生态工业园区水资源管理模式探讨

1、生态工业园区水资源管理模式探讨张丽娜,陈郁,张树深(大连理工大学环境与生命学院,大连116024摘要:从我国工业用水现状出发,介绍了生态工业园区的定义和国内外水系统集成方面的成功实践。首次依据工业生态学和景观生态学原理构建了一种新型用水模式生态工业园区水循环模式,通过水的梯级利用、中水回用、景观水体等方式把园区内不同企业、污水处理厂及地方市政部门连接起来,实现更大规模的循环。介绍了国外水资源管理模式的研究进展,总结出生态工业园区水资源规划管理的成功经验。关键词:生态工业园区;水循环;水梯级利用;中水回用;景观水体中图分类号:X32文献标识码:A文章编号:100326504(2006增20075

2、203传统的末端治理用水方式:取水用水污水处理排放,导致工业用水量增长较快、用水效率低、废水排放量大的现状。1999年,全国工业用水重复利用率约53%,远低于发达国家工业用水重复利用率75%的水平,仅相当于美国20世纪60年代初和日本20世纪70年代初的水平1。水体中绝大多数有毒有害物质来源于工业废水,因此,工业废水大量排放,是造成水环境状况日趋恶化,水体使用功能下降的重要原因。我国淡水资源紧缺,加之自然水体污染日益严重,水已不再是一种“取之不尽,用之不竭”的自然资源。因此,提高工业用水效率、减少废水排放量已成为亟待解决的问题。生态工业园区作为以物质循环再生为基础的工业园区,将为削减工业用水量

3、、提高用水效率、减少废水排放量等问题的解决提供新的思路。1生态工业园区的定义目前,文献中引用最多的生态工业园区的定义,是1996年10月美国可持续发展总统委员会提出的两个定义2:(1为了有效地共享资源(信息、物资、水、能源、基础设施和天然生境而彼此合作且与地方社区合作的产业共同体,能够实现经济效益和环境质量的改善,为产业与地方社区带来可平衡的人类资源。(2有计划的物质和能量交换的工业系统,寻求能源和原材料消耗的最小化、废物产生的最小化,并力图建立可持续的经济、生态和社会关系。生态工业园区是由生态工业聚集而形成的“工业共生体3”,通过模拟自然系统而建立的工业系统中“生产者消费者分解者”的循环途径

4、,实现物质闭路循环和能量多级利用,使企业与社区付出最小生态工业园区的概念定义中隐含“空间”、“场所”概念4,是一个包括经济、社会、环境和资源的地域综合体,是依据循环经济理念和工业生态学原理设计成的一种新型人工复合生态系统5。2生态工业园区水系统集成生态工业园区水系统集成的基础是水资源的高效利用与循环,这就要求每一个生态工业园区存在一体化的水资源再生体系作为园区运转的支撑。水系统集成是生态工业园区物质集成特例,成功的实践包括以下三个方面。2.1水的梯级利用不同企业或企业内不同的生产环节,对进水水质的要求不尽相同。因此,在生态工业园区内可以将水细分为更多等级,如表1所示。由于下一级使用的水质要求较

5、低,因此可以采用上一级使用后的出水。目前,许多企业采用的水循环利用系统,即“清水第一次清循环水第二次浊循环水”的循环过程以及蒸汽冷凝回用、间接冷却水循环利用、封闭水循环等技术,都可以在生态工业园区中跨企业采用6。表1基于生态工业园区水梯级利用的水质分类及用途等级序号等级名称用途1超纯水用于半导体芯片制造2去离子水用于生物或制药工艺3饮用水用于厨房、餐厅、喷水池4清洗水用于清洗车辆、建筑物5灌溉水用于草坪、灌木、树木等景观园艺2.2中水回用污水排放是区域复合生态系统水循环的重要组成部分,尤其污水使水体质量与水环境的改变使区域可用水资源量减少7。因此,在水的社会循环中,污水的57生态工业园区水资源

6、管理模式探讨张丽娜,等再生与回用是关键的环节。实施中水回用是减少污水排放的有效方法。中水是指各种排水经处理后,达到规定的水质标准,可在生产、生活、环境等范围内杂用的非饮用水。生态工业园区内产业群落的聚集,使得建造大型污水处理厂更加经济可行,并且园区管理者会有针对性的引入污水处理企业,这些因素都能促使中水回用工程得以实现。利用中水对其稳定性、安全性和经济性要求较高,因此,处理工艺的选择是非常关键的8。火力发电厂是耗水大户,其循环冷却耗水量占总耗水量的2/3,这部分耗水均以蒸发和风吹形式损失,基本不会形成污染。循环冷却水对补水的要求不高,只需对某些指标进行严格控制。2002年2004年,华北和西北

7、地区有56个电厂选择适当的处理工艺对市政污水进行深度处理后,作为循环冷却水使用,并且取得了良好的效果8。2.3空间景观布局考虑到生态工业园区隐含“空间”、“场所”概念,在生态工业园区规划阶段,就应该综合运用景观生态学和生态规划理论,完善园区内空间景观布局。新加坡的裕廊化工岛9和我国天津泰达生态工业园区在“再生水人工生态系统”方面都做出了有益尝试。泰达生态工业园区内的再生水人工生态系统包括构建生态渠、人工景观湖等景观水体,通过人工恢复各种生态植被,采取复合床填料喷泉曝气、卵石悬床旁路过滤等单元技术,使景观水体在输送再生水的同时,净化和保持水体质量,并发挥景观功能和生态价值。3生态工业园区水资源管

8、理模式探讨3.1生态工业园区水循环模式借鉴生态工业园区内“副产品协作10”模式,总结现有生态工业园区内水资源管理的成功实践经验,通过废水的再生利用、同自然水体的融合、同地方社区合作等方式,构建一种新模式的“取水配水用水排水”用水方式,如图1所示 。生态工业园区水循环模式与传统的末端治理“取水用水污水处理排放”用水方式相比,主要有以下四方面不同:(1一个企业的废水经治理后,在水质允许的条件下,作为另一个企业的水源再次利用。(2建造人造景观湖、循环再生池等景观设施促进水的循环再生,替代了开采更多地下水作为水源。(3水循环体系的建立及企业之间用水方面的协作,使得水重复利用率变高,园区整体取水量变小,

9、污水排放量减小。(4从自来水公司购买新鲜水与从其他企业购买再生水之间水价的差值及排污权交易等因素,会给双方企业带来经济效益。生态工业园区水循环模式的构建能够实现废水减量化的目标,是指局域或区域总体效果的废水减量化,而不是指单个企业或者少数几个企业的孤立效果。把治理污染的着眼点从单个企业扩大到企业组团,园区整体排放污染物达到国家排放标准和总量控制指标。3.2生态工业园区水资源管理模式研究进展Grant 从生态效率的角度出发,提出运用景观生态学原理来设计生态工业园区的景观布局及建筑物结构,以维持水体自然循环的顺畅11。成熟的水分配模型技术已经应用到位于美国休斯顿市的Bayport 化工园区的水管理

10、中,Keckler 针对各种可能选择(包括重新设计工业用水网络,在网络中增加设施,限制网络总供水量和改变水价,使用了线性规划和其他数学规划方法来评估水回用机会12。Chertow 首次运用经济效益核算方法,论证了Guayama 生态工业园区内中水回用的经济可行性13。3.3建议生态工业园区是区域层面上,面向共生企业的一种循环经济模式,是实现工业可持续发展的有效途径。我国生态工业园区建设起步较晚,大多处于规划建设阶段14216,国内文献中几乎没有把水循环作为一个专题来讨论和研究。现将国外生态工业园区水系统集成的建设实践中值得借鉴的经验总结如下:(1建设生态工业园区水循环体系需要特定技术作为支持,

11、这些技术主要包括水的重复利用技术、污水处理工艺、水质检测技术、信息技术以及一体化水资源规划管理模型17等。(2应给予区域整体发展足够的重视,即用生态工业园区带动包括社区在内的整个区域的可持续发展,通过规划将地方社区融入工业生态系统当中18。(3生态工业园区的水资源规划应由技术、环境绩效、经济可行性及社会效益四方面进行讨论。参考文献ceedingsM.1996.(下转第81页67环境科学与技术第29卷增刊2006年8月格监督管理饮用水源区域,严禁各种污染废水向饮用水源地的排放,建立水源地周边的隔离带,加强有毒有害化学品的监督管理、运输物质管理,重点加强农药管理条例和农药使用范围条例,颁布淘汰PO

12、 Ps世界公约禁止生产和使用DD T、六氯苯、氯丹和灭蚁灵、二噁英和呋喃,实行淘汰倒计时间表。(2尽快研究和制定我国有毒有害化学品环境污染物的种类、污染物的行业、来源、排放总量等的法律法规,解决目前法规不全、各行各类标准少、污染项目排放标准滞后、与国外差距大的问题,加快制定我国控制有毒有害污染物的排放标准,使得环保人员做到有法必依、依法必纠的可行依据2。(3加强基础研究,特别加强有毒有害物质对人体健康影响及对水生态环境的影响。建议我国对生产有毒有害化学品工厂的落后工艺进行评估,淘汰落后工艺流程和设备。研究拟淘汰落后的产品、生产工艺清单和实施步骤,提出调整我国产品结构、开发和推广绿色清洁生产工艺

13、的计划,尽快缩短我国与发达国家生产工艺的差距3。(4除以上提到我国尽快制定有毒有害化学品污染物排放标准外,还要建立环境监测体系和重点有毒有害项目的分析方法标准,增强和配置实验室先进设备,如二次热解吸样/毛细管气相色谱/质谱分析、高压液相色谱/质谱(HPLC/MS分析、金属组分用聚四氟乙烯高压消化罐进行溶解再用电感耦合等离子体发射光/质谱(ICP/MS分析。以上根据本文作者论述我国相当多的大城市环境监测站难以达到此类监测设备。3有毒有害物质进入水环境后对人体健康危害的思考我国现已进入人与自然和谐发展的快车道,要倡导一种尊重自然、善待自然的道德观。我国饮用水资源仅为世界平均的1/4,目前全国还有3

14、亿人饮用水未达到饮用水标准,各大小城市饮用水消毒还是几十年传统的消毒方式,虽然粪大肠菌群能被杀灭,但水中有机质与有机质结合产生卤代烃等副产品,被人体吸收后能长时间富集人体内,导致致癌物质引起人体健康受损。建议我国尽快修改饮用水标准,增加饮用水中有机物质的标准,提高有机物质的监测方法。参考文献1董亮等.环境样品中PCBs的测定J.中国环境监测,2002,(1:35.2魏复盛.有毒有害化学品环境污染及安全防治建议J.中国工程科学,2001,3(9:37.3王祥.统筹人与自然和谐发展的一点想法:武汉市环境监测首届学术年会论文集C.武汉:武汉市环境监测中心站,2004.(收稿2006202217;修回

15、2006203214(上接第76页3Kalundborg,Denmark.Industrial Symbiosis:exchange of4钟国辉.生态工业园区概念在竹科之应用研究D.国立成功大学都市计划研究所硕士学位论文,2002.5袁增伟,毕军,王习元,等.生态工业园区生态系统理论及调控机制J.生态学报,2004,24(11:250122508.6国家环保总局.生态工业示范园区规划指南(试行M.2003.7欧阳志云,王如松.区域生态规划理论与方法J.北京:化学工业出版社,2005.8张国斌.火力发电厂中水回用技术与应用前景J.中国给水排水,2005,21(7:89291.9Perry Pe

16、i2J u Yang,Ong Boon Lay.Applying ecosystemconcepts to the planning of industrial areas:a case study of Singapores J urong IslandJ.Journal of Cleaner Pro2 duction,2004,(12:101121023.10Business Council for Sustainable Development2Gulf ofMexico.By2product synergy:a demonstration projectTampico,MexicoR.

17、Altamira,1999.11Grant J.Planning and designing industrial landscapes foreco2efficiencyJ.Journal of Cleaner Production.1997,5(122:75278.12Keckler S E.,Allen D T.Material Reuse Modeling:ACase Study of Water Reuse in an Industrial ParkJ.J of Ind Ecol,1998,2(4:79292.conomic and environmental benefits of co2located firms J.Environmental Science and Technology,2005,39(17:653526541.14甘现光.贵港生态工业园区建设的实践与探索J.南方国土资源,2004,(11:1162120.15马蔚均,王江锋,胡山鹰,等.江山生态工业园区规划J.产业与环境,2003(增刊,1082111.16薛东峰,罗宏,周哲.南海生态工业园区的生态规划J.环境科学学报,2003,23(2:2852288.17耿勇,朱庆华.