石家庄市工业节水调查分析

王玉坤
河北省水利科学研究所

1. 工业用水分类

　　由于现代工业行业众多，产品繁杂，用水环节多且系统庞大、复杂，其对水源、水压、水温、水质等都各有不同的要求，为便于对工业用水进行调查分析，需将其进行分类。工业用水的分类方法较多，根据我市工业用水的具体情况，本研究将分别按工业用水的作用、行业类型及用水过程进行分类。
　　(1) 按工业用水在生产中所起的作用可分为：冷却用水(含空调用水)、工艺用水(或产品用水)、 锅炉用水和其它用水。
　　冷却用水是指在工业生产过程中，带走生产设备的多余热量，以保证进行正常生产的那一部分用水。我市在火力发电、冶金、化工等工业生产用水中冷却水所占比重很大，一般可占70%左右。冷却水一般不与产品和原料相接触，使用之后水质几乎不被污染或污染较轻，仅水温有所升高，便于回收利用。目前，我市工业用水中，冷却水平均重复利用率已达87%。
　　工艺用水是指生产工艺过程中的用水。它在生产过程中与原料或产品渗混在一起，有的成为产品的组成部分，有的则成为介质存在于生产过程之中。我市在食品、造纸、印染、化工等工业用水中，都有相当数量的工艺用水。工艺水在使用后往往含有大量的杂质，由于各行业中工艺水千差万别，几乎没有哪一种工艺废水属于单一成份，因此给处理回收带来一定的困难。目前，我市工艺水平均重复利用率仅为25%。
　　锅炉用水在我市工业总用水量中所占比例虽然不大，但使用十分广泛，有的工业将蒸汽作为动力，有的将蒸汽作为原料，有的用蒸汽加热、取暖等。目前在锅炉水中冷凝水回用方面大多数企业未给予重视，在今后工业节水中，有很大的回用潜力。
　　其它用水主要是指工矿企业中除生产以外的杂用水。包括办公、实验、化验、清洗场地、厂内绿化和职工生活等。这些用水的绝对量并不小，有的行业甚至和工艺用水量相当。目前，工矿企业除少数已开始抓这方面节水外，大多数企业生活用水浪费严重，因此这方面的节水将是今后工业节水的重点之一。
　　(2) 在工业系统内部，各行业之间用水情况差异很大，按行业组成分类有利于用水调查分析和计算。本研究按以下行业进行工业用水分类：冶金、电力、石油、化学、机械、建材、森林、食品、纺织、缝纫、皮革、造纸、煤炭、文教用品和其他等十五行业。
　　(3) 按工业用水过程分为：总用水量(YW)、取用水量(QW)、排放水量(PW)、耗用水量(HW)和重复利用水量(CW)。
　　总用水量指工矿企业在生产过程所需的全部水量，包括冷却用水、工艺用水、锅炉用水和其他用水。在设备一定的条件下，生产工艺水平不变，其总用水量基本是一个定值，可通过测试和计算确定。
　　取用水量指工矿企业取用不同水源(包括河水、地下水、自来水或海水)的总水量。
　　重复利用水量是指利用二次或二次以上的那部分重复用水量和循环用水量，等于总用水量减去取用水量。
　　耗用水量指工矿企业在生产过程中纯消耗的水量。包括蒸发、渗漏、工艺消耗、生活消耗和产品带走的水量。
　　排放水量是指经过工矿企业使用后，向外排放的水量，其数量等于总用水量扣除消耗水量和重复利用水量。
　　根据水平衡原理，上述各水量之间有如下关系：

　　YW＝QW＋CW

　　QW＝HW＋PW

　　各式符号意义同前。当CW＝0时，总用水量等于取用水量。在总用水量为一定值时，只有增加重复利用水量才能减少取用水量。

2.基本资料调查

　　在广泛吸收以往研究成果的基础上，本项研究对石家庄市及有关县(市)对城市工业、县城工业和乡村工业，按十五个工业行业进行了工业用水调查工作。本次工业用水调查采用“普查”和“典型调查”相结合的方式。
　　在工业取用水量调查中，按不同水源(分自来水、 自备井、地表水及矿井疏干水)进行统计。 自来水量按水表计量统计；自备井水和地表水及矿井疏干水水量，在市节约用水办公室或水资源管理办公室提供资料的基础上，又按机泵及开泵时间进行了复核。
　　在节水潜力调查中，主要选择各行业中用水量比较大的工矿企业进行调查。
　　在节水经济效益调查中，主要选择各行业有代表性工厂和节水水平较高的工厂进行调查。

3.工业用水分析评价

　　3.1不同类型工业用水分析
　　根据调查成果，1998年全市村以上工业企业达5.5 万余个，全部工业增加值达338.8亿元，工业取用水量5.41亿m³。其中城市工业平均万元产值取用水量364m³/万元；县城工业平均万元产值取用水量505m³/万元；乡村工业平均万元产值取用水量272m³/万元。
　　1996年与1990年相比，村以上全部工业和不含电力工业产值年递增率分别为12.9%和13.3%；总用水量年递增率分别为6.5%和2.7%。全部工业用水弹性系数为0.7，不含电力工业用水弹性系数为0.6。可见工业总用水量的增长速度远小于产值的增长速度。其中城市工业产值年均递增7.1%，总用水量年均递增6.5%，取用水量年均递增 -2.6%，重复利用水量年均递增8.9%，说明此阶段城市工业发展对水的需求是由重复利用水量的增加来满足的；县城工业产值年均递增率为16.6%，总用水量、取用水量和重复利用水量年均递增率分别为3.7%、1.8%和7.6%，可见此阶段县城工业发展对水的需求由取用水量和重复利用水量的增加来满足；乡村工业产值年均递增率为24%，取用水量年均递增率为20.9%，略低于工业产值年递增率，说明此阶段乡村工业发展对水的需求主要是靠取用水量的增加来满足。
　　从不同类型工业节水水平指标分析，1996年县城工业万元产值取用水量是城市工业的139%，而重复利用率仅为其43%，说明县城工业在实施重复水利用工程、生产设备工艺及管理水平方面与城市工业有较大差距，其节水潜力较大。另外，由于目前乡村工业基本处于无节制用水状态，其节水有很大潜力，加强工业用水管理，完善用水制度，是现阶段乡村工业节水的重点。

　　3.2不同用途工业用水分析
　　根据工业用水的分类方法，考虑到工业用水实际统计情况，本项目按冷却用水、工艺用水(含生产锅炉用水)和职工生活用水三类进行调查及分析。表3.2为现状不同类型工业中各类用水占总用水量的比重构成情况。

　　从不同用途工业用水构成情况看，冷却用水在以重工业为主的城市中占的比例较高；其次是一般城市工业；县城工业和乡村工业所占比例较低。而工业用水和生活用水情况恰好相反。
　　各工业行业由于产品和生产工艺不同，其各类用水构成也不一样，电力、冶金、化工、机械、纺织行业冷却水比例较高，而造纸、食品、缝纫、森林行业中工艺用水和生活用水比例较高。即使对同一行业，其各类用水构成也不是固定不变的。1996年各类用水构成与1990年相比，多数行业冷却用水比例上升，工业用水比例下降，生活用水比例上升且幅度较大。这说明随着工业节水工作的开展，直接生产用水的节水措施得力，而生活用水控制不严，浪费严重。综上所述，工业各类用水构成与区域工业结构，行业产品结构和各类用水水平有关。
　　一个区域或行业的工业用水总重复利用率取决于各类用水的构成和各类用水的重复利用率，其关系如下：
　　η＝P_lη_l＋Ｐ_g.η_g＋Ｐ_S.η_S式中 η──水的总重复利用率。
　　　　　Ｐ_l、Ｐ_g、Ｐ_S──分别表示冷却、工业、生活用水占总用水量的比例。
　　　　 η_l、η_g、η_S──分别为冷却水循环率、工业水回用率和生活用水复用率。
　　各类用水的重复利用水平综合反映了不同工业结构的区域节水技术、用水管理状况、节水潜力和提高单位重复利用率的难易程度以及可能达到的重复利用率水平。其数值的高低主要取决于其节水技术措施推行情况和用水合理化水平。根据现状调查成果，城市工业平均冷却水循环率为94%，工艺水回用率为52.8%；县城工业冷却水循环率为63.4%，工艺水回用率为11.5%；乡村工业冷却水循环率为6.2%，工艺水回用率为1.5%。
　　另从典型调查水平衡测试结果分析，城市工业跑冒水量约占其直接生产用水(包括冷却水和工艺水)的0.8%；县城工业约为10%左右；乡村工业约为14%左右。在工业企业职工生活用水中，城市工业人均生活用水量平均为320升/人.日；县城工业平均为287 升/人.日，是华北地区节水较先进城市工业企业人均生活用水指标的1.5～1.8倍。说明工业在各类用水管理合理化、科学化方面有待进一步完善。
　　3.3不同行业工业用水分析
　　为了清楚认识全市工业用水状况，现将各行业取用水量、水重复利用率和万元产值取用水量作一比较分析。
　　从工业取用水量分析，在全部工业中，取用水量最高的行业为化学行业达4.92亿m³/年，其次为造纸行业3.83亿m³/年，再次为冶金、电力、纺织行业，取用水量均在3.4～2.0亿m³/年之间，五行业合计取用水量为17.2亿m³/年, 占全部工业取用水量的69.3%，其产值约为工业总产值的45.5%。
　　从不同行业工业用水重复利用率来看，由于电力行业 (指发电业)主要是冷却和锅炉用水，大多数企业基本上实现了闭路循环，其重复利用率较高，平均达93.0%左右； 其次为冶金、石油、化工均在59.8% ~ 67.8%之间；其余纺织、食品、煤炭、机械、建材、造纸行业的重复利用率在17% ~ 48.7%之间，其他行业均在16%以下。若不计电力行业，冶金、石油、化工三行业重复利用水量占全部重复水量的74.1%，而其取用水量仅占40%。
　　另外，在同行业的不同类型工业中，城市工业各行业平均重复利用率较高，其次为县城工业。同时，在同行业的不同企业间，水的重复利用水平也存在很大差别。一般新企业及节水较好的企业，由于设备现代化程度高，管网完善，工艺先进，其重复利用率较高；而老企业由于设备工艺落后，管网老化，跑冒滴漏严重，其重复利用水平较低。
　　再从万元产值取用水量分析，在全部工业中，最高的是造纸行业1852m³/万元，其次为电力行业1560m³/万元，化工、冶金、煤炭、食品、石油、纺织、建材在200 ~ 530m³/ 万元之间，机械、森林、文教用品、皮革、其它行业在 130 ~ 200m³/万元之间，缝纫行业由于其自身用水的特殊性，其万元产值取用水量只有46m³/万元。

4.工业节水分析评价

　　4.1现状节水措施分析
　　从调查资料分析，目前实施的节水措施类型基本上可分为技术型和管理型两大类。其中技术节水措施又可分为重复回用、串联使用、节水器具和工艺改造四种形式。
　　重复回用是指各类用水经过处理后，再输送回本工段进行重复使用的形式，这类措施在工业节水中应用广泛。
　　串联使用是指各类工业用水未经处理或处理后供水质要求低的工段使用，避免大量取用新水。这类措施常用于生产工艺及生活杂用水中(如：厂区绿化等)。
　　节水器具广泛用于各个用水环节，特别在生活及其他用水中应用较多，对减少用水浪费起了很大作用，但由于其应用规模有限，在工业节水中其作用效果还不显著。
　　工艺改造是指由于工艺水平提高，将过去用水多的工艺改成用水较少或不用水的工艺，从而达到节水的目的。如有的工厂将水冷改为气冷，可节约大量用水。但是，由于工艺改造需投资较大，在现阶段节水工作中作用还不突出，但它可能成为今后深入开展节水的根本措施。
　　用水管理包括行政管理措施和经济管理措施。采取的主要措施有：制定工业用水节水行政法规，健全节水管理机构，进行节水宣传教育，实行装表计量、计划供水，调整工业用水水价，控制地下水开采，对计划供水单位实行节奖超罚制度以及贷款或补助节水工程等。用水管理对节水的影响非常大，它能调动人们的节水积极性，通过主观努力，使节水设施充分发挥作用；它能约束人的用水行为，减少或避免人为的用水浪费。完善的用水管理制度是节水工作正常开展的保证。
　　本研究共收集近几年城市和县城工业各类节水技措工程47项。累计节水能力为6.8万m³/日，详见表4.1。 各类节水措施的节水比重见表4.2。 由于乡村工业中仅有极少数企业开展了重复回用和用水管理措施，绝大多数企业处于无节制用水状态，故本次节水措施分析未予考虑。

　　从节水措施统计资料分析，当前工业节水的主要特征是：
　　(1)节水措施的主要形式是重复回用和串联使用，其工程项目分别占总节水项目的54.2%和15.6%，形成的节水能力分别占总节水的62.2%和21%。随着节水水平的逐步提高，生产工艺的不断改进，今后通过工艺改造和加强用水管理形成的节水能力所占比重会逐步提高。
　　(2)工业节水项目大多集中在冷却水和工艺水方面。 由于冷却水和工艺水这两部分用水占工业用水的绝大部分，而且便于集中采取节水措施，因此实施于冷却水和工艺水方面的节水措施分别占总节水项目的41.5%和36.0%，形成的节水能力分别占总节水的52.3%和40.8％，其中冷却用水和工艺用水的重复回用是当前工业节水的最主要形式，约占全部节水能力的61.6%。由于这两类用水在工业用水中的比重在今后一定时期内不会有很大改变，因此这两个方面仍将是今后工业节水的主要方面。
　　(3)用水量大的行业节水量也大。 用水量较大的行业是电力、化工、冶金和纺织。这四个行业的节水措施能力占全部统计节水能力的77.3%，其余行业占22.7％。由此可以看出，这四个行业是当前工业节水的主要行业。由于四个行业大量使用冷却水和集中工艺水，所以在节水措施中重复回用所占比重较大。其余行业因工艺水使用较多，因此串联使用及用水管理方面的节水措施所占比重较大。
　　尽管全市工业企业开展了节水并取得了成绩，但从实际调查情况看，在节水举措方面仍存在以下问题：
　　(1)工业用水计量水平低、统计手段落后。目前计划供水指标普遍使用的是月取水量指标，即使采用单位产值取水量指标的地方，由于企业水平衡测试工作搞的不好或没有搞，对企业用水情况不清楚，致使单位产值取水指标的准确性较差。计划供水并没有起到完全控制企业用水的目的。
　　(2)工业供水水价普遍较低。目前工业自来水水价平均1.35元/m³，自备井水资源费0.06 ~ 0.07元/m³，与重复利用水单位成本1.26元/m³相差不大，因此现行管理措施在一定程度上影响着企业节水的积极性。
　　(3)技术措施规划设计水平低。据调查，许多企业由于技措工程规划设计水平低，致使重复利用水工程达不到设计能力或不能满足工业发展要求。工业冷却系统浓缩倍数大多在1.4 ~ 1.6左右，而国内节水较先进城市已达2.5左右，说明在冷却水水质稳定处理技术方面还有一定的差距。由于水质稳定处理技术水平低，致使冷却水系统设备结垢和生物繁殖严重，影响了重复利用水工程的使用效果。
　　综上所述，全市工业用水的合理化和科学化水平较低，节水措施有待完善提高，加强节水技术管理、实现计量统计制度化、科学化，积极采取用水工艺的给排水技术和重复利用水技术改造，重视和加强工业生产工艺和设备的技术更新，我省工业节水水平还会有更大提高。
　　4.2节水投资能力与效益分析
　　从本专题收集的47项节水技措工程投资情况看，其投资组成以企业自筹为主，水资源费资助为辅。1998年两方面投资分别占总投资的84%和16%。工业节水技措的实施和投资能力是随着节水工作的深入开展逐步增加的，特别是随着节水管理措施的逐步完善而迅速提高。近几年节水技措工程投资中，企业自筹资金增加较快，可见加强企业用水管理，提高工业用水管理水平，可以提高企业自筹资金进行节水技改的积极性。
　　根据城市工业水资源费收支统计资料，1990年水资源费收入640万元，用于节水技措投资164 万元，仅占总收入的26%，所占比重较低。今后应随着工业的发展，一方面适当提高水资源费价格，一方面通过加强水资源费的使用管理，做到专款专用，提高在工业节水投资中的比例，充分发挥其在节水中的作用。
　由典型调查资料可知，节水技措工程单位投资具有以下特点：
　　(1) 随着节水工作的开展，工业节水水平逐步提高，使得影响节水投资的因素往高标准化方面转移，相应的单位节水投资也随之增高。
　　(2) 节水措施类型不同，其单位节水投资有很大差异，现阶段冷却水重复利用工程平均0.38元/m³； 工艺水重复利用工程平均0.71元/m³；串联使用工程0.26元/m³；节水器具1.05元/m³；工艺改造1.27元/m³。
　　(3) 冷却用水循环工程单位投资与水量有直接关系，一般循环水量越大，其单位投资越低；水量越小，单位投资越高。
　　(4) 工艺用水回用工程单位投资与水质有很大关系，由于水质不同，处理难易程度差异很大，相应单位投资也相差悬殊。
　　（节水带来的经济效益对用水单位来讲，仅包括由于节水所减少的水费和污水排放费或公共设施有偿使用费。）

5.预测结果

　　按照万元产值取用水量，工业产值年增产率，各类用水比重，劳动生产影响力度，技术改造工艺用水占总工业用水的比重等参数，对石家庄市各工业部门的用水量、部门产值、万元产值、取用水量、水重复利用率等工业节水指数进行预测，预测结果见表5-1。