大型造紙基地取排水特征綜合分析

郭 磊，邱 靜，胡 培，邱頌曦

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省水動力學應(yīng)用研究重點實驗室，廣州 510635；3.河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，廣州 510635)

某大型造紙企業(yè)基地位于珠三角地區(qū)，占地近240萬m2，年產(chǎn)紙品近500萬t，是全球紙及紙板生產(chǎn)設(shè)備最集中基地。基地共建設(shè)十三期工程，分A一分廠片區(qū)、A二分廠片區(qū)、B廠片區(qū)、CD廠片區(qū)等4個片區(qū)，建有紙機15臺，熱電廠3座，污水處理廠3座，凈水站2座。

基地自1998年一期工程投產(chǎn)以來，至2008年全部15臺紙機、熱電廠及污水處理廠建設(shè)完畢，整個建設(shè)周期長達10 a，輸水管網(wǎng)在建設(shè)期間不斷延展接駁，流程異常復(fù)雜。另，因基地建設(shè)有紙機、污水處理廠、熱電廠等不同類型用水單元，各單元的取用耗排工藝流程亦非常復(fù)雜，如制漿環(huán)節(jié)，含有蒸發(fā)冷凝器、蒸煮器、洗滌器、紙機等近10個用水子單元[1]，每個紙機生產(chǎn)線還有22個用水子單元，各單元和子單元取用耗排水量及特征不明確，缺乏必要的數(shù)據(jù)支撐，給企業(yè)節(jié)水改造及取水許可管理造成一定困難。為此開展了企業(yè)水量平衡測試工作，以摸清基地用水工藝流程，確定取用耗排水量及特征，推算企業(yè)各項用水技術(shù)指標，促進企業(yè)節(jié)水改造，并為企業(yè)水資源論證后評估提供重要依據(jù)。

1 取用水工藝流程及水平衡測試

1.1 取用水工藝流程

經(jīng)概化的基地取用水工藝流程見圖1。可見，基地通過中太取水口取水，并設(shè)置有蓄水池作為搶淡和調(diào)蓄之用，后通過單根母管向近7 km外廠區(qū)供水，管線沿途設(shè)支管供宿舍區(qū)備用。供水母管安裝有計量設(shè)備。

注：①PM----紙機；② →清水流程；污水流程圖1 基地取用水工藝流程圖Fig.1 Flow chart of water intake and consumption of the Base

至廠區(qū)后，分別進入A凈水站和B凈水站預(yù)處理后，分別供給4個片區(qū)用戶，主要受水對象包括15臺紙，3座熱電廠及2座污水處理站等。片區(qū)采用環(huán)路供水模式，各受水對象從環(huán)路取水，各片區(qū)管線互通；排水則通過管道、溝渠等進入污水處理廠后，部分回用，部分排入外海。另，造紙過程中需要用到熱蒸汽，用于原材料的預(yù)熱、干燥等，基地熱蒸汽由熱電廠供給，紙機回用水部分用于電廠冷凝。

1.2 水平衡測試

水平衡測試主要依據(jù)《企業(yè)水平衡測試通則》(GB/T 12452-2008)開展[2]，并綜合考慮基地水量取用耗排工藝流程的復(fù)雜性，及生產(chǎn)工況不穩(wěn)定等情況，結(jié)合廠內(nèi)已有計量設(shè)備的布設(shè)及運行狀態(tài)，充分考慮在超大范圍廠區(qū)內(nèi)進行復(fù)雜管網(wǎng)測試的便利性，采用了長歷時全工況不間斷的測量方式[3]。測試共設(shè)置了59個計量點，其中新增計量設(shè)備近40臺，均采用無需停機破管的外夾式超聲波流量計，各計量設(shè)備均配備無線傳輸終端，數(shù)據(jù)采集頻次5 min/次。另，單獨開發(fā)了數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，可對計量數(shù)據(jù)快速進行初步數(shù)據(jù)審核和邏輯判斷。當各點測量數(shù)據(jù)滿足邏輯平衡關(guān)系且較為穩(wěn)定后進入正式測試期。測試流量單位按m3/d統(tǒng)計。本次正式測試期時長為40 d，各單元水量測試成果見表1。

表1 基地水平衡測試成果 m3/dTab.1 Result of water balance test of the Base

注：漏失水量是指凈水站后的管網(wǎng)漏失水量；以上數(shù)值為平均值。

2 測試期水量特征分析

2.1 取水量

總?cè)∷繛橹刑∷谥翉S區(qū)單根母管供水量，測試期供水過程見圖2。

圖2 基地總?cè)∷窟^程Fig.2 Process of water totally intake

可見取水量介于180 930～252 105 m3/d之間，平均取水量為200 135 m3/d。進入廠區(qū)后，生水經(jīng)過A凈水站和B凈水站過濾后，供給各受水對象，其中凈水站末端供水總量平均為177 632 m3/d，與總?cè)∷肯嗖?1.0%，為各凈水站自用、制水損失率及管線漏損所致。

取水量結(jié)構(gòu)見圖3?？梢?，15臺紙機取水量128 598 m3/d，占總?cè)∷康?4%，平均單臺紙機取水量為8 573 m3/d；熱電廠取水量為43 594 m3/d，占總?cè)∷康?2%；污水處理廠取水量為5 439 m3/d，占總?cè)∷康?%；凈水站自用及漏失水量為22 504 m3/d，占11%。

圖3 基地取水量結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of water intake of the Base

從片區(qū)分布看：CD片區(qū)取水量占比最大，約為42%，B片區(qū)取水量近1/4，A一分廠和A二分廠片區(qū)各占16%。具體分布見圖4。

圖4 各片區(qū)取水量結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of water intake of each area

2.2 用水量

用水量包括新水量、串聯(lián)水量和重復(fù)利用水量。用水對象主要有紙機的生產(chǎn)用水、凈水站自用、熱電廠用水及污水處理廠用水等。測試成果顯示，基地總用水量為5 239 493 m3/d。

2.3 耗水量

耗水量為生產(chǎn)過程中進入產(chǎn)品、蒸發(fā)、飛濺、攜帶及生活飲用等所消耗的水量。測試成果顯示，基地總耗水量為97 219 m3/d。

2.4 排水量

廠區(qū)的生產(chǎn)排水、生活辦公排水通過3座污水處理廠處理后，部分回用，部分排入獅子洋。排水量為污水處理廠外排水量，測試成果顯示，3個污水處理廠的總排水量為145 781 m3/d。

3 年取水量特征分析

為了給取水戶取水許可管理提供依據(jù)，對取水戶年取水量特征進行分析。根據(jù)基地運行規(guī)則，各生產(chǎn)單元實行節(jié)日停機和年度例行檢修制度(以下簡稱“節(jié)日停修”)。每年平均每臺紙機節(jié)日停機時長為11.2 d，年度例行檢修時長為0.74 d；電廠單臺機組檢修時長為10～20 d/a；凈水站和污水處理廠基本不停運。

為便于基地年取水量統(tǒng)計，規(guī)定如下：①年時長按365 d計算，固定1個月(30 d)為節(jié)日停修時段，其他11個月份(335 d)為正常運行期；②節(jié)日停修期間的取水量按測試期中對應(yīng)節(jié)日期間的取水量平均值計；③節(jié)日停修期間的凈水站及污水處理廠取水量按相應(yīng)比例核減。正常運行期和節(jié)日停修期間的取水量見表2?？梢?，節(jié)日停修期間的水量較正常運行期減少約23%。按照上述規(guī)則，可推算其年取水量為7 164萬m3，折算日平均水量為196 287 m3/d。

考慮節(jié)日停機和檢修后修正的取水量結(jié)構(gòu)見表2?？梢?，紙機單元的總?cè)∷空急茸畲鬄?4%，其次是熱電廠占比21%，凈水站自用(含管網(wǎng)滲漏)占比12%，污水處理廠占比3%，為取水量最小單元。相比測試期的取水量結(jié)構(gòu)，紙機取水量和污水處理廠取水量占比變化不明顯，因凈水站全年無休，取水量占比增加了1%，熱電廠則減少了1%。

表2 基地年取水量Tab.2 Annual water intake of the Base

4 水量指標分析

選取對大型造紙基地水量具有代表性的特征指標進行分析，包括單位產(chǎn)品取水量指標、重復(fù)利用率、漏失率、排水率、廢水回用率、冷凝水回用率、單位發(fā)電量取水量等。

(1)單位產(chǎn)品取水量Vui。根據(jù)紙業(yè)取水定額標準[4]，紙產(chǎn)品的取水量供給范圍主要包括：主要生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)(包括機修、非自備電站鍋爐、空壓站、污水處理廠等)和附屬生產(chǎn)(包括辦公、綠化、廠內(nèi)食堂、廠內(nèi)和車間浴室、衛(wèi)生間、其他等)等3個生產(chǎn)過程的取水量，等于從自備水源總?cè)∷恐锌鄢o水凈水站自用水量及由該水源供給的居住區(qū)、基建、自備電站用于發(fā)電的取水量及其他取水量等。

由表2可知，基地年取水總量為7 164.5萬m3，其中自備電站取水量為1 533.9萬m3，2座凈水廠取水量為831.9萬m3；2013年總產(chǎn)量493萬t；故其單位產(chǎn)品取水量為(7 146.5-1 533.9-831.9)/493=9.7 m3/t。根據(jù)紙業(yè)取水定額，白板紙生產(chǎn)線定額為60 m3/t(含制漿)，瓦楞原紙生產(chǎn)線定額為55 m3/t(含制漿)。本次計算單位產(chǎn)品取水量為9.7 m3/t，優(yōu)于定額限值。

(2)重復(fù)利用率是指生產(chǎn)重復(fù)利用水量與生產(chǎn)總用水量的比值，生產(chǎn)重復(fù)利用水量即循環(huán)水量和串聯(lián)水量的總和。根據(jù)表1，重復(fù)利用水量為：4 658 681 m3/d(循環(huán)水量Vcy)+223 136 m3/d(串聯(lián)水量V′s)= 4 881 817 m3/d，而總用水量為5 239 493 m3/d，則重復(fù)利用率為4 881 817/5 239 493=93%。

(3)漏失率為漏失水量與總水量比值。需要指出的是，基地取水口至凈水站末端的水量損失(計量差)包括漏失水量和凈水站自用，本次測試很難將漏失水量從總的水量損失中提取出來。因此，本次統(tǒng)計的漏失水量為為凈水站至各用水單元管網(wǎng)漏水水量。由測試結(jié)果，基地總的漏失水量為7 857 m3/d，管網(wǎng)總水量為177 632 m3/d，漏失率為4.4%。

(4)排水率是指在一定計量時間內(nèi)，總外排廢水量占取水量的百分比。外排廢水量為污水處理廠的總排污量為145 781 m3/d，總?cè)∷繛?00 135 m3/d，故排水率為72.8%。

(5)廢水回用率是指廢水設(shè)施出口計劃排放的廢水中經(jīng)凈化處理而重復(fù)利用的水量與計劃總排水量的比值。進入污水處理廠廢水均為計劃排放廢水，總計劃排放廢水為163 100 m3/d，回用水量為4 513 m3/d，總的回用率為3%。

(6)冷凝水回用率是指用于生產(chǎn)的鍋爐蒸氣冷凝水回用量占鍋爐蒸氣發(fā)氣量的百分比。由測試數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，B熱電廠和C熱電廠總的鍋爐蒸汽發(fā)氣量為17 327 m3/d，蒸汽冷凝水回用為11 263 m3/d，則冷凝水回用率為65%。高于相關(guān)考核標準[5]中≥60%的要求。

(7)單位發(fā)電量取水量。根據(jù)相關(guān)定額規(guī)定[6]，對于單機容量<300 MW機組，其循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)單位發(fā)電量取水量定額指標為3.20 m3/MWh。單位發(fā)電量取水量是指火力發(fā)電廠生產(chǎn)每兆瓦時電需要從各種水源提取的水量，取水量包括取自地表水、地下水、城鎮(zhèn)供水工程以及從市場購得的其他水；主要用于生產(chǎn)用水、輔助生產(chǎn)用水和附屬生產(chǎn)用水。對熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電企業(yè)取水量增加對外供汽、供熱不能回用而增加的水量?；責犭姀S冷取水均采用二次循環(huán)方式，2013年總發(fā)電量為38.7億kWh，日均發(fā)電量為10 604 MWh。由測試成果，熱電廠日均取水量為43 235 m3，其中用于輸送蒸汽水量約占40%，即17 294 m3/d，蒸汽水量中冷凝水回用率為65%，則不能回用水量為6 053 m3/d。綜上，基地熱電廠取水量為31 994 m3/d，則單位發(fā)電量取水量為3.02 m3/MWh，優(yōu)于定額限值。

綜上所述，各水量指標見表3。

表3 基地水量指標Tab.3 Index of water intake

5 節(jié)水潛力及措施分析

由測試成果，基地總的排水率達72.8%，廢水回用率僅為3%，冷凝水回用率為65%，可見基地存在一定的節(jié)水潛力。需進一步改進生產(chǎn)工藝，減少排水率，提高水利用系數(shù)；通過適當?shù)募夹g(shù)改造，如通過改進污水處理廠的生產(chǎn)工藝，提高廢水利用率，利用達標廢水進行綠化，消防及煤場沖洗等。另外，B污水處理廠和C污水處理廠均有部分水量回用至紙機單元，但A污水處理廠尚無此工藝。因此，建議對該污水處理廠進行工藝改造，增加污水回用環(huán)節(jié)；亦可增加A污水處理廠排至B污水處理廠水量，以增加回用水量。

基地日均漏失水量達7 857 m3/d，漏失率4.4%，因企業(yè)涉及凈水站、熱電廠、污水處理廠和紙機等諸多不同類型用水單元，且基地占地面積較大，各單元的水量管線銜接非常復(fù)雜，造成管線內(nèi)水損較大。因此，建議企業(yè)建立用水檔案、制定合理的節(jié)水措施，并安排專人加強管線及用水單元的巡測，杜絕跑冒滴漏現(xiàn)象。

6 結(jié) 語

(1)通過水平衡測試的開展，基本摸清了某大型紙業(yè)有限公司水量取用耗排工藝流程，明確了各環(huán)節(jié)水量特征，掌握了企業(yè)用水現(xiàn)狀，為企業(yè)建立用水檔案、制定合理的節(jié)水措施、進行用水指標考核等提供了重要參考依據(jù)；另，水平衡測試作為一項重要的技術(shù)手段，為取水戶水資源論證后評估的開展提供了重要支撐，為水行政主管部門的取水許可審批提供了重要依據(jù)。測試的開展是必要的。

(2)測試成果顯示，基地取水量為19.6萬m3/d，年取新水量為7 164萬m3。從取水單元上看，15臺紙機取水量占總?cè)∷康?4%，熱電廠占21%，污水處理廠占3%，凈水站自用及漏失占12%；從片區(qū)上看，取新水量最大的片區(qū)為CD片區(qū)，占42%，其次分別是B片區(qū)26%、A一分廠和A二分廠片區(qū)各占16%。

(3)測試成果顯示，基地總用水量平均為524萬m3/d，其中循環(huán)水量466萬m3/d，串聯(lián)水量22.0萬m3/d，重復(fù)利用率93%；總耗水量平均約為9.7萬m3/d；外排廢水量平均約為14.6萬m3/d，排水率為72.4%。漏失水量平均約為0.8萬m3/d，漏失率在4.4%左右。

(4)測試成果顯示，若按2013年年產(chǎn)量493萬t計，則其單位產(chǎn)品取水量為9.7 m3/t；B熱電廠和C熱電廠單位發(fā)電量取水量平均為3.02 m3/MWh。均滿足相關(guān)定額要求。

(5)基地取用水管線布設(shè)異常復(fù)雜，用水單元類型較多，建議企業(yè)建立用水檔案、制定合理的節(jié)水措施，并安排專人加強對管線及用水單元的巡測，杜絕跑冒滴漏現(xiàn)象。另建議對A污水處理廠進行工藝改造，增加污水回用環(huán)節(jié)，或增加A污水處理廠排至B污水處理廠水量，以增加回用水量。

□

[1] 劉 濤，何啟蓮，謝 雁，等. 制漿造紙廠水平衡測試[J]. 人民珠江，2013,(2),52-54.

[2] GB/T 12452-2008，企業(yè)水平衡測試通則[S].

[3] 郭 磊，黃本勝，邱 靜，等. 核電站淡水用水特征綜合分析研究[J].水利學報，2013,(5):615-621.

[4] GB/T 18916.5-2012，取水定額 第5部分：造紙產(chǎn)品[S].

[5] 城建[2012]57，國家節(jié)水型城市考核標準[S].

[6] GB/T 18916.1-2012，取水定額 第1部分：火力發(fā)電[S].