生態(tài)工業(yè)園區(qū)水資源管理模式探討

1、生態(tài)工業(yè)園區(qū)水資源管理模式探討張麗娜,陳郁,張樹深(大連理工大學環(huán)境與生命學院,大連116024摘要:從我國工業(yè)用水現(xiàn)狀出發(fā),介紹了生態(tài)工業(yè)園區(qū)的定義和國內(nèi)外水系統(tǒng)集成方面的成功實踐。首次依據(jù)工業(yè)生態(tài)學和景觀生態(tài)學原理構(gòu)建了一種新型用水模式生態(tài)工業(yè)園區(qū)水循環(huán)模式,通過水的梯級利用、中水回用、景觀水體等方式把園區(qū)內(nèi)不同企業(yè)、污水處理廠及地方市政部門連接起來,實現(xiàn)更大規(guī)模的循環(huán)。介紹了國外水資源管理模式的研究進展,總結(jié)出生態(tài)工業(yè)園區(qū)水資源規(guī)劃管理的成功經(jīng)驗。關(guān)鍵詞:生態(tài)工業(yè)園區(qū);水循環(huán);水梯級利用;中水回用;景觀水體中圖分類號:X32文獻標識碼:A文章編號:100326504(2006增20075

2、203傳統(tǒng)的末端治理用水方式:取水用水污水處理排放,導(dǎo)致工業(yè)用水量增長較快、用水效率低、廢水排放量大的現(xiàn)狀。1999年,全國工業(yè)用水重復(fù)利用率約53%,遠低于發(fā)達國家工業(yè)用水重復(fù)利用率75%的水平,僅相當于美國20世紀60年代初和日本20世紀70年代初的水平1。水體中絕大多數(shù)有毒有害物質(zhì)來源于工業(yè)廢水,因此,工業(yè)廢水大量排放,是造成水環(huán)境狀況日趨惡化,水體使用功能下降的重要原因。我國淡水資源緊缺,加之自然水體污染日益嚴重,水已不再是一種“取之不盡,用之不竭”的自然資源。因此,提高工業(yè)用水效率、減少廢水排放量已成為亟待解決的問題。生態(tài)工業(yè)園區(qū)作為以物質(zhì)循環(huán)再生為基礎(chǔ)的工業(yè)園區(qū),將為削減工業(yè)用水量

3、、提高用水效率、減少廢水排放量等問題的解決提供新的思路。1生態(tài)工業(yè)園區(qū)的定義目前,文獻中引用最多的生態(tài)工業(yè)園區(qū)的定義,是1996年10月美國可持續(xù)發(fā)展總統(tǒng)委員會提出的兩個定義2:(1為了有效地共享資源(信息、物資、水、能源、基礎(chǔ)設(shè)施和天然生境而彼此合作且與地方社區(qū)合作的產(chǎn)業(yè)共同體,能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境質(zhì)量的改善,為產(chǎn)業(yè)與地方社區(qū)帶來可平衡的人類資源。(2有計劃的物質(zhì)和能量交換的工業(yè)系統(tǒng),尋求能源和原材料消耗的最小化、廢物產(chǎn)生的最小化,并力圖建立可持續(xù)的經(jīng)濟、生態(tài)和社會關(guān)系。生態(tài)工業(yè)園區(qū)是由生態(tài)工業(yè)聚集而形成的“工業(yè)共生體3”,通過模擬自然系統(tǒng)而建立的工業(yè)系統(tǒng)中“生產(chǎn)者消費者分解者”的循環(huán)途徑

4、,實現(xiàn)物質(zhì)閉路循環(huán)和能量多級利用,使企業(yè)與社區(qū)付出最小生態(tài)工業(yè)園區(qū)的概念定義中隱含“空間”、“場所”概念4,是一個包括經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源的地域綜合體,是依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟理念和工業(yè)生態(tài)學原理設(shè)計成的一種新型人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)5。2生態(tài)工業(yè)園區(qū)水系統(tǒng)集成生態(tài)工業(yè)園區(qū)水系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)是水資源的高效利用與循環(huán),這就要求每一個生態(tài)工業(yè)園區(qū)存在一體化的水資源再生體系作為園區(qū)運轉(zhuǎn)的支撐。水系統(tǒng)集成是生態(tài)工業(yè)園區(qū)物質(zhì)集成特例,成功的實踐包括以下三個方面。2.1水的梯級利用不同企業(yè)或企業(yè)內(nèi)不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié),對進水水質(zhì)的要求不盡相同。因此,在生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)可以將水細分為更多等級,如表1所示。由于下一級使用的水質(zhì)要求較

5、低,因此可以采用上一級使用后的出水。目前,許多企業(yè)采用的水循環(huán)利用系統(tǒng),即“清水第一次清循環(huán)水第二次濁循環(huán)水”的循環(huán)過程以及蒸汽冷凝回用、間接冷卻水循環(huán)利用、封閉水循環(huán)等技術(shù),都可以在生態(tài)工業(yè)園區(qū)中跨企業(yè)采用6。表1基于生態(tài)工業(yè)園區(qū)水梯級利用的水質(zhì)分類及用途等級序號等級名稱用途1超純水用于半導(dǎo)體芯片制造2去離子水用于生物或制藥工藝3飲用水用于廚房、餐廳、噴水池4清洗水用于清洗車輛、建筑物5灌溉水用于草坪、灌木、樹木等景觀園藝2.2中水回用污水排放是區(qū)域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的重要組成部分,尤其污水使水體質(zhì)量與水環(huán)境的改變使區(qū)域可用水資源量減少7。因此,在水的社會循環(huán)中,污水的57生態(tài)工業(yè)園區(qū)水資源

6、管理模式探討張麗娜,等再生與回用是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。實施中水回用是減少污水排放的有效方法。中水是指各種排水經(jīng)處理后,達到規(guī)定的水質(zhì)標準,可在生產(chǎn)、生活、環(huán)境等范圍內(nèi)雜用的非飲用水。生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)群落的聚集,使得建造大型污水處理廠更加經(jīng)濟可行,并且園區(qū)管理者會有針對性的引入污水處理企業(yè),這些因素都能促使中水回用工程得以實現(xiàn)。利用中水對其穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟性要求較高,因此,處理工藝的選擇是非常關(guān)鍵的8?；鹆Πl(fā)電廠是耗水大戶,其循環(huán)冷卻耗水量占總耗水量的2/3,這部分耗水均以蒸發(fā)和風吹形式損失,基本不會形成污染。循環(huán)冷卻水對補水的要求不高,只需對某些指標進行嚴格控制。2002年2004年,華北和西北

7、地區(qū)有56個電廠選擇適當?shù)奶幚砉に噷κ姓鬯M行深度處理后,作為循環(huán)冷卻水使用,并且取得了良好的效果8。2.3空間景觀布局考慮到生態(tài)工業(yè)園區(qū)隱含“空間”、“場所”概念,在生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃階段,就應(yīng)該綜合運用景觀生態(tài)學和生態(tài)規(guī)劃理論,完善園區(qū)內(nèi)空間景觀布局。新加坡的裕廊化工島9和我國天津泰達生態(tài)工業(yè)園區(qū)在“再生水人工生態(tài)系統(tǒng)”方面都做出了有益嘗試。泰達生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)的再生水人工生態(tài)系統(tǒng)包括構(gòu)建生態(tài)渠、人工景觀湖等景觀水體,通過人工恢復(fù)各種生態(tài)植被,采取復(fù)合床填料噴泉曝氣、卵石懸床旁路過濾等單元技術(shù),使景觀水體在輸送再生水的同時,凈化和保持水體質(zhì)量,并發(fā)揮景觀功能和生態(tài)價值。3生態(tài)工業(yè)園區(qū)水資源管

8、理模式探討3.1生態(tài)工業(yè)園區(qū)水循環(huán)模式借鑒生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)“副產(chǎn)品協(xié)作10”模式,總結(jié)現(xiàn)有生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)水資源管理的成功實踐經(jīng)驗,通過廢水的再生利用、同自然水體的融合、同地方社區(qū)合作等方式,構(gòu)建一種新模式的“取水配水用水排水”用水方式,如圖1所示 。生態(tài)工業(yè)園區(qū)水循環(huán)模式與傳統(tǒng)的末端治理“取水用水污水處理排放”用水方式相比,主要有以下四方面不同:(1一個企業(yè)的廢水經(jīng)治理后,在水質(zhì)允許的條件下,作為另一個企業(yè)的水源再次利用。(2建造人造景觀湖、循環(huán)再生池等景觀設(shè)施促進水的循環(huán)再生,替代了開采更多地下水作為水源。(3水循環(huán)體系的建立及企業(yè)之間用水方面的協(xié)作,使得水重復(fù)利用率變高,園區(qū)整體取水量變小,

9、污水排放量減小。(4從自來水公司購買新鮮水與從其他企業(yè)購買再生水之間水價的差值及排污權(quán)交易等因素,會給雙方企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。生態(tài)工業(yè)園區(qū)水循環(huán)模式的構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)廢水減量化的目標,是指局域或區(qū)域總體效果的廢水減量化,而不是指單個企業(yè)或者少數(shù)幾個企業(yè)的孤立效果。把治理污染的著眼點從單個企業(yè)擴大到企業(yè)組團,園區(qū)整體排放污染物達到國家排放標準和總量控制指標。3.2生態(tài)工業(yè)園區(qū)水資源管理模式研究進展Grant 從生態(tài)效率的角度出發(fā),提出運用景觀生態(tài)學原理來設(shè)計生態(tài)工業(yè)園區(qū)的景觀布局及建筑物結(jié)構(gòu),以維持水體自然循環(huán)的順暢11。成熟的水分配模型技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到位于美國休斯頓市的Bayport 化工園區(qū)的水管理

10、中,Keckler 針對各種可能選擇(包括重新設(shè)計工業(yè)用水網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)中增加設(shè)施,限制網(wǎng)絡(luò)總供水量和改變水價,使用了線性規(guī)劃和其他數(shù)學規(guī)劃方法來評估水回用機會12。Chertow 首次運用經(jīng)濟效益核算方法,論證了Guayama 生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)中水回用的經(jīng)濟可行性13。3.3建議生態(tài)工業(yè)園區(qū)是區(qū)域?qū)用嫔?面向共生企業(yè)的一種循環(huán)經(jīng)濟模式,是實現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。我國生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設(shè)起步較晚,大多處于規(guī)劃建設(shè)階段14216,國內(nèi)文獻中幾乎沒有把水循環(huán)作為一個專題來討論和研究?，F(xiàn)將國外生態(tài)工業(yè)園區(qū)水系統(tǒng)集成的建設(shè)實踐中值得借鑒的經(jīng)驗總結(jié)如下:(1建設(shè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)水循環(huán)體系需要特定技術(shù)作為支持,

11、這些技術(shù)主要包括水的重復(fù)利用技術(shù)、污水處理工藝、水質(zhì)檢測技術(shù)、信息技術(shù)以及一體化水資源規(guī)劃管理模型17等。(2應(yīng)給予區(qū)域整體發(fā)展足夠的重視,即用生態(tài)工業(yè)園區(qū)帶動包括社區(qū)在內(nèi)的整個區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,通過規(guī)劃將地方社區(qū)融入工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)當中18。(3生態(tài)工業(yè)園區(qū)的水資源規(guī)劃應(yīng)由技術(shù)、環(huán)境績效、經(jīng)濟可行性及社會效益四方面進行討論。參考文獻1工業(yè)節(jié)水“十五”規(guī)劃E B/OL .http :/.2Cape Charles ,Virginia.Eco 2Industrial Park Workshop Pro 2ceedingsM.1996.(下轉(zhuǎn)第81頁67環(huán)境科學與技術(shù)第29卷增刊2006年8月格監(jiān)督管

12、理飲用水源區(qū)域,嚴禁各種污染廢水向飲用水源地的排放,建立水源地周邊的隔離帶,加強有毒有害化學品的監(jiān)督管理、運輸物質(zhì)管理,重點加強農(nóng)藥管理條例和農(nóng)藥使用范圍條例,頒布淘汰PO Ps世界公約禁止生產(chǎn)和使用DD T、六氯苯、氯丹和滅蟻靈、二噁英和呋喃,實行淘汰倒計時間表。(2盡快研究和制定我國有毒有害化學品環(huán)境污染物的種類、污染物的行業(yè)、來源、排放總量等的法律法規(guī),解決目前法規(guī)不全、各行各類標準少、污染項目排放標準滯后、與國外差距大的問題,加快制定我國控制有毒有害污染物的排放標準,使得環(huán)保人員做到有法必依、依法必糾的可行依據(jù)2。(3加強基礎(chǔ)研究,特別加強有毒有害物質(zhì)對人體健康影響及對水生態(tài)環(huán)境的影響

13、。建議我國對生產(chǎn)有毒有害化學品工廠的落后工藝進行評估,淘汰落后工藝流程和設(shè)備。研究擬淘汰落后的產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝清單和實施步驟,提出調(diào)整我國產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)和推廣綠色清潔生產(chǎn)工藝的計劃,盡快縮短我國與發(fā)達國家生產(chǎn)工藝的差距3。(4除以上提到我國盡快制定有毒有害化學品污染物排放標準外,還要建立環(huán)境監(jiān)測體系和重點有毒有害項目的分析方法標準,增強和配置實驗室先進設(shè)備,如二次熱解吸樣/毛細管氣相色譜/質(zhì)譜分析、高壓液相色譜/質(zhì)譜(HPLC/MS分析、金屬組分用聚四氟乙烯高壓消化罐進行溶解再用電感耦合等離子體發(fā)射光/質(zhì)譜(ICP/MS分析。以上根據(jù)本文作者論述我國相當多的大城市環(huán)境監(jiān)測站難以達到此類監(jiān)測設(shè)備。

14、3有毒有害物質(zhì)進入水環(huán)境后對人體健康危害的思考我國現(xiàn)已進入人與自然和諧發(fā)展的快車道,要倡導(dǎo)一種尊重自然、善待自然的道德觀。我國飲用水資源僅為世界平均的1/4,目前全國還有3億人飲用水未達到飲用水標準,各大小城市飲用水消毒還是幾十年傳統(tǒng)的消毒方式,雖然糞大腸菌群能被殺滅,但水中有機質(zhì)與有機質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生鹵代烴等副產(chǎn)品,被人體吸收后能長時間富集人體內(nèi),導(dǎo)致致癌物質(zhì)引起人體健康受損。建議我國盡快修改飲用水標準,增加飲用水中有機物質(zhì)的標準,提高有機物質(zhì)的監(jiān)測方法。參考文獻1董亮等.環(huán)境樣品中PCBs的測定J.中國環(huán)境監(jiān)測,2002,(1:35.2魏復(fù)盛.有毒有害化學品環(huán)境污染及安全防治建議J.中國工程科學

15、,2001,3(9:37.3王祥.統(tǒng)籌人與自然和諧發(fā)展的一點想法:武漢市環(huán)境監(jiān)測首屆學術(shù)年會論文集C.武漢:武漢市環(huán)境監(jiān)測中心站,2004.(收稿2006202217;修回2006203214(上接第76頁3Kalundborg,Denmark.Industrial Symbiosis:exchange of4鐘國輝.生態(tài)工業(yè)園區(qū)概念在竹科之應(yīng)用研究D.國立成功大學都市計劃研究所碩士學位論文,2002.調(diào)控機制J.生態(tài)學報,2004,24(11:250122508.6國家環(huán)?？偩?生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)規(guī)劃指南(試行M.2003.7歐陽志云,王如松.區(qū)域生態(tài)規(guī)劃理論與方法J.北京:化學工業(yè)出版社,2

16、005.8張國斌.火力發(fā)電廠中水回用技術(shù)與應(yīng)用前景J.中國給水排水,2005,21(7:89291.9Perry Pei2J 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

17、.By2product synergy:a demonstration projectTampico,MexicoR.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 In

18、d Ecol,1998,2(4:79292.13Chertow Marian R;Lombardi D.Rachel.Quantifying e2conomic and environmental benefits of co2located firms J.Environmental Science and Technology,2005,39(17:653526541.14甘現(xiàn)光.貴港生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設(shè)的實踐與探索J.南方國土資源,2004,(11:1162120.15馬蔚均,王江鋒,胡山鷹,等.江山生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃J.產(chǎn)業(yè)與環(huán)境,2003(增刊,1082111.16薛東峰,羅宏,周哲.南海生態(tài)工業(yè)園區(qū)的生態(tài)規(guī)劃J.環(huán)境科