課題背景  

遼河流域工業(yè)集聚區(qū)密集、重化工業(yè)占比高、工業(yè)廢水污染物種類復(fù)雜、難降解有機(jī)物多，重點(diǎn)行業(yè)節(jié)水減排科技需求強(qiáng)。針對(duì)遼河流域綜合性工業(yè)園區(qū)和石化、鋼鐵、印染工業(yè)集聚區(qū)清潔生產(chǎn)對(duì)流域水污染控制貢獻(xiàn)不足的現(xiàn)狀，《遼河流域重點(diǎn)工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排清潔生產(chǎn)技術(shù)集成研究和示范》（2012ZX07202-001）課題基于“源頭削減，過程控制，系統(tǒng)優(yōu)化”的技術(shù)思路，開展了綜合性工業(yè)園區(qū)和石化、鋼鐵冶金、紡織印染工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排技術(shù)和管理機(jī)制研究。在工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排、過程減排、循環(huán)回用、管理減排等方面研發(fā)技術(shù)10余項(xiàng)，其中開展了4項(xiàng)技術(shù)示范；申報(bào)專利15項(xiàng)，發(fā)表論文32篇；構(gòu)建的流域清潔生產(chǎn)綜合管理與技術(shù)信息共享平臺(tái)提高了遼河流域清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用、推廣和實(shí)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(shù)途徑，對(duì)促進(jìn)流域水體污染控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮了應(yīng)有的技術(shù)支持作用。  

關(guān)注一  

提出流域清潔生產(chǎn)綜合管理集成技術(shù)  

在“十一五”期間提出的“流域清潔生產(chǎn)”概念的基礎(chǔ)上，課題針對(duì)流域清潔生產(chǎn)特征，以流域水質(zhì)改善目標(biāo)為導(dǎo)向，提出了流域清潔生產(chǎn)綜合管理集成技術(shù)，主要包括流域清潔生產(chǎn)環(huán)境準(zhǔn)入技術(shù)、流域清潔生產(chǎn)效益綜合評(píng)估技術(shù)和清潔生產(chǎn)與末端治理技術(shù)協(xié)同優(yōu)化方法。  

其中，流域清潔生產(chǎn)環(huán)境準(zhǔn)入技術(shù)是基于流域水質(zhì)改善目標(biāo)，研究以清潔生產(chǎn)為核心的不同產(chǎn)業(yè)在不同控制區(qū)-控制單元的環(huán)境準(zhǔn)入體系，力求從源頭避免和減少污染物的產(chǎn)生；流域清潔生產(chǎn)效益綜合評(píng)估技術(shù)旨在對(duì)不同控制區(qū)-控制單元實(shí)施清潔生產(chǎn)所產(chǎn)生的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益進(jìn)行評(píng)估，并將控制區(qū)-控制單元水質(zhì)改善目標(biāo)有機(jī)納入了評(píng)估體系中；清潔生產(chǎn)與末端治理技術(shù)協(xié)同優(yōu)化方法從費(fèi)用效益分析的角度，篩選出清潔生產(chǎn)與末端治理技術(shù)的最佳組合。課題通過“源頭準(zhǔn)入-過程評(píng)估-末端優(yōu)化”的技術(shù)途徑，對(duì)流域?qū)用鎸?shí)施清潔生產(chǎn)的管理技術(shù)進(jìn)行了集成創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的共贏提供了新的技術(shù)手段。  

——基于水質(zhì)目標(biāo)改善的流域清潔生產(chǎn)準(zhǔn)入技術(shù)。以分類指導(dǎo)為原則，以工業(yè)集聚區(qū)所屬控制單元的水質(zhì)改善目標(biāo)為限制條件，按照全過程控制理念，根據(jù)不同行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)以及污染產(chǎn)生和排放規(guī)律，反推工業(yè)集聚區(qū)內(nèi)行業(yè)環(huán)境準(zhǔn)入的清潔生產(chǎn)要求，包括污染物產(chǎn)生強(qiáng)度、資源能源利用強(qiáng)度、主導(dǎo)工藝技術(shù)等，建立了以清潔生產(chǎn)水平要求為核心的流域分級(jí)分區(qū)環(huán)境準(zhǔn)入技術(shù)。這一技術(shù)的應(yīng)用強(qiáng)化了過程控制在流域水質(zhì)目標(biāo)改善中的作用。以遼河流域水質(zhì)改善為目標(biāo)，課題在“遼寧-鞍山-鋼鐵集聚區(qū)”“遼寧-鞍山-印染集聚區(qū)”和“遼寧-盤錦-石化集聚區(qū)”，利用上述技術(shù)從工藝裝備、資源能源利用狀況、污染物產(chǎn)生強(qiáng)度、廢物回收利用及環(huán)境管理要求等方面提出了不同工業(yè)集聚區(qū)的行業(yè)清潔生產(chǎn)準(zhǔn)入建議。  

——流域清潔生產(chǎn)效益綜合評(píng)估技術(shù)。從資源消耗、能源消耗、污染物削減、經(jīng)濟(jì)收益、社會(huì)效益等方面，建立了清潔生產(chǎn)效益綜合評(píng)估指標(biāo)體系和模型。模型包含環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3個(gè)要素，重點(diǎn)突出了行業(yè)差異、時(shí)空差異、水質(zhì)改善目標(biāo)差異下清潔生產(chǎn)實(shí)施產(chǎn)生的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)綜合效益。  

配合此技術(shù)的應(yīng)用，遼寧省清潔生產(chǎn)指導(dǎo)中心于2014年6月下發(fā)了《關(guān)于做好六大行業(yè)清潔生產(chǎn)信息調(diào)查工作的通知（遼清發(fā)〔2014〕54號(hào)）》，通過對(duì)收集上來的六大重點(diǎn)行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)的信息進(jìn)行綜合評(píng)估，表明清潔生產(chǎn)的實(shí)施在遼河流域水質(zhì)目標(biāo)改善過程中，環(huán)境績(jī)效最大，其次為經(jīng)濟(jì)績(jī)效和社會(huì)績(jī)效。  

——基于費(fèi)效分析的清潔生產(chǎn)與末端治理技術(shù)協(xié)同優(yōu)化方法。在建立清潔生產(chǎn)與產(chǎn)污強(qiáng)度動(dòng)態(tài)響應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)污強(qiáng)度作為清潔生產(chǎn)和末端治理的銜接點(diǎn)，聚焦清潔生產(chǎn)與末端治理組合技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，構(gòu)建了末端處理技術(shù)篩選模型，增強(qiáng)了清潔生產(chǎn)與末端治理技術(shù)的協(xié)同性。  

以遼河流域印染行業(yè)為例，通過對(duì)遼河流域30多家印染企業(yè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析和擬合，建立了清潔生產(chǎn)關(guān)鍵因素與COD、氨氮產(chǎn)生強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)污染物產(chǎn)生強(qiáng)度從高負(fù)荷生物濾池、膜生物反應(yīng)器、厭氧-缺氧-好氧技術(shù)中評(píng)估得到厭氧-缺氧-好氧技術(shù)為最優(yōu)的末端處理技術(shù)；最后通過費(fèi)用組合模型，核算出在達(dá)標(biāo)排放的情況下的最低投入費(fèi)用。  

關(guān)注二  

形成基于數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)  

課題針對(duì)遼河流域典型工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排和清潔生產(chǎn)的需求，開發(fā)了基于數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)�；跀�(shù)學(xué)規(guī)劃方法，綜合考慮用水、排水狀況與特點(diǎn)，以工業(yè)集聚區(qū)總成本最低為目標(biāo)函數(shù)，建立工業(yè)集聚區(qū)廢水資源化利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。優(yōu)化模型中考慮工業(yè)集聚區(qū)采用的多級(jí)水處理組合工藝，以集聚區(qū)用水和排水水質(zhì)特性為基礎(chǔ)，能夠優(yōu)化確定包括新鮮水使用、廢水循環(huán)回用、廢水處理、廢水排放在內(nèi)的工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)的水流途徑，提出各級(jí)處理設(shè)施最佳污水回用途徑及水處理組合工藝，為集聚區(qū)節(jié)水減排水網(wǎng)絡(luò)管理、污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)及提標(biāo)改造提供技術(shù)支撐。該技術(shù)主要包括工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)的構(gòu)建技術(shù)和工業(yè)集聚區(qū)廢水資源化利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)。  

——工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型。工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型根據(jù)水流的輸入/輸出路徑將水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)分成水源、水阱、污水緩沖池和污水處理設(shè)施，模型充分考慮了工業(yè)集聚區(qū)內(nèi)各企業(yè)的排水（水源）和用水節(jié)點(diǎn)（水阱）實(shí)際狀況，以及水流平衡、混合規(guī)則和用水需求及排放標(biāo)準(zhǔn)等限制條件。模型對(duì)不同的情況進(jìn)行了以下處理：一是企業(yè)設(shè)有污水緩沖池，未被企業(yè)內(nèi)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(yè)水阱中，或排放到污水處理設(shè)施中；二是企業(yè)共用的污水處理設(shè)施具有多段廢水處理功能，每段處理設(shè)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(jìn)入第一段處理設(shè)施中，經(jīng)過處理后，可以被回用到企業(yè)水阱中，也可以排放到環(huán)境中，或者進(jìn)入下一段處理設(shè)施；四是水源提供的廢水可以回用到企業(yè)自身水阱中或者排放到污水緩沖池中，企業(yè)的水阱水源包括新鮮水、其他企業(yè)污水緩沖池廢水、企業(yè)內(nèi)水源、各段污水設(shè)施的排水。  

——基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的工業(yè)園區(qū)廢水資源化利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)。工業(yè)集聚區(qū)廢水資源化利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型在水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮了環(huán)境容量、經(jīng)濟(jì)效益、水質(zhì)特性、需水要求等因素，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法計(jì)算求解集聚區(qū)內(nèi)企業(yè)新鮮水使用及廢水資源化利用的最優(yōu)途徑。這一模型將排放到環(huán)境中的污水限制因子值滿足當(dāng)?shù)卣?guī)定作為約束函數(shù)，以集聚區(qū)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(biāo)函數(shù)。  

水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型包含了工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)中新鮮水使用、廢水循環(huán)回用、廢水排放、廢水處理等不同水流的路徑，并考慮了多級(jí)污水處理設(shè)施，可以明確各級(jí)處理設(shè)施最佳污水回用路徑及水處理組合工藝，為工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排水網(wǎng)絡(luò)管理、污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)及提標(biāo)改造、水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化等提供技術(shù)支持。  

關(guān)注三  

研發(fā)工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排成套技術(shù)并進(jìn)行技術(shù)示范  

課題以綜合性工業(yè)園區(qū)和石化、鋼鐵冶金、紡織印染工業(yè)集聚區(qū)為研究對(duì)象，構(gòu)建包括生產(chǎn)、生活、生態(tài)系統(tǒng)的水代謝模式。針對(duì)工業(yè)集聚區(qū)水資源消耗和污染物產(chǎn)生、排放的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，考慮污水處理與回用需求，研發(fā)了系列清潔生產(chǎn)和節(jié)水減排技術(shù)，并在上述4類工業(yè)集聚區(qū)進(jìn)行了技術(shù)示范。  

——工業(yè)園區(qū)節(jié)水減排集成技術(shù)。提出了基于水資源供給總量和受體水環(huán)境容量雙重約束的工業(yè)園區(qū)水代謝模式，以工業(yè)園區(qū)企業(yè)節(jié)水-行業(yè)間梯級(jí)利用-區(qū)域循環(huán)利用的多級(jí)水代謝途徑為重點(diǎn)，根據(jù)不同工業(yè)園區(qū)水資源稟賦和水環(huán)境功能區(qū)要求，提出了不同地區(qū)的節(jié)水減排策略。  

選擇遼河流域沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，針對(duì)區(qū)內(nèi)企業(yè)低濃度重金屬?gòu)U水處理、回用和穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放需求，研發(fā)了重金屬?gòu)U水絡(luò)合-陶瓷膜耦合資源化技術(shù)，此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重金屬的回收和廢水的回用。面對(duì)北方地區(qū)水資源短缺的現(xiàn)實(shí)和持續(xù)提高水資源利用效率的技術(shù)需求，選擇區(qū)內(nèi)用水量大的熱電廠為水循環(huán)利用技術(shù)示范的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，研發(fā)了基于分質(zhì)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(shù)。此技術(shù)具有工藝穩(wěn)定性好和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了熱電廠3.2萬(wàn)噸/天的生產(chǎn)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(xiàng)技術(shù)已穩(wěn)定應(yīng)用運(yùn)行。  

——鋼鐵工業(yè)集聚區(qū)水系統(tǒng)優(yōu)化和水網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)技術(shù)。采用物質(zhì)流、系統(tǒng)節(jié)水、系統(tǒng)減排的理論和方法構(gòu)建冶金工業(yè)集聚區(qū)水網(wǎng)絡(luò)。水網(wǎng)絡(luò)包括各個(gè)生產(chǎn)單元之間的用水串級(jí)利用、一水多用和分級(jí)用水等方式。以焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等6個(gè)生產(chǎn)工序?yàn)橹黧w，根據(jù)各工序、生產(chǎn)設(shè)備對(duì)水質(zhì)、水量的要求，以水量平衡、雜質(zhì)平衡為基礎(chǔ)，完成了鞍山冶金工業(yè)集聚區(qū)內(nèi)焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)的調(diào)研，繪制了能體現(xiàn)工序用水類別、水流軌跡、水量、水質(zhì)信息的水網(wǎng)絡(luò)圖。進(jìn)而從全系統(tǒng)出發(fā)，將構(gòu)建的物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，應(yīng)用模型化的方法合理分配用水、系統(tǒng)節(jié)水、科學(xué)用水，實(shí)現(xiàn)新水消耗量最小。  

基于系統(tǒng)節(jié)水理論和鞍山鋼鐵冶金工業(yè)集聚區(qū)水系統(tǒng)信息管控現(xiàn)狀，開發(fā)了集水系統(tǒng)信息采集顯示、水量平衡、用水科學(xué)性分析、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)功能為一體的鋼鐵工業(yè)集聚區(qū)水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)。開展了冶金工業(yè)集聚區(qū)水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)技術(shù)示范，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)部位數(shù)據(jù)的在線采集、顯示、儲(chǔ)存及主要指標(biāo)的偏差報(bào)警，經(jīng)過處理、分析相關(guān)采集數(shù)據(jù)，提供水系統(tǒng)平衡信息和調(diào)整決策方案，提高水資源利用水平。平臺(tái)信息覆蓋率占區(qū)域用水的80%以上，工業(yè)用水量超過6000m3/h，噸鋼耗新水量下降4.15%。  

——紡織印染集中區(qū)節(jié)水減排集成技術(shù)。通過關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成創(chuàng)新，形成了基于全過程控制的印染集中區(qū)節(jié)水減排集成技術(shù)。此集成技術(shù)以印染集中區(qū)節(jié)水減排為目標(biāo)，研究印染工業(yè)集中區(qū)廢水資源化利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化技術(shù)、印染企業(yè)生產(chǎn)過程中堿回收技術(shù)和染料廢水處理技術(shù)、清潔生產(chǎn)方案評(píng)估與篩選技術(shù)以及印染集中區(qū)清潔生產(chǎn)推進(jìn)機(jī)制�；谌^程控制的印染集中區(qū)節(jié)水減排集成技術(shù)由5個(gè)單元技術(shù)構(gòu)成，分別為印染集中區(qū)水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)、印染絲光工藝廢堿液納濾膜法回收技術(shù)、染色廢水中染料膜分離技術(shù)、基于組合賦權(quán)法的清潔生產(chǎn)方案評(píng)估與篩選技術(shù)及紡織印染集中區(qū)節(jié)水減排管理機(jī)制。這些單元技術(shù)涵蓋印染集中區(qū)內(nèi)部重點(diǎn)企業(yè)（點(diǎn)）生產(chǎn)過程中節(jié)水減排技術(shù)、集中區(qū)范圍（面）的廢水循環(huán)再利用技術(shù)及管理機(jī)制，實(shí)用性、可復(fù)制和可操作性強(qiáng)，具有源頭規(guī)劃、過程減排和管理協(xié)調(diào)的特點(diǎn)，可為印染工業(yè)企業(yè)和工業(yè)集中區(qū)減水減排提供示范和經(jīng)驗(yàn)。  

針對(duì)印染生產(chǎn)過程廢水排放量大、含堿量高導(dǎo)致末端處理難度及負(fù)荷大的問題，集成印染行業(yè)堿回收與清潔生產(chǎn)方案評(píng)估和篩選技術(shù)，開展了紡織印染工業(yè)集聚區(qū)節(jié)水減排集成技術(shù)示范，實(shí)現(xiàn)污染物去除和凈化堿液高效回收，廢堿回收率達(dá)到85%，在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排和清潔生產(chǎn)。

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