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问渠哪得清如许 为有科技活水来——轻工业环境保护研究所《工业企业水系统集成优化技术与应用》
发布时间:2018-03-16 15:14

编者按:水是过程工业不可或缺的重要资源。近年来随着水资源的日益短缺和环境污染的逐渐加剧,促使过程工业不断采取各种措施降低新鲜水的消耗量和废水的排放量。常规的节水策略通常着眼于单个单元操作或局部用水系统,只能达到一定的节水目的,不能保证整个用水系统的新鲜水使用量和废水产生量达到最小。水系统集成优化技术,从系统、整体的角度对水系统进行优化,以使系统水的重复利用率达到最大,同时废水的排放量达到最小。轻工业环境保护研究所经过多年的潜心研究,利用在水处理方面的研究积累和优势,研发出《工业企业水系统集成优化技术与应用》,形成的相关技术体系、国家标准、试点示范等成果,将会极大地推动我国水资源高效利用标准化工作的开展,促进相关技术的开发、应用和普及,推动我国重点耗水行业走上水系统集成节水的时代,从而提高用水效率,促进我国工业在水资源短缺条件下实现可持续发展。本成果获得了2016年美高梅手机版登录4858优秀科技成果奖。

水系统集成优化的实施,离不开先进废水处理技术的支撑。目前,现有工业废水处理工艺差异较大,各技术参差不齐,处于无序的市场竞争阶段,技术市场较为混乱。很多企业在选择工业废水处理与回用技术时往往存在偏差和盲从性,使很多真正较好的工业废水处理与回用技术不能被有效地转化和推广,从而导致废水处理成本的增加,或者处理后的废水不能满足有关要求,严重影响我国工业废水回收利用率的提高等问题。因此,如何科学合理地筛选出先进、经济、实用的工业废水处理与回用技术,是当前企业密切关注的亟待解决的问题。

《工业企业水系统集成优化技术与应用》针对上述问题,开展了重点行业水系统集成优化共性技术方法研究,研究了水系统集成优化主要技术方法,研制了国家标准《工业企业水系统集成优化导则》,解决了该技术在企业应用中的可操作性问题;重点分析了钢铁联合企业生产用水过程,研制了国家标准《钢铁联合企业水系统集成优化实施指南》,为钢铁联合企业系统节水工作提供了技术引导。 

解决的主要技术问题及创新性

一是研究建立了工业企业水系统集成优化技术方法。针对我国高用水行业相对集中、废水排放量大、重复利用率不高、用水效率总体水平较低等问题,在对国内外现有过程工业水系统集成优化技术深度调研分析基础上,基于水夹点法和数学规划法,重点研究了重点行业水系统集成优化共性技术方法,首次系统建立了水系统集成优化的基本原则、程序和方法,并制定了国家标准《工业企业水系统集成优化导则》(GB/T 29749-2013)(附件3.1),为工业企业实施水系统集成优化提供了技术支撑和方法引导,填补了工业水资源高效利用共性技术方法及标准缺失的空白。

二是研究建立了钢铁联合企业实施水系统集成优化的指标体系及方法。针对钢铁行业的主要用水系统及各个生产工序,开展系统集成节水减排共性技术方法研究,分析了钢铁行业的节水现状和节水潜力,首次建立了钢铁联合企业实施水系统集成优化的指标体系,以及有关程序和方法,并制定了国家标准《钢铁联合企业水系统集成优化实施指南》(GB/T 30887-2014)(附件3.2),为钢铁联合企业实施水系统集成优化提供了切实可行的技术方法,也为其他行业开展水系统集成优化提供了参考。

三是研究建立了工业废水处理与回用技术评价方法。通过对国内外现有工业废水处理和回用技术的资料收集、案例分析和比较研究,基于专家评估法、经济分析法、运筹学评价法和综合评价法,重点研究了工业废水处理与回用技术评价方法,首次建立了工业废水处理与回用技术评价指标体系及评价程序与方法,并制定了国家标准《工业废水处理与回用技术评价导则》(GB/T 32327-2015)(附件3.3),解决了目前工业废水处理与回用技术筛选过程中量化评价的难点技术问题,避免了企业对技术选择和应用上的偏差和盲从性,不仅提高了工业废水的重复利用率和技术水平,也为政府部门制定相关政策、标准提供了技术支撑。

本成果主要针对我国高用水行业相对集中、废水排放量大、重复利用率不高、用水效率总体水平较低等问题,基于系统集成和技术评价理论,重点研究了重点行业水系统集成优化共性技术方法以及工业废水处理与回用共性评估技术,形成相关技术体系,并制定了国家标准,且选取钢铁行业进行试点示范。其形成的创新点如下:

一是基于水夹点法、数学规划法、水系统集成等有关理论以及工程实践经验,采取理论与实践相结合的方式,研究建立了科学实用的工业企业水系统集成优化的共性程序和方法,并在此基础上,制定了更具实用价值的钢铁行业水系统集成优化实施指南,填补了相关技术与标准领域的空白,为工业企业实施水系统集成优化提供了技术支撑和方法引导。

二是基于科学实用的技术评价理论、废水处理技术推广应用主要评价要素以及我国有关环境保护政策要求,采取定性指标与定量指标相结合的方式,研究建立了工业废水处理与回用技术评价指标体系,并结合专家打分法、德尔菲法和层次分析法等,首次建立了工业废水处理与回用技术评价方法模型与评价程序,解决了技术筛选过程中量化评价的难点技术问题,为工业废水处理与回用技术的筛选、评价及应用提供理论引导与技术支撑。

明显的经济及社会效益

本成果所形成的技术及标准化成果的推广应用,将促使我国钢铁等工业行业单位产品取水量下降8%左右,废水回用率提高5%10%,未来五年预计可节水约10亿立方,大幅降低新鲜水的使用量,在提高资源利用效率的同时,对于保护生态环境,减少污染,建设资源节约型、环境友好型社会,实现可持续发展战略具有重大意义。此外,该成果的应用还可以对资源的高效利用起到规范化和标准化的作用,促进我国资源高效利用技术进步,带动节能环保产业的技术研发以及上下游产业的发展,从而带来明显的经济及社会效益。

本成果中所涉及的有关技术已实现标准化,其中《工业企业水系统集成优化导则》(GB/T 29749-2013)已于201431日开始实施;《钢铁联合企业水系统集成优化实施指南》(GB/T 30887-2014)已于201521日开始实施;《工业废水处理与回用技术评价导则》已于201671日开始实施。

有关研究成果已在国内某钢铁联合企业进行试点应用。该企业经水系统集成优化后,优化的用水系统的水消耗总量为12507.12 t/h,节约用水量7072.47 t/h,按该集团水循环利用率95%、钢产量500万吨/年计算,优化后全年(按350天计)节约新鲜水量或废水减排量为297万吨,优化后每吨钢可节约用水0.594吨。按年钢产量为500万吨,水价4.5/ 立方米计算,年可节约经费1337万元,经济效益显著。

优秀创新团队

美高梅手机版登录4858水污染控制重点实验室2012年获得美高梅4858官方网创新团队项目资助。自2012年至今,团队1名成员(张忠国)被评定为正高级职称、3名成员(任晓晶、李珊、刘丹)被评定为副高级职称;博士后出站1名(任晓晶),1名成员(张忠国)前往美国耶鲁大学进行为期1年的学术访问(国家留学基金委公派访问学者),1名成员攻读北京师范大学在职博士(宫晨皓),2名成员分别攻读中国科学院过程工程研究所(吴月,已获得工程硕士学位)和北京工业大学在职硕士(钱宇);团队与国内高校联合培养硕士研究生9人,其中7人已取得硕士学位。团队固定成员中, 2人入选美高梅手机版登录4858“海外人才专项资助”(宫晨皓-化学机械浆超滤深度处理技术;张忠国-电芬顿-膜分离法废水深度处理关键技术研究与集成)、3人入选美高梅手机版登录4858“青年骨干计划”(李珊-污泥水解酸化同步除磷脱氮技术及过程控制;任晓晶-耐污染高强度小分子超滤膜的研究;宫晨皓-电絮凝-膜分离耦合过程中污染物降解规律及其膜污染研究),2人入选美高梅手机版登录4858“科技萌芽计划”(吴月-造纸废水板式动态超滤过程污染控制关键技术;钱宇-外选择性中空纤维复合正渗透膜的制备)。

资助期内,团队主要成员通过自学、参加培训、参加学术会议、组织学术会议或讲座等多种形式提高个人的综合素质,使得科研团队成员的常识水平得到一定的提高,完善了整体及个人的常识结构,研究领域得到一定程度的扩展。包括水污染控制技术、水系统集成优化技术、自动化控制技术、膜材料的改性及表征、膜组件的制备与性能评价等多个领域。

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