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企业集团内各产业链间资源综合利用分析研究 * 瞿露 1 汪诚文 1 陆茵 2 赵雪锋 2 1． 清华大学环境学院， 北京 100084;2． 北京国环清华环境工程设计研究院有限公司， 北京 100084 摘要 以江苏某生物化学 － 热电联营企业为研究对象， 针对企业内部产业链的特殊性， 构建了集团内部不同产业链之 间的耦合。从与同行业常规工艺的比较入手， 分析了跨行业资源综合利用的各项工程技术实践。结果表明 产业链耦 合可有效减少污染物排放， 实现资源的综合利用。 关键词 产业链; 耦合; 综合利用 *国家水体污染控制与治理科技重大专项 “工业园区清洁生产和污染 源控制技术研究与工程示范” 子课题。 RESEARCH ON ANALYSIS OF COMPREHENSIVE UTILIZATION OF RESOURCES BETWEEN THE INDUSTRIAL CHAINS WITHIN AN ENTERPRISE GROUP Qu Lu1Wang Chengwen1Lu Yin2Zhao Xuefeng2 1． School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China; 2． Beijing Guohuan Tsinghua Environmental Engineering Design ＆ Research Institute Co． ， Ltd，Beijing 100084，China AbstractA biochemistry-thermoelectric associated enterprise in Jiangsu was selected as the research object． Relying on the special nature of the industry chains within the enterprise，the internal coupling between them was built．Starting from comparing with the conventional process，the practice of comprehensive utilization of resources between different industries was analyzed． The results showed that the internal coupling between different industries could effectively reduce pollutants and realize comprehensive utilization of resources． Keywordsindustrial chain;coupling;comprehensive utilization 0引言 随着经济的不断发展， 资源短缺、 环境恶化等问 题日趋突出， 成为我国经济、 社会、 生态可持续发展的 重要制约因素。发展循环经济成为解决资源、 环境危 机的重要途径。循环经济是对物质闭环流动型经济 的简称， 是以物质、 能量梯次和闭路循环使用为特征 的， 在环境方面表现为污染低排放， 甚至是零排放 ［1］。 当然， 循环经济并不仅仅局限于物质、 能量的闭路循 环， 而是把清洁生产、 资源综合利用、 生态设计和可持 续消费等融为一体， 运用生态学规律来指导经济活动。 企业是实施循环经济的主体， 也是最直接体现循 环经济的个体。通过企业集团内部各产业链的系统 耦合， 使其具有生态链性质， 从而可实现物质和能量 的多级传递、 高效产出和持续利用 ［2］。 1企业情况介绍 江苏省某企业是一个生物化学和热电联营的综 合性企业。电厂发电总装机容量达到 374 MW 2 C125 1 CC50 1 C50 1 B12 1 C12 MW ， 锅炉总蒸 发 容 量为 1 620 t/h 2 480 t/h 3 220 t/h ， 所发电量输入华东电网; 集中供热的规模 达到300 t/h， 热网管线总长度达到 64 km， 热用户达 到 125 家， 年供热量达到 210 万 t。柠檬酸厂共有两 条柠檬酸生产线、 四条成品灌装线， 主要产品为柠檬 酸及其柠檬酸盐类系列产品， 年产量为 5 万 t; 产品质 量达到国家 GB 826998柠檬酸 优等品、 英国药典 BP98、 美国药典 USP24、 FCC 食品级标准， 产品 90 以上出口欧美、 日本、 中东等十多个国家和地区。 2传统工艺的环境问题 2. 1柠檬酸行业高污染问题 柠檬酸生产可大致分为发酵、 提取、 精制三个阶 段。提取阶段普遍采用钙盐法， 即向发酵液中加入碳 021 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 酸钙形成柠檬酸钙沉淀， 再加入硫酸酸解． 钙盐法是 一种污染严重的工艺， 生产每吨柠檬酸， 平均排放高 浓度废水 COD 约 12 000 mg/L 16. 39 m3， 二氧化碳 废气 0. 396 t， 硫酸钙废渣 2 t， 废水中钙离子含量高， 导致深度处理困难。图 1 给出了柠檬酸传统钙盐法 生产工艺。 图 1钙盐法柠檬酸生产工艺 2. 2热电厂烟气脱硫及水耗问题 二氧化硫是热电厂排放的重要污染物， 也是形成 酸雨的重要物质。因此， 电厂的烟气脱硫一直备受关 注。常规脱硫工艺为化学法脱硫 ［3］， 对于脱硫副产 物硫酸钙的处理一直是个难题。若采用微生物法脱 硫， 则存在脱硫污泥中硫单质纯度不高， 回收困难及 需要补充碳源等问题。 此外， 热电厂生产水耗较大， 主要是水质要求相 对不高的循环冷却水 补充量 472. 4 t/h 。图 2 给出 了常规热电生产工艺流程。 图 2常规热电生产工艺 3企业发展循环经济的实践 针对上述问题， 该企业以科学发展观为指导， 以 建设资源节约型、 环境友好型企业为目标， 以提高资 源转化利用效率为重点， 通过技术研究开发与引进先 进技术， 成功构建了“发电供热生物发酵” 循环 经济主产业链， 实现了跨行业耦合， 在节能减排方面 取得了重要成效。图 3 为该企业的跨行业耦合示 意图。 图 3企业内部跨行业耦合 3. 1柠檬酸清洁生产 连续色谱法是一种先进的柠檬酸提取工艺， 其原 理是利用进料中的不同成分对固相 树脂 的亲和力 不同， 导致料液中各组分通过树脂床的速度快慢不一 致而得到分离。图 4 给出了传统的钙盐法柠檬酸生 产工艺和连续色谱法清洁生产工艺的工艺流程对比。 图 4钙盐法和色谱法工艺流程对比 该企业于 2009 年建成我国第一条连续色谱法柠 檬酸生产线， 年产量 1 万 t， 二期、 三期工程还将分别 建成年产量 2 万 t 的连续色谱生产线。根据企业长 期运行实测数据， 对两种柠檬酸生产工艺进行清洁生 产评价， 结果如表 1 所示。 由表 1 可知， 连续色谱法其优点为 1 减少了污 染物排放， 废水削减量 62 ， 二氧化碳废气及硫酸钙 废渣削减量约为 100 ; 2 减少了物料消耗， 节约用 121 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 表 1钙盐法与色谱法的清洁生产评价［4 ］ 指标具体内容钙盐法色谱法 污染物 产生 单位产品废水量 / m3t － 1 16. 396. 19 单位产品废气量 / tt － 1 0. 3960 单位产品固废量 / tt － 1 20 资源能源 利用 单位产品新鲜水耗 / tt － 1 16. 63. 3 单位产品电耗 / kWh t － 1 216. 63267. 96 单位产品硫酸消耗 / tt － 1 0. 890. 023 单位产品碳酸钙消耗 / tt － 1 0. 90 产品 指标 产品质量 纯度 /93. 394. 5 对下游影响 硫酸根 / mgL － 1 4 4981 141 对下游影响 钙离子 / mgL － 1 308未检出 产品收率 发酵到提取 /9097 经济效益生产成本 /元色谱法节省 475. 25 水 13. 3 t 削减量 80 ， 减少消耗硫酸 0. 867 t 削 减量 97. 4 、 碳酸钙 0. 9 t 削减量 100 ， 降低了 生产成本; 3 提高了柠檬酸纯度和收率; 4 降低了提 取液杂质离子含量， 减轻了下游工序负荷。 综上可知 色谱法能够有效改善柠檬酸行业现存 的高污染、 高物耗能耗、 低收率、 高劳动强度等问题， 是一种环境友好的工艺。 3. 2电厂烟气脱硫及硫提纯 鉴于化学法脱硫存在副产物难处理的问题， 企业 抛弃了传统的烟气脱硫工艺， 采用“氢氧化钠循环吸 收微生物还原回收单质硫” 脱硫工艺。该工艺以 氢氧化钠作为脱硫吸收液， 在动力波洗涤塔内吸收二 氧化硫后， 采用微生物处理技术， 通过厌氧和好氧生 化还原回收单质硫， 再生的氢氧化钠返回洗涤塔循环 使用。其中， 生物处理单元以柠檬酸生产过程中产生 的高浓度废水作为生物脱硫的碳源， 每天消耗 COD 约 12 000 mg/L 的柠檬酸生产废水 960 m3， 达到了以 污治污的目的。 同时针对生物脱硫污泥中硫含量低， 品质差的问 题， 研究开发了以有机溶剂四氯乙烯高温萃取 － 降温 结晶技术为主体的工艺路线， 从脱硫污泥中回收高纯 度的单质硫。 图 5 为生物脱硫及硫提纯工艺流程。 图 5生物脱硫及硫提纯 采用该工艺， 硫回收率可达 85 ， 回收的硫磺纯 度在 96. 5 以上， 通过抽真空高温蒸馏的方式， 滞留 在硫磺成品里的萃取剂含量低于 0. 5 ， 可满足硫酸 生产等行业的需要， 有可观的经济价值 ［5］。 改造工程的一期按照每天产生 10 t 硫磺计算， 年 收益可达 403 万元， 同时可实现固体废弃物减量化， 资源化， 带来可观的经济、 环境和社会效益。 3. 3中水回用 该企业的两个分厂生产性质差异很大， 二者在用 水、 排水等方面也存在很大差别 柠檬酸厂需水量较 大， 水质要求较高， 废水产生量大， 废水浓度高; 而热 电厂需要消耗大量循环冷却水以及锅炉补给水。为 了实现企业给水排水统一规划， 最大程度降低用水量 和废水排放量、 最大程度实现企业内部水的循环利 用， 其中最关键的一步就是整合两个分厂的给排水系 统， 将柠檬酸生产污水处理站出水进行深度处理， 回 用于水质要求相对不高的热电生产循环冷却水。 企业针对柠檬酸污水处理站二沉池出水水质， 结 合需要达到循环冷却水补水水质标准， 研究开发出了 一套以“高级氧化→曝气生物滤池→膜过滤” 为主的 深度处理工艺， 工艺流程如图 6 所示。 图 6废水深度处理工艺流程 深度处理工程建成后， 预期可实现 70 的中水 回用率， 每天提供回用水 4 200 m3， 用于循环冷却系 统， 可代替 37 的循环冷却水补充量， 有效减少新鲜 水消耗量及废水排放量。 3. 4其他资源综合利用实践 3. 4. 1沼气利用 企业的工业沼气主要来源于柠檬酸的生产废水 处理过程中的 IC 厌氧反应器， 由于净沼气热值较低， 目前主要用于内燃机组发电、 余热锅炉制冷等， 能量 转化率较低 20 ～ 40 。企业计划采用 PSA 沼 气提纯技术， 将沼气纯化后应用于该市公交车辆。图 7 为企业沼气利用规划。 据估算， 提纯后的甲烷产品气可满足该市 284 辆 公交车的需求， 不仅可以提高沼气利用的价值， 大大 降低公交车辆对汽油及天然气的需求， 有效降低其运 221 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 行费用， 还能减少城市的环境污染， 减缓资源能源的 危机。 图 7沼气利用规划流程 3. 4. 2污泥及煤泥利用 低热值煤泥若处理和使用不当， 不但浪费能源， 还会污染环境。为此， 企业开发出了煤泥烘干和掺烧 技术， 建成了煤泥滚筒烘干生产线， 并对锅炉的输配 煤、 燃烧系统、 除尘出灰系统进行了改造， 使煤泥的掺 烧量逐年提高， 2007 年达 83 万 t， 不仅充分利用了劣 质煤泥， 减轻了环境污染负荷， 使其热值得到了利用， 而且降低了公司 生产成 本， 增 强 了 企 业 的 市 场 竞 争力。 在煤泥掺烧成功的基础上， 企业开展了再掺烧污 泥试验， 并摸索出可行的煤泥和污泥混合掺烧工艺， 即把污泥运至煤泥烘干车间， 按 25 左右的掺入比 例与煤泥混合后烘干， 再按一定比例掺入燃煤中入炉 燃烧。目前掺烧了本企业柠檬酸污水处理站好氧剩 余污泥 3 400 t/a 干基高位热值 6 528 kJ/kg ， 还处 置了邻近一家纺织企业污水处理剩余污泥 6 000 t/a 干基高位热值 10 311 kJ/kg ， 为污泥的安全处置提 供了可借鉴的经验。 4小结 该企业以资源综合利用为基本出发点， 在多层面 上进行循环经济实践， 成功地构建了企业集团内部不 同产业链间的耦合， 极大地减少了污染物排放量， 使 资源能源得到了充分利用。据估算， 该企业通过连续 色谱法柠檬酸清洁生产， 柠檬酸生产废水生物脱硫， 以及中水回用为电厂循环冷却水等措施， 可节约用水 4 564 m3/d， 减少消耗硫酸 23. 8 t/d、 碳酸钙24. 7 t/d， 减少排放废水 4 474 m3/d、 二氧化碳废气 10. 8 m3/d、 硫酸钙废渣 54. 8 t/d; 通过生物脱硫污泥提纯， 沼气 回收利用， 污泥掺烧等技术， 可回收单质硫 7 420 t/a， 回收 车 用 燃 气 16 363 m3/d，有 效 利 用 剩 余 污 泥9 400 t/a。 该企业的不同产业链耦合循环经济实践是一个 宝贵的经验， 为传统行业减少污染物排放、 提高资源 利用效率， 最终实现可持续发展探索了新的道路。 参考文献 ［1］周洁， 王远， 陆根法， 等． 企业实施循环经济的战略探讨［J］． 四 川环境，2005， 24 2 94- 96． ［2］翁连海， 刘天明， 李琢伟， 等． 低盐固态发酵法酱油生产企业内 部循环经济发展模型构建的探索［J］． 中国酿造， 2011 1 155- 156． ［3］于静梅， 张辉， 刘东明． 燃煤电厂烟气脱硫技术发展概况［J］． 锅炉制造， 2008 1 40- 43． ［4］瞿露， 汪诚文， 王玉珏． 两种柠檬酸生产工艺的清洁生产评价 ［J］． 环境工程， 2011， 29 3 111- 115． ［5］汪诚文， 金小达， 贾捍卫， 等． 烟气生物脱硫污泥中单质硫的回 收工艺中试研究［J］． 环境科技， 2010 1 1- 4． 作者通信处瞿露100084北京市海淀区清华大学环境学院 712 E- mailqu-lu 163． com 2011 － 09 － 05 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 57 页 足系统阻力提高的非正常状态。冷却系统也经历了 各种恶劣工况的考验， 增湿箱出口温度一直稳定在 110 ～ 150 ℃ 的工况范围内， 给布袋除尘的正常运行 提供了保证。 参考文献 ［1］雷新维， 唐勇． 电厂袋式除尘器滤袋故障分析及处理［J］． 中国 环保产业， 2010 8 38- 40． ［2］倪建东． 宝钢电厂 3 号机组电除尘器改布袋除尘器滤料选用探 析［J］． 宝钢技术， 2010 3 34- 37． ［3］中井志郎． 喷雾式烟气排放冷却塔的设计方法［J］． 世界钢铁， 2011 3 59- 62． ［4］倪建东， 徐剑． 某钢铁企业自备火电机组引风系统节能改造方 案探讨［J］． 节能， 2008 3 30- 32． 作者通信处黄中子201620上海市龙腾路 333 号上海工程技术 大学化学化工学院 E- mailwazzlp 163． com 2011 － 08 － 08 收稿 321 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期