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.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣州 510635；3.河口水利技術國家地方聯合工程實驗室，廣州 510635)

某大型造紙企業基地位于珠三角地區，占地近240萬m2，年產紙品近500萬t，是全球紙及紙板生產設備最集中基地。基地共建設十三期工程，分A一分廠片區、A二分廠片區、B廠片區、CD廠片區等4個片區，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年一期工程投產以來，至2008年全部15臺紙機、熱電廠及污水處理廠建設完畢，整個建設周期長達10 a，輸水管網在建設期間不斷延展接駁，流程異常復雜。另，因基地建設有紙機、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雜，如制漿環節，含有蒸發冷凝器、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，缺乏必要的數據支撐，給企業節水改造及取水許可管理造成一定困難。為此開展了企業水量平衡測試工作，以摸清基地用水工藝流程，確定取用耗排水量及特征，推算企業各項用水技術指標，促進企業節水改造，并為企業水資源論證后評估提供重要依據。

1 取用水工藝流程及水平衡測試

1.1 取用水工藝流程

經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，并設置有蓄水池作為搶淡和調蓄之用，后通過單根母管向近7 km外廠區供水，管線沿途設支管供宿舍區備用。供水母管安裝有計量設備。

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

至廠區后，分別進入A凈水站和B凈水站預處理后，分別供給4個片區用戶，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。片區采用環路供水模式，各受水對象從環路取水，各片區管線互通；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《企業水平衡測試通則》(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雜性，及生產工況不穩定等情況，結合廠內已有計量設備的布設及運行狀態，充分考慮在超大范圍廠區內進行復雜管網測試的便利性，采用了長歷時全工況不間斷的測量方式[3]。測試共設置了59個計量點，其中新增計量設備近40臺，均采用無需停機破管的外夾式超聲波流量計，各計量設備均配備無線傳輸終端，數據采集頻次5 min/次。另，單獨開發了數據收集系統，可對計量數據快速進行初步數據審核和邏輯判斷。當各點測量數據滿足邏輯平衡關系且較為穩定后進入正式測試期。測試流量單位按m3/d統計。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漏失水量；以上數值為平均值。

2 測試期水量特征分析

2.1 取水量

總取水量為中太取水口至廠區單根母管供水量，測試期供水過程見圖2。

圖2 基地總取水量過程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。進入廠區后，生水經過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，與總取水量相差11.0%，為各凈水站自用、制水損失率及管線漏損所致。

取水量結構見圖3。可見，15臺紙機取水量128 598 m3/d，占總取水量的64%，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，占總取水量的22%；污水處理廠取水量為5 439 m3/d，占總取水量的3%；凈水站自用及漏失水量為22 504 m3/d，占11%。

圖3 基地取水量結構Fig.3 Structure of water intake of the Base

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

圖4 各片區取水量結構Fig.4 Structure of water intake of each area

2.2 用水量

用水量包括新水量、串聯水量和重復利用水量。用水對象主要有紙機的生產用水、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

耗水量為生產過程中進入產品、蒸發、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

廠區的生產排水、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，對取水戶年取水量特征進行分析。根據基地運行規則，各生產單元實行節日停機和年度例行檢修制度(以下簡稱“節日停修”)。每年平均每臺紙機節日停機時長為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計，規定如下：①年時長按365 d計算，固定1個月(30 d)為節日停修時段，其他11個月份(335 d)為正常運行期；②節日停修期間的取水量按測試期中對應節日期間的取水量平均值計；③節日停修期間的凈水站及污水處理廠取水量按相應比例核減。正常運行期和節日停修期間的取水量見表2。可見，節日停修期間的水量較正常運行期減少約23%。按照上述規則，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。

考慮節日停機和檢修后修正的取水量結構見表2。可見，紙機單元的總取水量占比最大為64%，其次是熱電廠占比21%，凈水站自用(含管網滲漏)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構，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，包括單位產品取水量指標、重復利用率、漏失率、排水率、廢水回用率、冷凝水回用率、單位發電量取水量等。

(1)單位產品取水量Vui。根據紙業取水定額標準[4]，紙產品的取水量供給范圍主要包括：主要生產、輔助生產(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(包括辦公、綠化、廠內食堂、廠內和車間浴室、衛生間、其他等)等3個生產過程的取水量，等于從自備水源總取水量中扣除給水凈水站自用水量及由該水源供給的居住區、基建、自備電站用于發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年總產量493萬t；故其單位產品取水量為(7 146.5-1 533.9-831.9)/493=9.7 m3/t。根據紙業取水定額，白板紙生產線定額為60 m3/t(含制漿)，瓦楞原紙生產線定額為55 m3/t(含制漿)。本次計算單位產品取水量為9.7 m3/t，優于定額限值。

(2)重復利用率是指生產重復利用水量與生產總用水量的比值，生產重復利用水量即循環水量和串聯水量的總和。根據表1，重復利用水量為：4 658 681 m3/d(循環水量Vcy)+223 136 m3/d(串聯水量V′s)= 4 881 817 m3/d，而總用水量為5 239 493 m3/d，則重復利用率為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，本次統計的漏失水量為為凈水站至各用水單元管網漏水水量。由測試結果，基地總的漏失水量為7 857 m3/d，管網總水量為177 632 m3/d，漏失率為4.4%。

(4)排水率是指在一定計量時間內，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，總取水量為200 135 m3/d，故排水率為72.8%。

(5)廢水回用率是指廢水設施出口計劃排放的廢水中經凈化處理而重復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的鍋爐蒸氣冷凝水回用量占鍋爐蒸氣發氣量的百分比。由測試數據分析統計，B熱電廠和C熱電廠總的鍋爐蒸汽發氣量為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%。高于相關考核標準[5]中≥60%的要求。

(7)單位發電量取水量。根據相關定額規定[6]，對于單機容量<300 MW機組，其循環冷卻供水系統單位發電量取水量定額指標為3.20 m3/MWh。單位發電量取水量是指火力發電廠生產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、城鎮供水工程以及從市場購得的其他水；主要用于生產用水、輔助生產用水和附屬生產用水。對熱電聯產發電企業取水量增加對外供汽、供熱不能回用而增加的水量。基地熱電廠冷取水均采用二次循環方式，2013年總發電量為38.7億kWh，日均發電量為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，則單位發電量取水量為3.02 m3/MWh，優于定額限值。

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水潛力。需進一步改進生產工藝，減少排水率，提高水利用系數；通過適當的技術改造，如通過改進污水處理廠的生產工藝，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，增加污水回用環節；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雜，造成管線內水損較大。因此，建議企業建立用水檔案、制定合理的節水措施，并安排專人加強管線及用水單元的巡測，杜絕跑冒滴漏現象。

6 結 語

(1)通過水平衡測試的開展，基本摸清了某大型紙業有限公司水量取用耗排工藝流程，明確了各環節水量特征，掌握了企業用水現狀，為企業建立用水檔案、制定合理的節水措施、進行用水指標考核等提供了重要參考依據；另，水平衡測試作為一項重要的技術手段，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。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臺紙機取水量占總取水量的64%，熱電廠占21%，污水處理廠占3%，凈水站自用及漏失占12%；從片區上看，取新水量最大的片區為CD片區，占42%，其次分別是B片區26%、A一分廠和A二分廠片區各占16%。

(3)測試成果顯示，基地總用水量平均為524萬m3/d，其中循環水量466萬m3/d，串聯水量22.0萬m3/d，重復利用率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年年產量493萬t計，則其單位產品取水量為9.7 m3/t；B熱電廠和C熱電廠單位發電量取水量平均為3.02 m3/MWh。均滿足相關定額要求。

(5)基地取用水管線布設異常復雜，用水單元類型較多，建議企業建立用水檔案、制定合理的節水措施，并安排專人加強對管線及用水單元的巡測，杜絕跑冒滴漏現象。另建議對A污水處理廠進行工藝改造，增加污水回用環節，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。

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[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：造紙產品[S].

[5] 城建[2012]57，國家節水型城市考核標準[S].

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