不同產業在不同控制區-控制單元的環境準入體系，力求從源頭避免和減少污染物的產生；流域清潔生產效益綜合評估技術旨在對不同控制區-控制單元實施清潔生產所產生的環境、經濟、社會效益進行評估，并將控制區-控制單元水質改善目標有機納入了評估體系中；清潔生產與末端治理技術協同優化方法從費用效益分析的角度，篩選出清潔生產與末端治理技術的最佳組合。課題通過“源頭準入-過程評估-末端優化”的技術途徑，對流域層面實施清潔生產的管理技術進行了集成創新，為實現環境、經濟、社會效益的共贏提供了新的技術手段。
——基于水質目標改善的流域清潔生產準入技術。以分類指導為原則，以工業集聚區所屬控制單元的水質改善目標為限制條件，按照全過程控制理念，根據不同行業的生產特點以及污染產生和排放規律，反推工業集聚區內行業環境準入的清潔生產要求，包括污染物產生強度、資源能源利用強度、主導工藝技術等，建立了以清潔生產水平要求為核心的流域分級分區環境準入技術。這一技術的應用強化了過程控制在流域水質目標改善中的作用。以遼河流域水質改善為目標，課題在“遼寧-鞍山-鋼鐵集聚區”“遼寧-鞍山-印染集聚區”和“遼寧-盤錦-石化集聚區”，利用上述技術從工藝裝備、資源能源利用狀況、污染物產生強度、廢物回收利用及環境管理要求等方面提出了不同工業集聚區的行業清潔生產準入建議。
——流域清潔生產效益綜合評估技術。從資源消耗、能源消耗、污染物削減、經濟收益、社會效益等方面，建立了清潔生產效益綜合評估指標體系和模型。模型包含環境、經濟和社會3個要素，重點突出了行業差異、時空差異、水質改善目標差異下清潔生產實施產生的環境、經濟和社會綜合效益。
配合此技術的應用，遼寧省清潔生產指導中心于2014年6月下發了《關于做好六大行業清潔生產信息調查工作的通知（遼清發〔2014〕54號）》，通過對收集上來的六大重點行業實施清潔生產的信息進行綜合評估，表明清潔生產的實施在遼河流域水質目標改善過程中，環境績效最大，其次為經濟績效和社會績效。
——基于費效分析的清潔生產與末端治理技術協同優化方法。在建立清潔生產與產污強度動態響應關系的基礎上，將產污強度作為清潔生產和末端治理的銜接點，聚焦清潔生產與末端治理組合技術的技術經濟性，構建了末端處理技術篩選模型，增強了清潔生產與末端治理技術的協同性。
以遼河流域印染行業為例，通過對遼河流域30多家印染企業數據的系統分析和擬合，建立了清潔生產關鍵因素與COD、氨氮產生強度的動態響應函數，根據污染物產生強度從高負荷生物濾池、膜生物反應器、厭氧-缺氧-好氧技術中評估得到厭氧-缺氧-好氧技術為最優的末端處理技術；最后通過費用組合模型，核算出在達標排放的情況下的最低投入費用。
關注二
形成基于數學規劃方法的工業集聚區水網絡優化技術
課題針對遼河流域典型工業集聚區節水減排和清潔生產的需求，開發了基于數學規劃方法的工業集聚區水網絡優化技術。基于數學規劃方法，綜合考慮用水、排水狀況與特點，以工業集聚區總成本最低為目標函數，建立工業集聚區廢水資源化利用網絡優化模型。優化模型中考慮工業集聚區采用的多級水處理組合工藝，以集聚區用水和排水水質特性為基礎，能夠優化確定包括新鮮水使用、廢水循環回用、廢水處理、廢水排放在內的工業集聚區水網絡的水流途徑，提出各級處理設施最佳污水回用途徑及水處理組合工藝，為集聚區節水減排水網絡管理、污水處理設施設計及提標改造提供技術支撐。該技術主要包括工業集聚區水網絡超結構的構建技術和工業集聚區廢水資源化利用網絡優化技術。
——工業集聚區水網絡超結構模型。工業集聚區水網絡超結構模型根據水流的輸入/輸出路徑將水網絡超結構分成水源、水阱、污水緩沖池和污水處理設施，模型充分考慮了工業集聚區內各企業的排水（水源）和用水節點（水阱）實際狀況，以及水流平衡、混合規則和用水需求及排放標準等限制條件。模型對不同的情況進行了以下處理：一是企業設有污水緩沖池，未被企業內部利用的廢水全部集中到污水緩沖池中，然后回用到其他企業水阱中，或排放到污水處理設施中；二是企業共用的污水處理設施具有多段廢水處理功能，每段處理設施都有自己的固定的處理效率；三是污水緩沖池中的污水首先集中進入第一段處理設施中，經過處理后，可以被回用到企業水阱中，也可以排放到環境中，或者進入下一段處理設施；四是水源提供的廢水可以回用到企業自身水阱中或者排放到污水緩沖池中，企業的水阱水源包括新鮮水、其他企業污水緩沖池廢水、企業內水源、各段污水設施的排水。
——基于數學規劃的工業園區廢水資源化利用網絡優化技術。工業集聚區廢水資源化利用網絡優化模型在水網絡超結構模型的基礎上，綜合考慮了環境容量、經濟效益、水質特性、需水要求等因素，利用數學規劃法計算求解集聚區內企業新鮮水使用及廢水資源化利用的最優途徑。這一模型將排放到環境中的污水限制因子值滿足當地政府規定作為約束函數，以集聚區總成本（包括新鮮水使用成本、管道成本、污水處理成本）最低為目標函數。
水網絡優化模型包含了工業集聚區水網絡中新鮮水使用、廢水循環回用、廢水排放、廢水處理等不同水流的路徑，并考慮了多級污水處理設施，可以明確各級處理設施最佳污水回用路徑及水處理組合工藝，為工業集聚區節水減排水網絡管理、污水處理設施設計及提標改造、水網絡系統優化等提供技術支持。
關注三
研發工業集聚區節水減排成套技術并進行技術示范
課題以綜合性工業園區和石化、鋼鐵冶金、紡織印染工業集聚區為研究對象，構建包括生產、生活、生態系統的水代謝模式。針對工業集聚區水資源消耗和污染物產生、排放的重點環節，考慮污水處理與回用需求，研發了系列清潔生產和節水減排技術，并在上述4類工業集聚區進行了技術示范。
——工業園區節水減排集成技術。提出了基于水資源供給總量和受體水環境容量雙重約束的工業園區水代謝模式，以工業園區企業節水-行業間梯級利用-區域循環利用的多級水代謝途徑為重點，根據不同工業園區水資源稟賦和水環境功能區要求，提出了不同地區的節水減排策略。
選擇遼河流域沈陽經濟技術開發區，針對區內企業低濃度重金屬廢水處理、回用和穩定達標排放需求，研發了重金屬廢水絡合-陶瓷膜耦合資源化技術，此技術實現了重金屬的回收和廢水的回用。面對北方地區水資源短缺的現實和持續提高水資源利用效率的技術需求，選擇區內用水量大的熱電廠為水循環利用技術示范的關鍵節點，研發了基于分質利用的城市污水處理廠排水用于熱電廠供水的低耗高效成套技術。此技術具有工藝穩定性好和適應性強的特點，實現了熱電廠3.2萬噸/天的生產用水全部由城市污水處理廠排水供給，回用量占城市污水處理廠排水量的21.5%。目前這項技術已穩定應用運行。
——鋼鐵工業集聚區水系統優化和水網絡信息平臺技術。采用物質流、系統節水、系統減排的理論和方法構建冶金工業集聚區水網絡。水網絡包括各個生產單元之間的用水串級利用、一水多用和分級用水等方式。以焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等6個生產工序為主體，根據各工序、生產設備對水質、水量的要求，以水量平衡、雜質平衡為基礎，完成了鞍山冶金工業集聚區內焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等企業水網絡的調研，繪制了能體現工序用水類別、水流軌跡、水量、水質信息的水網絡圖。進而從全系統出發，將構建的物理模型轉化為數學優化模型，應用模型化的方法合理分配用水、系統節水、科學用水，實現新水消耗量最小。
基于系統節水理論和鞍山鋼鐵冶金工業集聚區水系統信息管控現狀，開發了集水系統信息采集顯示、水量平衡、用水科學性分析、指標統計功能為一體的鋼鐵工業集聚區水系統網絡信息平臺。開展了冶金工業集聚區水系統網絡信息平臺技術示范，實現重點部位數據的在線采集、顯示、儲存及主要指標的偏差報警，經過處理、分析相關采集數據，提供水系統平衡信息和調整決策方案，提高水資源利用水平。平臺信息覆蓋率占區域用水的80%以上，工業用水量超過6000m3/h，噸鋼耗新水量下降4.15%。
——紡織印染集中區節水減排集成技術。通過關鍵技術研發與集成創新，形成了基于全過程控制的印染集中區節水減排集成技術。此集成技術以印染集中區節水減排為目標，研究印染工業集中區廢水資源化利用網絡構建與優化技術、印染企業生產過程中堿回收技術和染料廢水處理技術、清潔生產方案評估與篩選技術以及印染集中區清潔生產推進機制。基于全過程控制的印染集中區節水減排集成技術由5個單元技術構成，分別為印染集中區水網絡優化技術、印染絲光工藝廢堿液納濾膜法回收技術、染色廢水中染料膜分離技術、基于組合賦權法的清潔生產方案評估與篩選技術及紡織印染集中區節水減排管理機制。這些單元技術涵蓋印染集中區內部重點企業（點）生產過程中節水減排技術、集中區范圍（面）的廢水循環再利用技術及管理機制，實用性、可復制和可操作性強，具有源頭規劃、過程減排和管理協調的特點，可為印染工業企業和工業集中區減水減排提供示范和經驗。
針對印染生產過程廢水排放量大、含堿量高導致末端處理難度及負荷大的問題，集成印染行業堿回收與清潔生產方案評估和篩選技術，開展了紡織印染工業集聚區節水減排集成技術示范，實現污染物去除和凈化堿液高效回收，廢堿回收率達到85%，在生產過程中實現節水減排和清潔生產。
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