（环境科学专业论文）神木柠条塔工业园区水环境物流系统研究.pdf

a b s t r a c t t i t l e ：s t u d yo n 、a t e re i 、m r o n m e f 、丌a ll o g l s l l c ss y s t e mo f n i n g t l a o t al n d u s t r i a lp a r ki ns h e n m u m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：d i n gm a s u p e r v i s o r - p r o f z h i l i a n gd a n g a b s t r a c t s i g n a t ur e l 丝丝堕 s 啪砒u r e 母尹钐 w a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c sm a n a g e m e n to fg r e e nc c o i n d u s t r i a lp a r kr e f e r st oa m a n a g e m e n tp a t t e r ni nw h i c ht h ew a t e re n v i r o n m e n ti nt h ei n d u s t r i a lp a r ki sp l a n n e db y i m i t a t i n gt h ec i r c u l a t o r ym o d eo fs u b s t a n c e si nt h ee c o l o g i cc o u r s eo fn a t u r e t a k i n gw a t e r e n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e mi nt h ei n d u s t r i a lp a r ka sar e s e a r c h f u lo b je c ta n db a s i n go nt h e s t a t u so fw a t e re n v i r o n m e n ti nt h ei n d u s t r i a lp a r k ，b a l a n c e dr e l a t i o n sa m o n gw a t e rs u p p l y s y s t e m ，a n dt h em a n a g e m e n ts t r a t e g yo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fw a t e re n v i r o n m e n ti nt h e i n d u s t r i a lp a r ki sd i s c u s s e d t h r o u g ha w a r e n e s sa n de x p l o r a t i o no ft h ec o n c e p to ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c s ， t h ee s s e n c eo fw a t e re n v i r o n m e n t a lp r o b l e mi sp o i n t e do u tt h a tt h i sp r o b l e mi sc a u s e db yt h e l i n kb e t w e e nw a t e ra r t i f i c i a l l yl o g i s t i c sp r o c e s sa n dt h ew a t e rn a t u r a ll o g i s t i c sp r o c e s s ( n a t u r a l r e s o u r c e sc o l l e c t i o na n dw a s t ef l o wd i s c h a r g e ) i sd i s c o r d a n t ( i n c o n s i s t e n t ) ，t h e r e f o r e ，t oe n s u r e t h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fw a t e re n v i r o n m e n t ，i t i s n e c e s s a r y t oc o o r d i n a t et h e c o n t r a d i c t i o nf r o ml o g i s t i c sp e r s p e c t i v ea n di m p r o v et h ew a t e rn a t u r a ll o g i s t i c sc y c l e , w h i c h e n s u r et h ei n t e g r i t y , f l u e n c y , s t a b i l i t ya n ds u s t a i n a b i l i t yo ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c s t a k i n gn i n g t i a o t ai n d u s t r i a lp a r ka s a ne x a m p l e ，t h i sp a p e rd e t a i l e da n a l y s e st h ew a t e r e n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e mf r o mw a t e r , t h es t r u c t u r eo fw a t e rc o n s u m p t i o n ，a n dw a t e rc y c l e a s p e c t ，a n ds u m m e du pt h ev a r i o u ss u b s y s t e m sw a t e rc h a r a c t e r i s t i c so nt h eb a s i so ft h ec o n c e p t o ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c s t h eu r g e n c y , n e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo ft h ei n d u s t r i a l p a r ki m p l e m e n t i n gt h er e c y c l e dw a t e rr e u s ea n dp e r f e c t i n gt h ef r a m e w o r ko ft h ew a t e r e n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e mi np a r ka r ep o i n t e do u t ，t h r o u g ha n a l y s i sa n dr e s e a r c ha b o u t b a l a n c er e l a t i o n s h i pa m o n gw a t e rs u p p l ys y s t e m ，d r a i n a g es y s t e ma n dr e c y c l ew a t e r s y s t e m s y s t e mp l a n n i n go ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e mi nt h ei n d u s t r i a lp a r ki s o p t i m i z e du s i n gt h ep r i n c i p l ea n dm e t h o do fe n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ，s y s t e me n g i n e e r i n g 西安理工大学硕士学位论文 a n dm a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n g o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h er e l a t i o no ft h ep a r t sc o s to f t h e w a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e m ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e sc o m p r e h e n s i v eo p t i m i z a t i o n m a m e m a t i c a lm o d e lo ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e mo ft h ei n d u s t r i a lp a r ka n d s 0 1 v e st h ec o m p r e h e n s i v eo p t i m i z a t i o n m a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a l l o g i s t i c ss y s t e mi nt h en i n g t i a o t ai n d u s t r i a lp a r k i no r d e rt om a k et h ea n n u a lb u s i n e s se x p e n s e s w h i c hs y s t e mo p t i m i z a t i o np u r s u i tm i n i m u m ，a n dm e e tt h ew a t e rc o n s t r a i n tc o n d i t i o n r e s u l t s s h o wt h a tt h em o d e lc a nm e e tt h ew a t e rs u p p l ya n dd e m a n db a l a n c ea tt h es a m et i m e ，a n dm a k e t o t a lc o s to ft h ew h o l es y s t e mm i n i m u ms ot h a tt h eo p e r a t i n gc o s t so fw a t e re n v i r o n m e n t a l 1 0 9 i s t i c ss y s t e mo ft h ei n d u s t r i a lp a r kg e t a ne f f e c t i v e l ys a v m g k e yw o r d s ：g r e e ne c o i n d u s t r i a lp a r k ；t h e w a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c s ；r e u s e dw a t e r ；s y s t e m o p t i m i z a t i o n 目录 目录 l 绪论1 1 1 课题的提出1 1 1 1 水资源短缺现状及对区域经济的影响l 1 1 2 工业用水利用率不高及水污染严重2 1 。1 3 绿色生态工业园区的水环境管理3 1 2 水环境物流的研究进展4 1 2 1 水环境物流概念的提出4 1 2 2 水环境物流系统的内涵5 1 2 3 水的人工物流系统的水量平衡及存在的问题6 1 2 4 水环境物流系统的再生水回用8 1 3 本文的研究内容1 0 2 柠条塔工业园区水环境物流系统分析1 2 2 1 园区水资源特点及产业分析1 2 2 1 1 园区水资源特点1 3 2 1 2 园区产业分析1 4 2 2 园区水环境人工物流系统分析l5 2 2 1 园区水量平衡分析1 5 2 2 2 园区水环境人工物流系统分析1 6 2 3 园区水环境物流系统的架构2 0 2 4 小结2 2 3 建立园水环境物流系统综合优化数学模型2 4 3 1 园区水环境物流系统各子系统的费用模型2 4 3 1 1 费用模型概述2 4 3 1 。2 自来水系统的费用模型2 4 3 1 3 排水系统的费用模型2 6 3 。1 4 再生水系统的费用模型2 7 3 2 园区水环境物流系统综合优化数学模型的建立2 9 3 2 1 确定目标函数及约束条件2 9 3 2 2 数学模型的建立3 0 3 2 3 数学模型的求解方法3 5 3 - 3 模型的验证3 6 3 3 1 费用模型3 6 3 3 2 数学模型的建立及求解3 7 3 4 小结4 3 t 西安理工大学硕士学位论文 4 绿色生态工业园区水环境物流系统的管理4 4 4 1 绿色生态工业园区概述4 4 4 2 绿色生态工业园区水环境物流系统的管理4 4 4 2 1 柠条塔工业园区水环境物流系统存在的问题4 4 4 2 2 系统的基本模式及构建措施4 5 4 2 3 系统的组成4 6 4 3 小结4 9 5 结论与展望5 0 5 1 结论及创新5 0 5 2 展望5 0 致谢51 参考文献5 2 附录5 6 i i 1 绪论 1 绪论 1 1 课题的提出 1 1 1 水资源短缺现状及对区域经济的影响 缺水问题，已经严重影响了城市建设和居民的基本生活，而且将进一步成为制约经济 和社会可持续发展的重要因素。我国的水资源不仅匮乏，并且地域分布不均，缺水的城市 主要分布在西北、华北，这些地区水资源的供需矛盾更为突出，全国有5 0 的地下水和 7 0 的河道均受到污染，造成许多城市水资源紧张，我国有6 0 0 多个城市，其中超过4 0 0 个城市缺水，占城市总数的2 3 以上，有1 1 0 多个城市严重缺水，约占城市总数的1 5 ， 加上污染严重，原本有限的水资源就显得更加紧张，尤其在北方，许多城市对水资源的需 求，已经接近、甚至超过城市所拥有的水资源量。 由于水资源量很少，缺水问题已经不能指望以单纯开源的方式来获得解决，解决缺水 问题，保障未来社会、经济的可持续发展，只能基于人均水资源量少，污水排放量迅速增 加的现实情况，建立和实施水资源可持续利用的新战略。 水资源的可持续利用，应积极开发利用水资源，全面实行节约用水，从而缓解目前城 市和农村严重缺水危机，使水资源的开发利用获得最大的经济、社会和环境效益，满足社 会、经济发展对水量和水质日益增长的要求，与此同时，在维护水资源的水文、化学、生 物等方面的自然功能以及保护和改善生态环境的前提下，充分、合理地利用水资源，从而 使经济建设与水资源保护同步发展。 近5 0 年来，我国水资源的开发利用得到了前所未有的蓬勃发展，在这期间，经历了 三个不同的发展阶段1 2 1 0 第一阶段：从建国初至2 0 世纪7 0 年代末期，人们认为，水资源取之不尽，用之不竭， 主要矛盾体现在供水设施不足，供水成本和水价低廉，大部分水经一次使用后直接排放， 不合理的用水系统和用水浪费现象普遍存在，这一时期虽然水文、地质、水利等专业工作 者开展了水文普查和供水水源地勘测等技术活动，但统筹规划、合理开发利用水资源的必 要性并未被人们认识，以今天的观点来看，可以称这一时期为“自由开采”时期眨1 。 第二阶段：2 0 世纪7 0 年代末至9 0 年底初期，我国进入了以经济建设为中心的正确 发展轨道，经济发展迅猛，用水需求也急剧增长，缺水问题随之出现，人们已经意识到贫 水是客观事实，“开源与节流并重”成为这一时期水务管理的指导思想，加快城市供水设 施建设和加强用水的计划管理，促进城市节约用水是这一时期城市管理的重点。我们称这 时期为“粗放型管理”阶段1 2 1 。 第三阶段：2 0 世纪进入9 0 年底以后，水资源总量难以支持“粗放型管理 所决定的 城市用水需求量的急剧增长，同时水污染情况也越来越严重。因此，必须转变观念，调整 策略，“节流”仍然是城市水管理的首要环节，是解决缺水问题的关键。水资源可持续开 西安理工大学硕士学位论文 发利用的立足之本，是彻底治理污染，切实保护好水源。改变水资源开发的传统观念，实 行多渠道开源，是解决水资源量少，社会用水需求量大，水环境污染严重三大问题的必然 选择。因此，必须建立“节流为先，治污为本，多渠道开源”的新战略，并以此指导城市 水管理政策、规划和方案的制定。“多渠道开源 的内涵除了合理适度的开发地表水和地 下水外，还应该包括雨水利用、污水再生利用等，其中污水资源的再生利用将逐步成为开 源的主要途径1 2 1 。 陕西省是一个水资源十分贫乏的省份，人均占有水资源只有1 2 9 0 m 3 ，相当于全国平 均水平的5 0 ；亩均占有水资源8 5 0 m 3 ，相当于全国平均水平的4 6 3 1 0 陕北大部分地区多年平均降水量为4 0 0 5 0 0 m m ，风沙滩地区北部小于3 5 0 m m ，为 全省最低值区；陕北黄土高原水文地质区地下水补给条件差，排泄条件好，不利于地下水 的储存，除风沙滩区、较宽阔的河谷川道及完整的黄土塬稍富水外，一般地层含水量很小， 水质较复杂；地下水可丌采量7 2 0 亿m 3 ，仅占全省的1 5 9 ；陕北黄土高原的黄土梁峁 区，沟壑发育，潜水具有就地补给、就地排泄、径流途径短的特点，再加上黄土本身盐含 量低，所以多为低矿化度( o 3 l g l ) 的重碳酸盐型水，北部沙漠区，易于接受降水入渗 补给，也属低矿化度的重碳酸盐型水1 3 1 0 另外，水污染造成局部地区水质恶化，更加加剧了水资源的紧缺程度，陕北已经成为 目前全国污染最严重的地区之一，特别是在干旱缺雨的情况下，河水大部分是污水，基本 没有利用价值，由于缺水，陕北地区一大批城镇、中小城市出现水荒，打乱了居民的正常 生产和生活秩序，甚至出现不稳定因素；由于缺水，大型工业项目无法在陕北落脚，这直 接影响陕北工业结构的调整；由于缺水，陕北地区的生态环境也无法得到改善。水资源紧 缺，已经成为陕北地区经济发展的重要制约因素。 2 0 世纪9 0 年代以来，工业园区所产生的经济效益日益增大，已经成为我国经济发展 的主要动力，但同时也造成了严重污染，目前我国的工业园区主要以制造业为主，往往规 模庞大，从而大量工业废水排放，使得园区水体中增加了大量污染物，造成水环境污染， 以致局部水资源紧缺，打乱了局部生态系统的良性循环；在工业生态系统中，水是工业园 区的命脉，寻求系统补给的新鲜水量最小化是园区水环境系统的基本目标，因此提高水的 重复利用率，是必要措施，构建工业园区水环境物流循环系统，是使之发展为绿色生态工 业园区的重要因素卜1 6 1 。 1 1 2 工业用水利用率不高及水污染严重 工业用水是城市用水的重要组成部分，工业生产中水的利用程度，很大程度上反映城 市水循环的利用水平，1 9 8 9 年，我国城市的工业万元产值取水量平均为2 7 0 m 3 万元，1 9 9 5 年降低至8 5 m 3 万元，其中，北京、济南、天津、上海、沈阳等城市低于6 0 m 3 万元，青 岛则低于2 0 m 3 万元；但是仍有不少城市的工业万元产值取水量高达数百立方米。这说明， 国内各城市之问工业用水水平有一定差距，与国外相比差距更大。在国外，一些城市工业 万元产值取水量只不过2 0 m 3 万元。1 9 8 9 年我国城市工业生产用水重复利用率平均为 2 绪论 4 5 ，只相当于美国7 0 年代初、日本6 0 年代末的水平，当时工业发达国家的工业生产用 水重复利用率已达6 0 7 5 。近年来，根据城市建设部门的统计，1 9 9 6 年1 9 9 7 年我国 各主要城市的工业用水重复利用率己普遍提高到6 0 左右。但是，我国工业单位产品取 水量普遍偏高，工业节水水平还较低，同欧美等发达国家相比差距仍很大1 7 1 。 水是工业污染物、杂质排放的重要载体，主要地段有机废水来源于食品、造纸和化学 工业，目前我国每年污水排放总量己达5 0 0 多亿吨，并逐年上升，相当于人均排放4 0 吨， 大部分未经处理直接排入江、河、湖、库；2 0 0 5 年，我国废水排放总量为5 2 4 5 亿吨，其 中工业废水排放量为2 4 3 1 亿吨，生活污水排放量为2 8 1 4 亿吨；化学需氧量排放量为 1 4 1 4 2 万吨，其中工业排放量为5 5 4 8 万吨，生活排放量为8 5 9 4 万吨；氨氮排放量为1 4 9 8 万吨，其中工业排放量为5 2 5 万吨，生活排放量为9 7 3 万吨；在全国七大流域中，太湖、 淮河、黄河水质最差，约有7 0 以上的河段受到污染，淮河、松辽流域污染也相当严重， 污染河段占6 0 以上，污染正从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从地表向地下渗 透，从区域向流域扩展，水污染的发展趋势令人担忧 8 1 0 因此，对工业园区而言，如何科学地、节约地、高效地使用水资源，从而缓解工业园 区水资源匮乏的局面；如何保证工业园区生产、科研、生活的正常供应和运行，减少成本， 已经成为工业园区建设、管理所面临的迫切任务。 1 1 3 绿色生态工业园区的水环境管理 自然界中每个物种的生长过程尽管都会产生废物，但是这个物种产生的废物会被另 个物种消耗掉，也就是说，各生物种群之间是循环的、互相利用的，自然界中的资源和物 种也因此才能可持续发展，唯一消耗的能源只有太阳能；于是我们意识到，应按自然界的 生态循环模式来规划工业园区的管理模式，才能彻底解决资源、环境与工业园区的经济发 展之间的矛盾，使园区的经济走上可持续发展之路口1 。 因此，人们提出了使园区向绿色生态工业园区发展的战略思路，仿照自然界生态活动 中物质循环的方式来规划和管理工业园区，使环境保护与工业园区系统平衡两者相互结 合，一方面，工业生产中实现从原料、中间产物、废物到产品的物质循环，各企业内部实 现清洁生产，各企业之问实现废物循环；另一方面，工业园区从整体上达到资源、能源的 最优利用，提高资源的重复利用，使废物流的排放趋于零。 本文将绿色生态工业园区的理念应用到工业园区水环境系统的管理中，结合神木柠条 塔工业园区的实际情况，首先将再生水回用作为规划的核心，建立将自来水系统、排水系 统、再生水系统统筹规划的理论和方法，妥善解决工业园区用水与水资源短缺之间的主要 矛盾，强化水资源的自然功能，削减水资源的社会功能，使工业园区水环境系统可持续发 展，维护水环境系统的良性循环；然后，以系统规划的理论为基础，分析园区水环境物流 系统的自来水、排水、再生水之间关系，探索合理的供水模式，用系统优化的方法重新配 置自来水、排水及再生水工程，提高水的重复利用率，降低成本，提高经济效益 1 0 1 0 西安理工大学硕士学位论丈 1 2 水环境物流的研究进展 1 2 1 水环境物流概念的提出 最初，物流就是“物体的流动”，那时的物流只是一种平常的现象，后来，人类社会 开始了商品交换，同时产生了物流活动，物流作为一门科学提出来，只有几十年的历史， “物流”是第二次世界大战期问，从军事后勤工程的概念演变而来的，现在已扩大到流通 领域、生产领域及其他社会经济活动中j i l l 。 广义的物流，是指物资实体的物理流动过程，即物资位置的转移以及时间的占用；物 是指原材料、半成品、成品、商品等；流是指这些物质的运动，包括空间的运动以及时间 的延续；可以是宏观的运动，比如省际、国际间的运动，也可以是微观的运动，比如这些 物质在单位或部门内部的运动1 2 1 。 目前，物流主要分为两大领域，一是在流通领域的物流，也称为面向流通领域的物流， 即通常所说的社会物流、大物流，属于宏观物流范畴，大物流系统在很大程度上影响国民 经济的效益；另一大领域是在生产领域的物流，也称为面向生产领域的物流，主要指企业 物流，属于微观物流范畴，是指从供应物流、生产物流、销售物流到回收物流、废弃物物 流整体过程的物料流动，企业物流系统将直接影响企业的经济效益1 3 1 0 当今生产者、消费者在时间和空间上被分离，而且这种分离日益扩大，物流学科就是 在这种生产和消费需求大量激增的情况下，为保障供需的合理配置，以及社会生产的顺利 进行而发展起来的1 3 1 。 如何降低物流活动的成本，同时保证物流服务水平的提高，是物流学研究的基本问题； 因为物流成本的降低与物流服务水平的提高，这本身就是一对矛盾，所以如何协调、平衡 二者之间关系，正是物流学要研究的基本问题 1 4 1 0 2 0 世纪9 0 年代末，我们已从单纯的末端污染治理转向从物质流、能量流的角度，寻 找一个封闭的物流体系，以达到能量平衡和物质平衡，从而达到没有污染和消除二次污染 的目的；当以工业污染、生态环境破坏为主要特征的第一代环境问题还未得到有效解决， 而以全球气候变暖、生物多样性破坏为特征的第二代环境问题又展现在了面前，这些问题 归根结底是因为物质流、能量流失去平衡而产生的连带效应。物流管理在这种形势下逐渐 产生，同时也是环境物流管理的萌芽1 4 1 。 环境物流属于企业物流领域，其本质是指依照绿色制造的理念进行产品的设计和生 产，回收已经使用过的产品和部件，重复使用已经使用过的产品或部件；环境物流是从绿 色生态的角度，研究循环再生的可能，试图以“循环的”工业经济系统取代现在“线性的” 工业经济系统，提高资源利用效率，强化区域内部物流管理，从而有效地减少产业污染， 同时提出相应的环境对策和解决方案1 1 5 1 。 环境物流管理的主要内容有：( 1 ) 减少物质流使用；( 2 ) 减少能量使用；( 3 ) 强调能 源再利用；( 4 ) 尽量使用可再生资源；( 5 ) 强调系统内使用资源：( 6 ) 增加区域内综合利 4 1 绪论 用价值等t 1 6 1 。 水环境物流是物流理论中的新概念，主要是从生态角度研究循环再生的可能，是指以 物流的角度，为保证水环境的可持续发展，提高水资源的重复利用率，从水源地到消费地， 对水资源高效、低成本的流动和储存，进行规划、实施和管理1 1 7 1 。 1 2 2 水环境物流系统的内涵 ( 1 ) 水的自然物流系统 图1 - 1 水的自然物流系统 f i g 1 1t h en a t u r a ll o g i s t i c ss y s t e mo f w a t e r 在地球上，水由海洋蒸发形成水汽，由风输送至大陆，形成雨、雪、霜等降水，再以 地表径流和地下水的形式流返海洋，这就是水的自然循环，如图1 1 印1 1 9 l 。 ( 2 ) 水的人工物流系统 人类的生活用水和生产用水，都取白天然水体，用过的水再排回天然水体，这就称为 水的社会循环，如图1 - 2 ( 见下页) 所示。生产、生活在用水过程中，使水的物理和化学 性状发生了改变，尤其是有部分废弃物进入水中，使得排水中携带了大量废弃物，其中许 多物质都能对天然水体造成污染踟t 2 0 1 。 西安理工大学硕士学位论文 图1 - 2 水的人：【：物流系统 f i g 1 2t h es o c i a ll o g i s t i c ss y s t e mo f w a t e r 1 2 3 水的人工物流系统的水量平衡及存在的问题 a 自来水、污水、再生水之间的联系 自来水、污水、再生水之间是相互影响、相互制约的，原水从水源地输送到自来水厂， 按照饮用水水质标准处理后，通过输配水管网输送给用户，用户使用后变成污水，通过排 水管网收集到污水，在污水厂处理后的污水，一部分排入排污河，其余部分在再生水厂经 深度处理后转换为再生水，通过再生水管道输送给再生水用户，被再次利用眨1 2 2 1 ，如图 1 3 所示。 排放 再生水 图1 3 自来水、污水、再生水之间的关系 f i g 1 3t h er e l a t i o n s h i po fr u n n i n gw a t e r ，s e w a g ea n dr e u s e dw a t e r b 自来水、污水、再生水之间的水量平衡 自来水、污水、再生水在一段时间内的水量保持平衡，如图1 4 所示，图中以用水为 核心，其中，消耗水量是指在上述的输水、用水过程中，通过产品带走、饮用、蒸腾、蒸 发、土壤吸收等形式消耗掉，从而不能回归天然水体的水量；漏损水量指由于滴、漏、跑、 冒从而损失的水量吲1 2 3 1 。 1 绪论 自来水供水量q l 自来水用户用水量q 2 厂 再生水用户用水量q 3 广 再生水回用量q 4 消耗水量q 5 漏损水量q 6 外排水量q ， 图1 - 4 水环境物流系统架构图 f i g 1 - 4f r a m e w o r kd i a g r a mo fw a t e re n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c ss y s t e mi nt h ei n d u s t r i a lp a r k 图中各水量之间有如下的水量平衡关系： lq l + 9 4 = q 2 + q 3 q 2 + q 3 = q 4 + q 5 + q 6 + q 7 ( 1 1 ) 【q 4 + q 7 = 口【q 2 + q 3 ) 式中：口污水排放系数 系统用水结构不同，污水排放系数也不同，通常取o 7 5 0 9 。比如当口取o 8 ，意为 用户用水量的8 0 变为污水直接排入污水管道，若不进一步处理不仅浪费了大量的水资 源，同时又对水环境造成污染，因为至少有6 0 的污水经过再生处理后，可以安全回用； 如果用水量不变，增加再生水回用水量，可以使水资源需求量降低的同时，也降低城市排 放水量，这样不但可以缓解水资源短缺的现状，还可以降低城市污水排放量的增加对受纳 水体造成的不利影响眨t 2 4 1 。 c 水的人工物流系统存在的问题 ( 1 ) 缺乏宏观控制的研究和措施 所有水资源的生成、运动规律及规模大小由其各影响因素决定，不受行政区化的影响 和控制；城市水资源除了为城市的生产、生活所利用外，还要供城市周围郊县的农业所利 用，因此，有时就会出现城市用水与农业用水争水的局面；这也就提出了一系列的问题： 城市水资源允许的最大取水量是多大；城市能够获得的总水量所能支持的是何种模式、何 种规模的生产活动、何种人口规模、何种质量的社会生活；即城市水资源的承受能力有多 大2 1 2 5 17 ( 2 ) 用水的不科学和浪费 用水的不科学，是指在用水技术上不合乎科学道理。能够采用先进用水设备、工艺、 技术、管理方法的部分却没有采用；原因有二，一是管理水平落后，二是经济实力低下， 结果只能是大量的水被低效用的浪费掉，用水的浪费除了上述的技术性浪费外，也包括管 理不当造成的浪费；比如节水设施的运行不足或停用，用水、节水设备的维修、更换不及 时造成的浪费，用水、节水制度不健全或缺乏执行力造成的浪费等眨11 2 6 1 。 ( 3 ) 污水处理及再生利用能力低 城市污水未经处理直接排放而污染环境的问题由来已久，城市水资源在利用过程中， 西安理工大学硕士学位论文 被直接消耗掉的只有较少一部分，而大部分水则因失去特定的使用价值而变为废( 5 3 ) 水； 废( 5 3 ) 水是可以再生的，有些只需改变用途，即可恢复其使用价值，但在多数情况下， 废( 污) 水要经过处理后，排入水体可被下游城市重复利用，也可再经深度净化，直接用 于城市工业生产及市政杂用1 2 1 。 许多城市的污水处理能力低，有些城市甚至没有污水处理厂。就节约用水和开辟新水 源来说，除了每个用水部位、用水单元、用水区域对水的循环使用和重复利用外，数量可 观的城市排( 污) 水中也蕴藏着巨大的再生潜力，再生水回用应被高度重视起来；经验表 明，只要城市排水总量中六分之一的水净化再生后被城市有效的利用，就能有效地缓解城 市的供水紧张状况，而现状却是许多城市的污水净化再生利用率很低，有些城市甚至是空 白2 1 1 2 7 1 。 1 2 4 水环境物流系统的再生水回用 再生水回用，是将可回用的各种污水，比如工业污废水、居住小区的生活污水，适当 处理后，回用于工业低质用水，比如冷却水、洗涤水等，以及建筑、居住小区的杂用水， 杂用水主要用于喷洒道路、浇花草、洗车，还可用于消防用水等。 ( 1 ) 国内外再生水回用的发展 1 ) 国外再生水回用的发展 2 0 世纪二三十年代，国外已经开始实践城市污水回用技术，美国、欧洲、日本、中 东地区在实践污水回用方面处领先地位。 1 9 7 8 年，美国制造业的工业需水量为4 9 0 亿m 3 ，平均每立方米水循环使用3 4 2 次， 这就相当于减少1 2 0 0 亿m 3 的需水量；1 9 8 5 年，平均每立方米水循环使用8 6 3 次，2 0 0 0 年达到1 7 0 8 次，因此美国制造工业的需水量不但不增加，反而比1 9 7 8 年的需水量减少 4 5 2 1 2 8 】。 在美国马里兰州，伯利恒钢铁公司回用于炼钢冷却水的回用水量已达到4 0 1 1 0 4 m 3 d ；在加州的奥兰治、洛杉矶，用于工业冷却的回用水约有2 0 1 0 4 m 3 d ；内华达 州，约有1 0 2 1 0 4 m 3 d 的再生水回用于当地火电厂的冷却水；在密执安市，再生水回用 于农业灌溉，再生水量达1 5 9 1 0 4 m 3 d 哟! 1 3 0 1 。 在日本的首都东京，工业用水中的回用水量已达7 1 1 0 4 m 3 d ，主要用于水质要求较 低的工业冷却水1 3 0 1 。 以色列实际上已无淡水资源可供开发，只能用废、污水净化后再利用，例如，在达恩 地区，约有2 7 4 1 0 4 m 3 d 的再生水回用于农业灌溉t 3 0 1 。 1 9 7 5 年，沙特阿拉伯再生水量9 1 0 4 m 3 d ；2 0 0 0 年用水量为1 9 0 1 0 4 m 3 d ，其中用 水量的1 0 为经二级处理乃至三级处理后的城市污水再生水3 1 11 3 2 1 ；例如，在利亚德市， 用于石油提炼及灌溉的再生水量共有1 2 1 0 4 m 3 dt 3 0 1 。 墨西哥也是最早实践再生水回用的国家之一，在联邦区，约有1 5 5 1 0 4 m 3 d 的再生 水回用于灌溉花园1 3 0 1 。 r 1 绪论 科威特利用经三级处理的城市污水再生水进行农田灌溉，灌溉作物包括谷物、牧草、 森林等m l t 3 3 1 。 在波兰的费罗茨瓦夫市，利用再生处理后的城市污水进行农业灌溉及地下水回灌，总 回用量达到1 7 1 0 4 m 3 d 3 0 1 。 2 ) 国内再生水回用的发展 早在1 9 5 8 年，我国已开始重视城市污水处理及利用，并列入国家科研课题；2 0 世纪 8 0 年代初，一些缺水严重的大城市开始研究污水回用，主要研究对象为工业用水及灌溉， 例如，北京、大连、太原等，其中一些城市还修建了再生水回用试点工程，在我国再生水 回用领域迈出了第一步t 3 4 1 。 目前，我国的污水处理技术已非常成熟，特别是在“八五”以后，在研究内容上，重 心转到污水处理技术，强调研究再生水回用技术的重要性 3 4 1 。 山西太原化工集团是全国重要的煤化工基地，其水厂的再生水回用规模达2 4 1 0 4 m 3 d ，主要用于其化工厂的循环冷却用水；太原北郊污水厂，其再生水的回用规模已 达1 1 0 4 m 3 d ，主要用于附近钢铁厂的冷却用水3 4 1 3 5 1 。 山东莱州市污水厂，用于回用的再生水量约有2 1 0 4 m 3 d ，其再生水用户为附近工 业的冷却用水 3 4 1 。 大连市春柳河污水厂的二级出水，经深度处理后，回用于红星化工厂的冷却用水，再 生水量约有1 1 0 4 m 3 d1 3 6 1 0 山西古交市镇城底矿的污水处理厂，其再生水回用于本厂锅炉用水，回用量约为3 0 0 0 m 3 d 3 4 1 。 由于资金和技术的原因，我国的水资源重复利用率较低，我国的再生水回用尚处于起 步阶段。 ( 2 ) 再生水回用的主要对象 在城市生活、生产用水中，约有4 0 的水是与人们生活紧密接触的，如饮用水、洗 浴及食品加工用水等，这些用水对水质要求很高，一般不应该用再生水代替。此外，多达 6 0 的水是用在工业、市政杂用及生态景观等方面，这些用水水质要求不高，可考虑优先 采用城市再生水眨，如图1 5 ( 见下页) 所示。 9 西安理工大学硕士学位论文 图1 - 5 再生水【司用的主要对象 f i g 1 - 5m a i no b j e c t so ft h er e c l a i m e dw a t e rr e u s e 1 ) 工业用水 工业企业一般用水量较大，是城市用水的重要组成部分，工业用水根据用途的不同， 分为冷却用水、工艺用水、锅炉用水等，因此水质的要求差异很大，水质要求越高，水处 理的费用也随之升高。目前，一般主要应用于需水量较大而水质要求不高的部门呓1t 3 7 1 。 工业用水中冷却水用量所占的比重较大，冷却水对水质要求较低，因此再生水回用于 工业冷却水是目- f i t s 内外应用较广的回用对象之一，适合电力、冶金、石油、化工行业t 2 1 。 2 ) 市政杂用 市政杂用水包括环卫用水、消防、建筑施工降尘用水、洗车用水等，其水质要求不高； 若长期依靠城市自来水厂提供这些用水，消耗了大量的优质水，因此，完全可以考虑采用 城市再生水1 。 3 ) 生态、景观用水 再生水可用于补给城市河湖等景观生态用水，再生水水质完全可以满足城市公园湖 面、人工河道等水质要求，而且这些用水不受季节影响，能确保全年再生水的利用率，避 免设施闲置，同时，再生水还可用于地下水回灌，改善地下水环境，防止因地下水过度开 采产生相关的环境问题2 。 4 ) 农业灌溉 再生水回用于农田灌溉时，通常对再生水的处理程度要求不高( 生食瓜果蔬菜类灌溉 用水除外) ；对水中n 、p 污染物不需额外单独处理，可作为肥料进行充分利用，减少化 肥用量，通过土壤的白净作用使再生水得到进一步的净化；可利用原有沟渠输送回用水， 需要的投资和运行费较低；因此，将处理后的再生水回用于农业灌溉，既可以取得经济效 益，又可以提高重复利用率，达到保护环境的目的，是一种符合可持续发展的回用方式眨8 1 【3 8 】 1 3 本文的研究内容 ( 1 ) 从水环境管理及物流管理的角度，提出水环境物流的概念，通过对水环境物流 的概念的认识，指出水环境问题的实质是由于水的人工物流过程与水的自然物流过程 1 0 1 绪论 连接不协调产生的，因此，以水环境的可持续发展为目标，从物流的角度出发，协调 两者之间的矛盾，恢复水的自然物流循环，保证水环境物流的稳定性、流畅性及可持 续性。 ( 2 ) 在探索水环境物流概念的基础上，结合神木柠条塔工业园区项目的实际情况， 从水量、用水结构、水循环等方面，详尽分析园区水环境物流系统，总结各子系统的 用水特点；深入研究园区自来水系统、排水系统、再生水系统之间平衡关系的，分析 园区实行再生水回用的迫切性、必要性与可行性，建立园区