基于水足跡理論的煤制油產業布局評價

魏思策, 石 磊

1 清華大學， 化學工程系, 北京 100084 2 清華大學， 環境學院, 國家環境保護生態工業重點實驗室, 北京 100084

基于水足跡理論的煤制油產業布局評價

魏思策1, 石 磊2,*

1 清華大學， 化學工程系, 北京 100084 2 清華大學， 環境學院, 國家環境保護生態工業重點實驗室, 北京 100084

煤制油是我國應對石油危機的重要途徑之一，但其高耗水的特點使其備受爭議。利用水足跡理論對全國五大煤炭基地2015年規劃的煤制油產業進行了藍水足跡和灰水足跡的測算，分析了煤制油產業對這些區域水資源的耗用情況及沖擊程度。結果顯示，神東、晉東和新疆伊犁3個基地的煤制油產業藍水足跡超過了1 億t、灰水足跡超過了3 億t，其中神東地區作為最大的煤制油產地兩項數值分別達到1.9 億t和4.1 億t與當地水資源總量對比，寧東地區煤制油耗水沖擊最大，占當地水資源總量的28.2%；新疆伊犁地區比例最小，為0.36%。通過對這5個煤炭基地以區域為尺度的水足跡結構分析和評價比較，得出了兩種煤制油工藝的水資源消耗差異，并且為煤制油產業在五大基地的合理布局給出了依據，與此同時為接下來煤制油產業的技術革新和流程優化也提出了相應的建議。

水足跡; 煤制油; 生命周期; 煤炭基地

隨著石油資源的耗竭以及價格的不斷攀升，煤制油技術成為緩解石油危機的重要措施之一，這對于“貧油、富煤”的我國尤其重要。然而，煤制油過程高耗水和高耗能的特點，使煤制油產業倍受爭議。2008年，國家印發《關于加強煤制油項目管理有關問題的通知》，指出停止除示范工程以外所有的煤制油項目，旨在全面分析論證煤制油項目的可行性。針對煤制油高耗水爭議，本文采用水足跡方法對我國五大煤炭基地煤制油項目開展研究，分析煤制油產業對這些區域水資源的利用情況及沖擊程度。

水足跡的概念最早由Hoekstra 界定，意指一個國家、地區或個人在一定時間內消費的所有產品和服務所需要的水資源數量[1]。因可以形象地表征出社會經濟系統的發展對于水資源環境的壓力，水足跡自提出后迅速推廣應用到國家、省、市、區、流域等不同尺度，識別這些尺度上水足跡的規模變化、結構變化及其影響因素，為水資源安全、糧食安全及生態環境壓力等問題提供決策支持[2- 6]。同時，因國際貿易所引致的虛擬水貿易問題，水足跡研究拓展到大米、玉米和小麥等農產品領域[7- 9]，其后又進一步拓展到工業產品領域。近年來，開始出現對典型工業過程的水足跡研究，例如印染、鋼鐵和紡織等[10- 13]。

煤制油產業是一種替代石油資源的戰略產業，早在20世紀70年代美國等發達國家就開展了開拓性的研究，南非等國家甚至建立了中試規模的裝置[14]。然而，由于資源稟賦的特異性和經濟發展的巨大需求，煤制油的真正大規模產業化卻很可能發生在我國。位于內蒙古鄂爾多斯的神華百萬噸級直接液化煤制油示范裝置是世界上第1個百萬噸級的直接液化煤制油商業示范裝置[15],這標志著我國成為煤制油產業的核心國家。尤其進入“十二五”以來，我國正在建設和規劃中的煤制油裝置多達15 套，總產能高達2337 萬t。然而，我國的煤制油裝置基本位于缺水地區，而其相對高耗水特征引發了巨大的產業發展爭議。因此，開展煤制油產業的水足跡及其產業布局研究就顯得尤為重要。

由于煤制油產業尚處在大規模產業化前期，煤制油產業的水足跡研究至今未見報道?？紤]到正面臨煤制油產業發展的關鍵時期，選取神東、晉東、寧東、陜北、新疆伊犁五大煤炭基地，通過搜集相關資料，一方面開展煤制油產業全周期耗水量的測算，指出水資源優化的關鍵流程環節和削減潛力；另一方面，通過分析煤制油產業對五大煤炭基地水資源利用和沖擊的情況，為煤制油產業的布局提供依據。

1 研究對象和區域

1.1 煤制油

煤制油也稱煤液化，是以煤炭為原料生產液體燃料和化工原料的煤化工技術的簡稱。通常有兩種技術路線，直接液化和間接液化[16]。

煤直接液化是煤在適當的溫度和壓力條件下，直接催化加氫裂化，使其降解和加氫轉化為液體油品的工藝過程，煤直接液化也稱加氫液化。其生命周期圖及具體生產工藝流程如圖1中虛線框所示[17]。煤直接液化技術國內外都進行了大量的技術研究，并建設了許多中試裝置，位于內蒙古鄂爾多斯的神華百萬噸級直接液化煤制油示范裝置成為世界上第1個百萬噸級的直接液化煤制油商業示范裝置。

煤的間接液化以煤為原料先經氣化制合成氣(CO+H2)，再在催化劑的作用下，經 F-T 合成生成烴類產品和化學品的過程。具體的工藝流程如圖1實線框所示。間接液化在國外已有70多年歷史，而我國是從20世紀70年代開始開展煤炭液化技術研究。2009年3月20日，采用中科合成油公司技術的伊泰16 萬t/a煤間接液化項目正式產油成功。該項目采用的漿態床反應器、費托合成催化劑、油品精制和系統集成全部由我國自主研制。

圖1 直接煤制油和間接煤制油生產工藝及生命周期流程示意圖

1.2 研究區域

本次研究的區域為國家“十二五”期間重點建設的14個煤炭基地中的5個，分別是神東、晉東、寧東、陜北和新疆基地，其中新疆基地的主要研究對象是伊犁地區。這5個基地的煤炭儲量和水資源量如表1所示[18- 19]。

2 研究方法和數據來源

2.1 水足跡計算方法

根據藍水足跡的定義可知煤制油企業藍水足跡(WFB)的計算公式[20]為:

WFB=WFB1+WFB2

(1)

式中,WFB1是運營藍水足跡，即與產品生產直接相關的藍水足跡，WBF2是供應藍水足跡，即與產品投入相關的供應鏈藍水足跡[21]。

針對本文所研究的煤制油、火電廠和采煤廠等企業，其企業灰水足跡的環境影響因子nk,m，來自單項排放濃度與相關標準對該項濃度限值c限,k,m的比值：

nk,m=c排,k,m/c限,k,m

(2)

在計算企業的灰水足跡時，應對各項污染物的環境影響因子逐一進行計算，最后選取最大值計算企業的灰水足跡:

(3)

當直排與納管的濃度限值不同時，應當單獨算出各自的灰水足跡再相加：

WFG=WFG1+WFG2

(4)

企業灰水足跡可分為直排和納管兩部分，直排水和納管水水質標準不同。直排水一般按地方污水綜合排放標準，當地沒有發布地方標準按《中華人民共和國污水綜合排放標準》(GB8978—1996)。納管水一般按照國家建設部發布的《污水排入城市下水道水質標準》(CJ343—2010)，若存在地方或園區發布納管水標準，則按照地方或園區標準為準。分別計算納管水和直排水對應的灰水足跡再相加:

(5)

式中，c1為直排入水體的冷卻水中對水體影響最大的污染物濃度(mg/L);D1為直排入水體的冷卻水量(t);c2為經污水處理設施處理的納管的排水中對水體影響最大的污染物濃度(mg/L);D2為經污水處理設施處理的納管的排水量(t);c3為經污水處理設施處理的直排入水體的排水中對水體影響最大的污染物濃度(mg/L);D3為經污水處理設施處理的直排入水體的排水量(t);c為根據該地域受納水體水質級別對應的當地直排水污水綜合排放標準規定的相應污染物濃度限值，若不存在地方標準，則根據《中華人民共和國污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中規定的相應限值(mg/L);c納為根據當地納管污水綜合排放標準規定的相應污染物濃度限值，若不存在地方標準，則根據《污水排入城市下水道水質標準》(CJ343—2010)中規定的相應限值(mg/L)。

2.2 數據來源

本研究采用的數據來源及用途如表2所示[22- 23]。

表2 數據來源 [22- 23]Table 2 Data sources [22- 23]

3 結果與討論

3.1 藍水足跡

在生命周期理論的框架下，煤制油的藍水足跡既包括與煤制油生產直接相關的藍水，也包括與產品投入相關的供應鏈藍水，即生命周期藍水[24- 25]。

3.1.1 煤制油直接藍水

圖2 兩種煤制油工藝運營藍水足跡

兩種煤制油技術的生產工藝差異比較大，因此對于各項資源的消耗值也各不相同。針對兩種不同的煤制油技術，其生產1 t油品的運營藍水足跡及相關資源消耗數據如圖2所示。

由圖2可知：

(1)直接煤制油和間接煤制油運營藍水足跡分別為12 t和13 t，運營藍水足跡值均比較高，其中間接煤制油略高于直接煤制油。

(2)在其他資源消耗方面，直接煤制油生產單位油品需要耗電1180kWh、耗煤3.3 t，而間接煤制油需耗電820kWh、耗煤3.64 t，耗電量較少但耗煤量較多。

3.1.2 生命周期藍水

生命周期藍水以投入生產的煤炭資源和電力資源的藍水為主，根據五大煤炭基地2015年煤制油產業的規劃情況，各基地的生命周期藍水足跡的具體計算數據如附表1所示。根據煤制油技術的生命周期圖(圖1)，生命周期藍水足跡計算將煤制油產業全周期的能耗、水耗全部考慮其中，其中煤炭資源的藍水足跡包括采煤廠運營藍水足跡及其耗電所產生的供應藍水足跡，電力資源的藍水足跡包括火電廠運營藍水足跡及其耗煤、耗電所產生的供應藍水足跡。

對比5個煤炭基地的生命周期藍水足跡，神東地區的生命周期藍水足跡量最大，其中直接煤制油達到6737.31 萬t，而晉東地區生命周期藍水足跡為4751.38 萬t，其生命周期平均藍水足跡分別為13.47 t和8.47 t，相差59%之多，這說明生命周期藍水足跡與各基地其他工業部門耗水情況有較大關系；而神東地區直接煤制油和間接煤制油的生命周期平均藍水足跡分別為13.47 t和13.39 t，差異極小，可見兩種煤制油技術的生命周期藍水足跡基本相同。

此外，由結果可知，在煤制油的生命周期藍水足跡中，采煤業的藍水足跡占較大比例，而在整個煤制油產業中，電煤所只占不到10%的比例，最主要的耗煤環節是煤制油的生產過程，因此生產耗煤的藍水足跡是煤制油過程主要的水耗。

整合結果可知兩種煤制油產業在五大基地總的藍水足跡，具體數據如表3所示。

表3 五大基地2015年煤制油總的藍水足跡Table 3 Total blue water footprint of five coal base in 2015

圖3 2015年煤制油需水量與當地水資源總量的比值

由表3可知，2015年煤制油產業在五大基地的總藍水足跡分別為1.9 億t、1.2 億t、0.9 億t、0.22 億t和1.29 億t，說明煤制油規劃產量對總藍水足跡起到決定性作用；而總藍水足跡平均值分別為25.71 t、20.96 t、21.98 t、22.37 t、23.08 t，說明不同基地各工業部門的用水情況對該地區煤制油產業水耗有很大影響。

在煤制油總的藍水足跡中，生命周期藍水約占總藍水足跡的一半，可見生命周期藍水是總藍水中不可忽略的重要組成部分。 基于對煤制油產業耗水量的計算，評價煤制油產業對當地水資源消耗情況需要與該地區水資源總量進行比對，從而得出煤制油產業對該區域水資源的耗用程度。煤制油耗水量占當地水資源總量的比例如圖3所示。

由圖3可知：

五大基地煤制油耗水占當地水資源量的比例分別為6.49%、4.90%、28.18%、0.47%、0.36%，各地區比例差別較大，造成這樣差異的原因一方面是因為水資源稟賦的不同，寧東地區水資源總量為3.2 億t，而新疆伊犁水資源豐富，總量為360.67 億t；另一方面是因為煤制油產業規模的不同，神東地區規劃產量為736 萬t，而陜北地區僅為100 萬t。

總的來看，神東、晉東地區將是煤制油的主產區，該地區水資源量相對匱乏但藍水消耗量較大，水足跡值高于其它幾個地區；寧東地區水資源比較匱乏，同時煤制油規模較大，因此水足跡值相對水資源總量的比例高于其它幾個地區；陜北地區煤制油產量較小，因此水足跡總量也比較??；新疆伊犁地區水資源量很充沛，煤制油產量大，因此水足跡總量也很大。

3.2 灰水足跡

在生命周期理論的框架下，煤制油的灰水足跡也包括兩部分，分別是煤制油生產環節中直接排放的廢水，還有與產品投入相關的廢水，即生命周期灰水。

圖4 兩種煤制油工藝的直接廢水

3.2.1 煤制油直接灰水

在煤制油的生產過程中會產生大量廢水，針對兩種不同的煤制油技術，它們各自的廢水排放量如圖4所示[26- 29]。

兩種煤制油工藝的單位油品廢水量分別為4.4 t和5.64 t，相比之下間接煤制油工藝在生產過程中會產生更多的廢水。煤制油產生的廢水會全部進入污水處理廠進行綜合處理，經過處理的廢水中各項主要污染物濃度如附表2所示[30]。

兩種煤制油技術產生的廢水中污染物濃度各不相同，但經過處理后以相同的濃度排出，且污水處理廠已經去除了廢水中絕大部分的污染物。將污水處理廠排出的污染物濃度與地表水標準(五類)相比可以得到環境影響因子，在各項污染物的環境影響因子中選取最大值7.5作為煤制油企業的灰水足跡。根據灰水足跡計算公式(公式5)可知五大基地煤制油產業的直接灰水足跡，具體如表4所示。

表4 五大基地2015年煤制油產業的直接灰水足跡Table 4 Direct gray water footprint of five coal bases in 2015

由表4可知，煤制油總的直接灰水足跡值均超過當地總的藍水足跡，其中神東地區灰水足跡達2.66 億t，比總藍水足跡多40%。但其單位產量平均水足跡僅為36.7 t，低于其他4個地區，這主要是因為該地區煤制油產業為兩種技術共存，由表9可知直接煤制油廢水排放量較少，故直接煤制油技術的灰水足跡要少于間接煤制油。

3.2.2 生命周期灰水

與生命周期藍水類似，煤制油產業的生命周期灰水也是水足跡中非常重要的組成部分，主要包括火電廠和采煤廠的灰水足跡，具體廢水中各主要污染物濃度及灰水足跡數如附表3所示[31]。

將污水處理廠排出的污染物濃度與地表水標準(五類)相比可以得到環境影響因子，在各項污染物的環境影響因子中選取最大值7.5作為煤制油企業的生命周期灰水足跡，由此求得的五大基地2015年生命周期灰水足跡值如表5所示。

表5 五大基地2015年生命周期灰水足跡Table 5 Life cycle gray water footprint of five coal bases in 2015

圖5 五大基地2015年煤制油產業總灰水足跡

由附表3可知，采煤廠和火電廠的廢水影響因子分別是5和7.5。從質的角度來說，采煤廠廢水中各污染物濃度相比火電廠較低，其影響因子也顯著低于火電廠，為后者的三分之二；從量的角度來說，采煤廠的廢水排放量遠高于火電廠的廢水排放量，前者廢水排放量約為后者的五萬倍。綜合來看，在生命周期灰水中，采煤廠的灰水足跡占據幾乎所有比例，火電廠的灰水足跡甚至可忽略不計。

對比附表3與表4發現，生命周期灰水足跡的量已經接近部分區域甚至高于煤制油直接產生的灰水足跡的一半，可見生命周期灰水是煤制油產業灰水足跡中不可忽視的重要組成部分。五大基地煤制油產業全周期灰水足跡及平均灰水足跡分別如圖5和圖6所示。

由上圖可知，各地區煤制油灰水足跡已超過當地煤制油藍水足跡的兩倍，其中神東地區以4.1 億t的量位居灰水足跡第一；而五大基地平均灰水足跡值分別為56.08 t、62.17 t、62.28 t、62.19 t和62.51 t，神東地區灰水足跡平均值低于其他幾個地區，主要原因是該地區規劃的直接煤制油項目比間接煤制油的灰水足跡要少。

根據上述所有結果，可以繪出煤制油產業在每個地區的用水狀況，如圖7所示。

3.3 討論

對比五大基地的煤制油產業用水狀況可知，神東地區總藍水足跡和總灰水足跡最大，分別高達1.90 億t和4.13 億t；而晉東、寧東和新疆伊犁地區產業發展規模相似，其藍水總量和灰水總量也趨于相同，從數量上看僅次于神東地區；陜北地區煤制油產業規模較小，故藍水總量和灰水總量均顯著低于其他地區，僅為0.23 億t和0.62 億t。根據煤制油藍水足跡與當地水資源量的比值可知，寧東地區的比例高達28%；神東、晉東地區比例分別為6.49%和4.90%，相比寧東地區對水資源的影響要小；而陜北和新疆伊犁地區的比例均小于0.5%，遠低于其他3個地區，說明該產業對當地水資源的影響程度甚微。

圖6 五大基地2015年煤制油產業平均灰水足跡

圖7 各煤炭基地煤制油藍水足跡

對比兩種煤制油工藝，從藍水足跡的數據來看，兩種工藝的新水消耗量基本相同，但從灰水足跡的數據來看，神東地區的平均灰水足跡低于其他幾個地區，這主要是因為神東地區有大量的直接煤制油規劃，由此可知，直接煤制油工藝的廢水排放對環境的影響力低于間接煤制油，而兩種工藝耗水量基本相同。

通過對這5個煤炭基地以區域為尺度的水足跡結構分析和評價比較，很直觀的看出不同煤炭基地水資源受煤制油產業影響的程度差異非常大，煤制油產業占當地水資源總量的比例在寧東地區高達28%而在新疆伊犁則僅為0.36%，因此單純的從從水資源的角度來說，新疆伊犁等水資源豐富的地區更適合煤制油產業的大規模布局，而水資源相對匱乏的地區則應遵循“以水定煤”的原則，適度開發煤制油產業，但可以綜合利用水權置換、工業反哺農業等政策杠桿來調整工業用水配額，實現水資源的最優利用；與此同時，通過對煤制油產業全周期水足跡的測算，也可以看到生命周期水足跡占到總水足跡的一半以上，其中尤其以采煤業產生的水足跡為主，因此采煤業作為該產業流程中耗水量最大以及最有改善潛力的部分，應該是今后煤制油產業布局前需要予以特別關注的，無論是采煤業的技術革新還是流程優化，只要是有利于其減少水足跡的方法都將極大的促進煤制油產業的規模化生產。

本文中使用的方法是水足跡方法，在測算中主要考慮了煤制油直接生產、生產耗煤、生產耗電這三部分的水足跡，而其他各個方面的水足跡例如行政管理、運輸等部分的水足跡因為難以測算且所占比例較小故未計入總水足跡中，因此本文測算出的水足跡數據并不能非常準確的表現真實的煤制油產業的水足跡數據，在下一步的研究中將進一步優化算法并獲取更加準確的數據，通過理論數據與實際消耗的結合擬合出更加符合實際的測算公式。

4 結論

(1)五大基地煤制油產業水足跡的分析結果表明，除陜北基地以外各地區煤制油藍水足跡均接近或超過1 億t、灰水足跡均超過2 億t，煤制油作為一項高耗水產業，不僅其直接生產過程需要消耗大量新水并排出大量廢水，而且生產所用的電力資源及煤炭資源對水資源也有很大的影響，其中生命周期藍水約占藍水總量的50%，生命周期灰水約為總灰水足跡的三分之一，成為水足跡中不可忽略的重要組成部分。綜合考慮直接和生命周期水足跡，煤制油生產一噸油品的平均藍水和灰水足跡分別為23 t和60 t左右。

(2)對比五大基地煤制油產業的藍水、灰水足跡和水資源開發率等數據可知，寧東地區規劃的煤制油規模偏大，水足跡值相對水資源總量的比例高于其它幾個地區，高達28.2%，對當地水資源的沖擊較大；神東和晉東地區兩地區的總規劃量約1300 萬t，藍水足跡對水資源的利用率分別為6.49%和4.90%，可以成為煤制油產業適宜發展的區域；陜北地區煤制油產量較小，因此水足跡總量也比較小，藍水、灰水足跡分別為0.23 億t和0.62 億t；新疆伊犁地區煤制油產量很大，藍水、灰水足跡總量分別達到1.28 億t和3.37 億t，但因為該地區水資源量比較充沛，因此藍水足跡占水資源總量的比例僅為0.36%，對當地水資源的影響較小。

(3)通過測算可以明顯的看到采煤業是煤制油產業流程中對水資源影響最大的模塊，因此可以利用技術革新和流程優化等方法來減少其水足跡，從而間接的減少煤制油產業的水足跡；另外，通過對以上數據的整體分析，我們也可以知道在煤制油產業對當地水資源影響較小的地區更適合大規模發展煤制油產業，而在影響較大的地區則需要更加謹慎地進行規劃，堅持“以水定煤”的原則，在規劃之初做好整個煤化工園區的規劃，以循環經濟的理念協調上下游產業的關系，通過工藝內流程優化、園區內水資源循環利用、流域內水權置換等方式方法的結合，最終來實現煤制油產業水足跡的下降，促進其在各區域的大規模布局。

總的來說，各煤炭基地的煤制油項目在規劃之初需要進行合理性和可行性分析，在保證做好水資源影響評估的基礎上，進行科學的布局和規劃。

[1] 尹婷婷, 李恩超, 侯紅娟. 鋼鐵工業產品水足跡研究. 寶鋼技術, 2012, (3): 25- 28.

[2] 高孟緒, 任志遠, 郭斌, 李小燕. 基于GIS的中國2000年水足跡省區差異分析. 干旱地區農業研究, 2008, 26(1): 131- 136.

[3] 張義, 張合平. 基于生態系統服務的廣西水生態足跡分析. 生態學報, 2013, 33(13): 4111- 4124.

[4] 雷玉桃, 高帥, 盧麗華, 吳里佳. 廣州市水足跡的估算與分析. 特區經濟, 2010, (8): 274- 276.

[5] Liu S L, Wang Y X, Mao X H. Calculation and analysis of water footprint in Shunyi district of Beijing. Applied Mechanics and Materials, 2013, 295-298: 964-969.

[6] 蔡振華. 甘肅省及黑河流域水足跡及虛擬水貿易研究 [D]. 北京: 北京林業大學, 2012.

[7] 王會肖, 蔡燕, 王艷陽. 黃河流域農業水足跡研究 // 發揮資源科技優勢 保障西部創新發展——中國自然資源學會2011年學術年會論文集 (下冊). 北京市: 中國自然資源學會, 2011.

[8] 田園宏, 諸大建, 王歡明, 臧漫丹. 中國主要糧食作物的水足跡值: 1978- 2010. 中國人口·資源與環境, 2013, 23(6): 122- 128.

[9] Herath I, Green S, Singh R, Horne D, Van der Zijpp S, Clothier B. Water footprinting of agricultural products: A hydrological assessment for the water footprint of New Zealand′s wines. Journal of Cleaner Production, 2013, 41: 232-243.

[10] 張音, 丁雪梅, 吳雄英. 服裝產品工業水足跡的若干基本問題. 印染, 2013, 39(7): 43- 46.

[11] Ene S A, Teodosiu C, Robu B, Volf I. Water footprint assessment in the winemaking industry: A case study for a romanian medium size production plant. Journal of Cleaner Production, 2013, 43: 122-135.

[12] 王來力, 吳雄英, 丁雪梅, 王麗華, 于建明. 棉針織布的工業碳足跡和水足跡實例分析初探. 印染, 2012, 38(7): 43- 46.

[13] 石鑫. 新疆近30年棉花生產水足跡時空演變分析 [D]. 咸陽: 西北農林科技大學, 2012.

[14] 楊葛靈. 中國神華煤制油發展戰略研究 [D]. 上海: 華東理工大學, 2013.

[15] 王濤. 中國煤制油產業法律規制 [D]. 太原: 山西財經大學, 2010.

[16] 周麗, 任相坤, 張希良. 我國煤制油產業政策綜述. 化工進展, 2012, 31(10): 2207- 2212.

[17] 馬靜, 汪黨獻, 來海亮, 王茵. 中國區域水足跡的估算. 資源科學, 2005, 27(5): 96- 100.

[18] 中國科學院地理科學與資源研究所. 噬水之煤: 煤電基地開發與水資源研究. 北京: 中國環境科學出版社, 2012.

[19] 國務院發改委《國家大型煤炭基地規劃》, http://www.ndrc.gov.cn/xwfb/t20060428_67793.htm.

[20] Hooekstra A Y, Chapagain A K, Aldaya M M, Mekonnen M M. 水足跡評價手冊. 劉俊國, 曾昭, 趙乾斌, 馬坤, 譯. 北京: 科學出版社, 2012.

[21] 徐長春, 黃晶, 劉繼軍, Ridoutt B G, 劉繼軍, 陳阜. 基于生命周期評價的產品水足跡計算方法及案例分析. 自然資源學報, 2013, 28(5): 873- 880.

[22] 劉炳楠. 論陜北煤炭基地建設中的水資源問題. 陜西煤炭, 2005, 24(3): 3- 6.

[23] 馮潔. 寧東煤炭資源開采對地下水的影響研究 [D]. 西安: 西安科技大學, 2012.

[24] 賈佳, 嚴巖, 王辰星, 梁玉靜, 張亞君, 吳鋼, 劉馨磊, 王麗華, 杜沖. 工業水足跡評價與應用. 生態學報, 2012, 32(20): 6558- 6565.

[25] 黃少良, 杜沖, 李偉群, 王麗華. 工業水足跡理論與方法淺析. 生態經濟, 2013, (1): 28- 31.

[26] 楊艷. 煤制油低濃度含油廢水處理工藝研究 [D]. 包頭: 內蒙古科技大學, 2011.

[27] 陳向前, 孟昭福, 單明軍, 陳鳳. 石灰-鐵鹽法預處理煤制油廢水的研究. 環境科學與技術, 2011, 34(8): 169- 172.

[28] 郝志明, 鄭偉, 余關龍. 煤制油高濃度廢水處理工程設計. 工業用水與廢水, 2010, 41(3): 76- 79.

[29] 魏江波. 煤制油廢水零排放實踐與探索. 工業用水與廢水, 2011, 42(5): 70- 75.

[30] Shao L, Chen G Q. Water footprint assessment for wastewater treatment: method, indicator, and application. Environmental Science & Technology, 2013, 47(14): 7787-7794.

[31] 馮建國. 煤炭基地水污染及防治對策研究 [D]. 長安: 長安大學, 2007.

The coal-oil industrial layout evaluation based on water footprint theory

WEI Sice1, SHI Lei2,*

1DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China2StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryonEco-industry,SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China

“The Water Footprint Concept” as introduced by Hoekstra(2002), indicates the consumption of water needed for the production of the goods and services in a certain period of time consumed by any of the known population (a country, a region or a person). The products and services referred here contain the necessary human food, all kinds of daily necessities, domestic water and environmental water. Green water, Blue water and Gray water are the three components of the water footprint. This can be used to reveal the water consumption in the process of industrial activity and provide scientific basis to manage and regulate water usage in industrial production activities. Coal Oil/CTL, also known as Coal Liquefaction, is short for the coal chemical technology of producing liquid fuels and chemical raw materials based on coal. There are usually two technical routes: Direct Coal-Oil and Indirect Coal-Oil. The Coal-Oil industry is a strategic choice for China to cope with the oil crisis. Due to the high water consumption, however, the industry brings about many controversies. Based on water footprint theory, we calculated the blue water footprints and gray water footprints of the planned coal-oil industries in the nation′s five largest coal bases: Shendong, Jindong, Ningdong, Shanbei and Xinjiang Yili. The water footprint includes direct water footprint and life cycle water footprint. The former means the water footprint associated directly with the production while the latter means the water footprint in the whole production supply chain. As the coal-oil industry consumes large amounts of coal and power resources, so the water footprints in coal plant and thermal power plant are both considered in the life cycle water footprint. Thus, we not only calculated the power consumption of the thermal power plant and coal plant themselves but also took the coal consumption in thermal power plant into account. The results show that three out of five coal bases, Shendong, Jindong,and Xinjiang Yili have over 100 million tons of blue water footprint and their gray water footprint exceeded 300 million tons. Among them, for Shendong region as the largest coal-oil producer, these two values reached 190 million tons and 410 million tons respectively. From 2015 on,every year 7.26 million tons of oil is expected to be produced. Among the blue water and gray water footprints, the life cycle water footprint that includes coal and power resources water footprints accounted for nearly 50%. Therefore the life cycle water footprint has become a very important part of the water footprint. In addition the coal plant water footprint is much greater than thermal power plant. Compared with the local regional water resources, the utilization of water resources in Ningdong region is the largest (28.2%) and Xinjiang Yili region the smallest (0.36%). The results also show the regional average blue water and gray water footprints data of the coal-oil industry is basically the same: to produce 1 ton of oil the average blue water footprint is 20—26 tons while the gray water is 56—62 tons. All in all, the coal-oil industry layout planning should follow the principles of supply-side management and be based on local water resources and water environmental capability.

water footprint; coal-oil; life cycle; coal base

附表1 2015年煤制油在五大基地的生命周期藍水足跡Appendix 1 The life cycle blue water footprint of indirect coal-oil in five coal bases in 2015

附表2 煤制油直接廢水中各項污染物濃度Appendix 2 Coal-oil direct wastewater pollutant concentration

附表3 煤制油生命周期廢水中各項污染物濃度Appendix 3 Coal-oil life cycle wastewater pollutant concentration

水體污染控制與治理重大專項(2012ZX07203- 004, 2012ZX07301- 005)

2013- 09- 23;

2014- 07- 02

10.5846/stxb201309232340

*通訊作者Corresponding author.E-mail: slone@tsinghua.edu.cn

魏思策, 石磊.基于水足跡理論的煤制油產業布局評價.生態學報,2015,35(12):4203- 4214.

Wei S C, Shi L.The coal-oil industrial layout evaluation based on water footprint theory.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):4203- 4214.