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水循环原理（精选8篇） 篇一

【关键词】循环水系统改造；必要性；措施

中图分类号：TV文献标识码： A

一、前言

随着经济的发展，化工企业也变得越来越多，给环境和水质都带来了一定的污染，基于这样的现象对企业的循环水系统进行改造是十分必要的。

二、概述

1、循环水系统

当今化工企业内重要的公用工程系统之一就是循环水冷却系统，水冷却系统运行质量的好坏是保证生产装置的设备安全和运行稳定的必备物质条件，是决定化工企业能够长期的周期性运行的关键因素。

2、循环水系统节水的必要性

近些年合成氨企业不断增量，装置不断扩大增量，企业的用水量日益增加，而循环水系统的用水量更是达到一个历史峰值。由于我厂位置在工业区内，水资源开发难度极大。无论是国家层面，还是省市地区，除了看中新上园区化工项目的环境影响，水资源等不可再生资源也一直是一个重要的关注点。化工企业作为工业体系中的用水大户，我们必须最大限度地节约用水，更好的开发利用现有的水资源。解决企业的用水和节水问题，这是实现企业可持续发展必由之路。

三、合成氨企业循环水系统改造的意义

合成氨企业的污水排放量大，污染物含量高，直接排放或者不达标排放都会对环境和居民生活造成极大威胁。近些年来，环境保护观念的提升，人们对环境的可持续发展越来越重视，特别是化工企业的排污就成了主要整治对象，这给企业的生产经营提高了难度，增加了生产成本，因此，对循环水系统的改造具有非常重的意义：

1、减少环境污染，在回流利用过程中采取各种措施，将有害固体物质进行分离，将无利用价值的深挖掩埋或灭毒处理，可重复提取利用的成分进行回收提取，从而减少了有害物质的排放，有利于环境保护。

2、有利于企业节能降耗，通过处理后的中水回流利用，节约用水，废水治理中的可利用成分的二次提取利用及次生产品的利用，减少了生产成本，减少企业片面的治污资金投入负担，从而提高企业的生产效益。

3、通过废水回流利用的治理过程促进了生产过程的技术革新，企业在生产过程中对于如何减少废水和有毒污水的产生方面，会有针对性的改进相关生产工艺，对于企业的生产运营管理起到了促进作用。

4、促进了企业的可持续发展，环境保护是每一个企业面临的社会责任，治污效果如何直接影响石化企业的发展前景，避免因为治污失败是企业发展进入死胡同，最终会被市场淘汰。

四、合成氨企业循环水处理的主要问题

1、水质差，

COD值偏高在化工企业的循环水处理系统中，由于多方面的原因经常出现主物料泄漏的现象，导致循环水的 PH 值不断上升，使其具有一定的腐蚀性，这不仅需要企业加投其他缓蚀剂来降低循环水的腐蚀程度，还需要重视化学反应中产生的新物质的沉淀问题。同时，循环水的COD值常常处于偏高的状态，导致化工污水的循环处理没有完全达标，容易对水源和设备造成二次污染。

2、浓缩倍数低

一般说来，化工企业的生产设备对水的需求量都比较大，导致循环冷却水系统热负荷低，加上循环水系统的保有水量比较大，这就使得循环水量与保有水量的比值小于2。因此，该企业的循环水装置系统的循环水存在着浓缩倍数低、腐蚀性比较强的特点，具体表现在污水排放量大、水质浑浊、微生物数量超标等，这不仅不利于换冷设备的正常运转，还造成了水稳药剂和干净水源的大量浪费。

3、循环水系统内长期漏入工艺介质

很多化工企业的循环水装置的换热设备曾经发生不同程度的内漏，使得工艺介质大量渗漏，导致设备内部的表面形成一层油膜，这不仅严重影响了循环水的处理效果，还导致循环水系统内部形成大量的微生物，如微生物粘泥、藻类等大量繁殖难以得到有效控制。此外，工艺介质的渗漏，还会导致循环水遭受污染，这都不利于化工企业的循环水处理工作的正常开展。

4、旁滤效率降低

对于安装有砂滤罐的化工企业的循环水处理系统而言，由于砂滤罐的反冲洗和旁滤都套用循环冷却水，所以水的压力不是很大，有时很难达到循环水处理的设计要求。此外，在反冲环节，水的流失率也比较高，在运行一段时间后发现，排污阀口容易被细沙等杂物严重堵塞，会导致循环水处理装置的旁滤效率大幅下滑。

5、产生大量生物粘泥

由于很多化工企业的循环水系统中水的浊度较高，细菌含量也长期处于较高水平，因此经过一段时间之后就会产生大量的生物粘泥，生物粘泥经常粘附在换热装置的换热管等装置上，形成厚度不一的生物粘泥层，这不仅会影响换热器的热量传递效率，也不利于循环水处理系统的安全、可靠运行。

五、改造措施

1、完善加药系统

（一）加药点的选取

聚合氯化铝和聚丙烯酰胺为循环水的主要添加剂之一，原聚合氯化铝在热水池进口处投加。由于热水池内煤泥积累较快，而热水池未设抓灰装置( 抓灰装置设在平流沉淀池上方)，导致聚合氯化铝实际使用效果较差。通过观察，发现聚合氯化铝加在离平流沉淀池4 m 左右的回流沟内使用效果较好。

（二）加药方式的改进

原聚合氯化铝通过计量泵输送，计量泵虽然计量比较精确，但故障率很高。另外，因计量泵进口、出口径较小，聚合氯化铝液体中的固体颗粒容易堵塞在管内；当聚丙烯酰胺浓度稍高时，因药剂黏度增大经常造成无法泵送，给加药操作带来了较大难度。加药不同于化学反应，连续加入量的精度要求不是很高，只要保证在一定时间内加入量一定，即可达到要求。因此，决定制作钢支架，以提高2 种药剂储罐的高度，加大排药管直径，通过高位差使药剂自流入加药点；并且在储罐上增加液位计，根据回水浊度的变化规定每班需加入药剂的量，操作人员根据每小时巡检的液位变化情况，调节加药阀开度。

（三）严格药剂质量控制

药剂质量直接影响到循环水的浊度，若用质量较差的药剂，循环水浊度在短时间内可能没有较大的变化，但是随着时间的推移，浊度会快速上升，若此时再进行处理，一般需半个月才能恢复至正常运行工况。

2、排污系统的改进

原设计中，澄清器内沉淀的煤泥排至平流沉淀池后凝结的煤泥被再次冲散，需要再次沉淀，导致工艺重复，影响了水处理的效率，加大了平流沉淀池的负荷。另外，排污时因大量煤泥的排入，整个系统( 平流沉淀池、澄清器和清水池) 的水质浊度全部升高，需几个小时才能恢复至正常工况，对系统的高效、清洁运行造成较大影响。为此，江山合成氨厂将澄清器内煤泥先排至原循环水沉淀池沉淀 1d；次日排污前，先将上层清液抽入平流沉淀池( 澄清器每天白班排污 1 次) ，再使用抓灰机打捞煤泥，从而实现循环水的泥水分离。采用此方法排污不会影响系统水质。

3、用压滤机处理湿煤泥

湿煤泥原先存放在地面围建的池内，一般需半个月以上自然风干，遇到雨季甚至1个月都无法风干。由于江山合成氨厂烧块煤，湿煤泥不能内部消化；而在运输过程中，由于湿煤泥含水量过大导致渗漏，也会遭到环保部门的处罚，且外售困难。所以，沉淀池内煤泥沉积量较大，而捞出来后又无法处理，造成煤泥不能及时捞出来，使循环水水质恶化。

六、结束语

合成氨企业在对循环水系统进行合理的改造之后，可以达到低浊度、零排放的效果，所以，对于化工企业来说，对循环水系统进行合理的改造和优化具有重要的意义。同时，也给工业园区内化工企业良性循环发展打下基础。

参考文[]献：

[1]吴国平。贵冶闪速炉循环水系统改造设计。有色冶金设计与研究。2013年3月，第2期，66-68.

水循环原理（精选8篇） 篇二

关键词：循环水 化工装置 药剂

1、前言

石油化工中冷却循环用水用量很大，对于企业的运行具有重大的影响。为了发挥循环水的作用，需要采用循环水药剂保障水质，避免循环水换热器管道结垢、腐蚀。大庆炼化公司动力一厂空分二车间有三个循环水场，分别为四循一站、四循二站、四循三站，设计循环量分别为5000t/H、7000t/H、7000t/H，为炼化公司聚合物装置及聚丙烯装置提供循环水。

2、循环水水质特点与影响因素

2.1 水质特点

为了保障水质处理，需要对循环水的水质进行分析。对循环水场的水质分析结果如表1所示，由表中的参数可以看出，车间的循环水Ca2+、Mg2+、C1-等离子较高，属于严重结垢型水质，而且水中的悬浮物、灰尘较多。随着使用时间的增加，水中的溶解固体与悬浮物不断增加，而且因为可溶性气体等进入循环水，导致循环水水质恶化。2010年5月份大庆炼化公司动力一厂空分二车间四循二站的循环水水质出现过较大波动，总体离子含量接近2mg/mL，COD达到100mg/mL，pH值低于7，循环水颜色变红，导致聚丙烯装置换热器前循环水滤网堵塞，E-853板式换热器堵塞，影响换热器的正常运行。

2.2 影响水质考核指标的原因分析

循环水场生产环境相对较差，对于循环水水质的影响因素较多，为了保证循环水水质达到标准，除了需要选择合适的循环水药剂之外，还需要分析相关的影响因素，以避免对水质造成影响。

2.2.1 周围环境

在大庆炼化公司动力一厂空分二车间循环水场周围，环境影响较大，因为该水场周围具有聚丙烯装置、宏伟热电厂等装置，粉尘以及微粒等杂质易进入循环水中，造成循环水悬浮物增加。因为水中固体增加，容易沉积在换热片管壁，造成管壁腐蚀，影响管壁的换热效果。化工装置生产过程中产生二氧化硫、二氧化碳等酸性气体，这些蒸汽混杂水蒸气加速了换热器的挂片腐蚀，缩减了换热装置的使用寿命。

2.2.2 循环水药剂不合理以及加药方式落后

该水场选择的杀菌用循环水药剂主要是液氯进行处理，但是因为水质对于液氯的杀菌能力影响较大，而且易产生氯离子，造成水质恶化，易造成点腐蚀。在选择循环水药剂的处理过程中，采用连续投加液氯杀菌剂，采用加药装置连续投加缓释阻垢剂。药剂随着循环水的流动浓度逐渐降低，导致药剂浓度降低，从而降低了水处理效果。

2.2.4 补入循环水的水质

循环水的补水除采用新鲜水外，主要使用污水回用水作为补水，污水回用水的特点是氯根高、电导高的特点。而且聚丙烯装置换热器材质多数为不锈钢材质，由于氯根高极易产生点腐蚀，进而使循环水的铁离子含量增加，影响循环水水质。

3、循环水药剂的选择

3.1 缓蚀剂的选择

为了保证循环水水质达标，车间采用189C药剂作为循环水药剂[2]，观察系统运行过程中水质变化与影响。为了对循环水药剂的影响进行观察，控制循环水的浓缩倍数在3.0±0.3之间，pH值控制在8.3±0.2之间，并且以70 mg/L的速度投放药剂。为了实现工艺的控制与管理，共补水2980L，补189C药剂2122mL，观察循环水外观与检测水质标准。

3.2 杀菌灭藻处理药剂

采用连续投加氧化性杀菌剂固体氯以及B250杀菌剂交替杀菌，为了避免细菌产生抗药性，需要隔周采用不同的杀菌剂，投放的方式如下：每单周加杀菌剂固体氯0.125吨，每双周加0.1吨非氧化性杀菌剂B250。每月投加一次粘泥剥离剂739，以抑制生物粘泥在管壁上沉积[3]。

3.3 循环水药剂的工艺

大庆炼化公司动力一厂空分二车间循环药剂的工艺流程如下：循环冷却水经过加药剂处理，待药剂作用一段时间之后，药剂通过循环水流通运转，根据中石化《实验室缓蚀评定试验法旋转挂片失重法》进行取水，对于工艺中的循环水质量进行研究分析，判断循环水药剂的影响。

3.4 现场管理

为了避免现场环境造成的影响，需要加强现场管理，包括以下内容：（1）加入液碱进行中和循环水PH值，避免酸度过高造成的腐蚀作用，控制pH值在7.0以上，定时对回用水的pH值、碱度、氯根等指标进行监测；（2）采用连续投加的方式加入循环水药剂，稳定控制锌离子浓度在2―3mg/L；（3）加强对旁滤系统的管理，将挂片箱材质由碳钢升级为不锈钢，合理地安排污水的排放。

4、结语

循环水水质对于石油化工装置具有重要的影响，为了保证循环水水质达标，需要采用合理的循环水药剂、对现场环境进行有效控制、优化投药方式以及及时做好查漏堵漏。大庆炼化公司动力一厂空分二车间为保证循环水水质达标，加入189C缓蚀剂作为循环水药剂，并且对投药后的循环数参数进行测定。根据测定的结果来看，采用189C缓蚀剂能够有效的改变水质，增强换热能力，性能满足生产要求。而且189C缓蚀剂在含盐量好，容量较大的循环水环境中具有较好的缓释效果。采用交替杀菌的方式，能够有效杀灭循环水中的细菌，避免抗药性。

参考文献

[1] 周东 大庆炼化公司循环水系统运行方案的优化[D]硕士 2005

水循环原理（精选8篇） 篇三

关键词：S7-300；组态王；数字化改造；控制系统

前言

今年来，炼化企业数字化管理建设悄然兴起，规模不断扩大、功能不断完善，在精细管理、可视化监控、安全生产及节能增效等方面都取得了较好的成效，逐渐成为化工企业生产管理系统的一个重要组成部分。化肥厂循环水装置原控制系统采用模拟屏显示系统状态，模拟量的显示和控制通过单独的回路构成，利用调节器实现，控制按钮操作。该控制以及使用超过十年的时间，老化严重，模式的缺点已经非常明显，硬件数量多，占用空间大，生产效率低，而且日常维护困难，难以满足日常生产的高可靠性、良好的控制性能。针对这些，提出了对改造循环水控制系统的方案，即上位工控机+可编程控制器+监控软件，本文介绍了这种以组态王和S7-300 PLC结合构建的生产控制系统。

一、系统介绍

循环水自动控制系统主要由上位监控系统、通讯网络、下位PLC控制站和现场仪表组成。整个控制系统网络结构如图1所示。

图1

图1主要由三部分组成，最上面部分是上位工控机，采用的是DELL工控机，通过两台操作员站对循环水系统进行监视和操作，两台操作站既能同时使用又能互为备用；中间是TCP/IP网络，采用网络站点方式通过局域网络进行通讯，实现数据共享；下面部分是下位机，下位使用的西门子公司的S7-300PLC，PLC与组态软件通过MPI网络进行通讯。

二、选型及配置

系统采用DELL计算机和S7-300 PLC组成上下两级控制系统，通过西门子的MPI通讯接口实现上位机工程师站和PLC之间的数据通讯，工程师站与操作站之间通过网络站点方式进行通讯。

下位机负责从现场采集流量、压力、温度等信号，然后通过通讯电缆传送到上位监控系统，并将控制系统或联锁信号回馈给现场。PLC的中央处理单元选用了CPU312，电源模块选用PS307 5A。根据现场仪表信号数量要求选用了1个数字量输入模块SM321 DI32×DC 24V，1个数字量输出模块SM322 DO32×24V/0.5A，5个模拟量输入模块SM331 AI8×12Bit，1个模拟量输出模块SM332 AO8×12Bit。整套系统出了的现场信号点和使用模块统计如表1所示。

表1

（一）控制系统要求

整个控制系统包括了模拟量输入采集过程，两个自控回路和五个联锁回路，PLC采集到现场的数据后，通过运算后向现场发送控制信号和联锁信号。现场仪表采集到数据后送给PLC，然后再传输到上位机进行监控，工艺人员可以准确的掌握整个系统的运行情况，及时对异常情况进行干预。两台操作员站中一台兼工程师站，直接与下位PLC进行通讯，可以对PLC进行编程、修改以及对人机界面软件进行设置和修改，并作为另一台操作站的服务器，两台操作站通过网络站点进行连接。

（二）控制系统组态

整个系统包含了34个模拟量输入信号，2个模拟量输出信号，2个数字量输入信号，3个输出信号。系统编程采用了西门子公司为用户提供的STEP7编程软件，可以用标准语言梯形图（LAD）、语句表（STL）、功能块（FBD）创建S7程序。本系统采用的直观可视的梯形图（LAD）编程方式，创建的程序机构如下表2所示：

表2

（1）风机联锁程序例程如下图2所示：

图2

在风机联锁程序中，现场热阻将风机油温转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为PLC可识别的数字量，然后将数据块DB中的数据与联锁值进行比较，比较的结果送到输出端口Q中去，控制继电器的状态，达到风机联锁的目的。

（2）模拟量输入处理例程如下图3所示：

图3

（3）PID控制例程如下图4

图4

PID调节采用了STEP7编程软件的标准库里的PID控制块，PLC将系统给定的值与反馈回来的值进行比较并经过比例、积分和微分运算处理后，将信号送到现场调节阀，控制现场的调节阀。

三、组态软件编程

上位机可以监视受控设备的运行工况，也可以向下位机发送各种指令，它提供了一个普通操作人员能接受的直观的操作平台。上位组态软件选择了组态王6.53对整个系统进行监控，组态王6.53是在组态王6.0X系列版本之上，采用先进软件开发模式和流程，开发的一款功能强大的组态软件。上位监控系统是开放灵活的系统，它可以对控制系统进行监测和控制，具有动态画面显示、报警显示、报表输出和数据存储等功能。同时它能够在计算机终端上显示现场设备的实时状态和运行参数。

（一）系统中组态王与PLC之间的通讯。在西门子的通讯协议中有个MPI网络，特别适合小型化、少点数的控制系统使用，而且MPI接口是CPU的自带接口，因此MPI网络的使用可谓经济实惠。

1、西门子S7-300 PLC设置。单击“开始”菜单，然后单击“控制面板”，然后双击“设置PG/PC接口”，选中“PC Adapter（MPI）”，单击“属性”，出现PC Adapter（MPI）属性对话框，其设置如下：单击“MPI”，设置地址为0，超时未30s，传输率为187.5kbps，最高站地址为31；然后单击“本地连接”，设置连接到为USB。最后，单击确定，PLC部分设置完成。如下图5所示：

图5

水循环原理（精选8篇） 篇四

关键词：循环水 节能减排 技术改造

中原化工有限公司始建于20世纪80年代，由于当时条件所限及国家政策、法律要求不高，公司循环水直接排放，不但浪费了资源、能源，也增加了排污，污染了环境。为改变这种局面，根据国家有关要求，公司成立技术攻关小组，组织人员进行技术攻关，通过对合成车间、反应车间、锅炉车间等有循环水的所有车间进行深入分析、科学论证，制定技术改造方案，对循环水系统进行了彻底、科学、合理的改造。实践证明技改方案具有效果显著、投资省、可延长循环水循环周期2到3倍。通过技术改造既产生了较好的经济效益，也产生了较好的环境效益、社会效益。

一、循环水运行现状情况

中原化工有限公司是一家综合性化工企业，主要由尿素、甲醇等生产合成车间组成，配套一台70吨燃煤锅炉，锅炉采用湿法除尘。本次改造研究把合成氨车间冷却用水、氮肥车间冷却用水、造粒车间冷却用水、锅炉车间脱硫除尘废水、合成醛类冷却用水、原料脱氮脱硫冷却循环水、产品精馏车间冷却循环水等循环用水分别采取各自闭路循环。把各路循环后外排的污水进行研究分析，按含有的不同成分进行分类收集，设定统一处理目标，根据各自的特点采取不同的收集处理方式。水质具有独立特性的单独收集单独处理，水质具有相近、相似或相同特性在处理方式上又具有相同要求的集中收集、集中处理，处理合格后再循环利用。对锅炉车间脱硫、除尘冷却水、造粒车间冷却用水、原料脱氮、脱硫车间冷却循环水等相对纯度较高，含各种杂质及各种有机污染物、无机污染物较少的循环水可将其直接通入3#尿素循环水。根据不同性质的冷却水确定不同的去向，分类施策，分别利用，从而达到降低成本，节约能源、资源，减少对环境污染的效果。

（一）循环水补充水水源

中原化工有限公司将循环水作为补水水源主要有以下几种情况。

经过反渗透法处理后水的特点。经反渗透处理过的水，其中的无机污染物、有机污染物含量都较低，养分较少，不利于微生物、细菌、藻类的生长繁殖，长期使用反渗透法处理后的水，可有效降低设备的结垢率及污泥产生率。目前中原化工有限公司有四套反渗透装置，充分发挥四套反渗透装置的处理能力，可有效减轻脱盐装置的负荷，交换树脂的使用量及树脂复活剂的使用量都大幅度减少，反渗透法水的使用不但节约了成本也降低了污染物的排放。

用一次性水作为补充水水源。一次性水也可作为补充水，但是一次性水的缺点是水中含有的有机污染物、无机污染物、微生物都较高，如果作为补充水使用它的优点是水源充足、费用低，缺点是水的质量较差，若长期使用会使循环水中的无机离子含量增加较快，循环水质变化快，对设备影响大。因此该水不能作为长期大量补水的水源，所以只有当一次性水中各项有机、无机指标含量低时，才益补充一次性水。

将循环排放水终端排放水作为补充水水源。终端水是各套循环水的排放水，若不利用将排入外环境，浪费资源，污染环境，被视为污水，因此水的质量较差，浊度、无机盐分、其他有机污染物物及微生物都较多，是必需经过二次处理方可使用的水。该水处理主要采用物理法、物理化学法、化学法及生物化学法，沉淀环节等进行处理，经分析各项指标达到要求后方可进入循环水系统，参与再循环，如果将处理不达标的终端水补入循环水系统，将使循环水受到污染，恶化循环水水质，影响设备的工作效率及使用寿命。

（二）设备表面结垢、腐蚀、微生物藻类生长问题

各系统循环水的主要作用是降低设备的温度，使其保持恒定，保证设备处于最佳工作状态。而循环水散热的方式有以下几种，一是通过循环水与空气接触传导散热；二是通过水分蒸发带走热量散热。其散热过程循环水与大气密切接触，特别是在工业区与受污染的空气接触，使大气中的污染成分溶解在循环水中，使循环水的有机污染物、无机污染物浓度升高，水质发生变化。另外水分蒸发散热使循环水中的水变为水蒸气散发，进一步使水中的污染物浓缩、浓度升高。这样产生的后果是设备表面容易结垢，同时对设备产生一定的腐蚀作用。微生物及藻类大量繁殖，使循环水中的粘泥量增加，粘泥沉淀设备表面，影响设备散热，长时间沉积会导致管道堵塞，最终影响设备正常工作，功率下降，效率降低，甚者会影响生产。同时循环水的循环周期明显缩短，也增加对设备的清洗次数，导致成本增加，清洗产生的污染物污染环境。

二、处理方案

（一）补充水的预处理

一次水通过反渗透装置降低水中盐分、微生物以及有机物等其他物质的含量，采用反渗透装置处理的水，补入循环水后可保持循环水水质不会短时间恶化，使循环冷却水的使用周期明显延长。减少循环水的补充，降低了用水成本，减少污染物排放。但反渗透水处理费用相对较高。各循环环系的排放水叫终端水，其特点是其中含有污染成分复杂浓度较高，必须经过有效处理达标后方可使用。具体措施是用泵把污水打入加药池加药混合，使终端水与药剂密切接触、充分反应，停留一定时间后循环水中的颗粒物充分凝结，然后流入沉降池，把大颗粒固体沉降下来后流入清水池备用。稳定后的循环水浊度基本保持在30-40NTU，进口出口浊度最少能降50NTU，可以充分满足再循环的要求。

（二）循环水处理

随着循环水冷却水循环次数的增加，水中的有机污染物、无机污染物、微生物、藻类等杂质增加，浓度也会相应升高，极易沉积、结垢、堵塞，必须进行相应处理，否则不宜使用。中原化工有限公司采用缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂来控制设备的结垢、腐蚀以及菌藻繁殖，解决了浮着结垢及沉积堵塞问题。

缓蚀剂可以在金属表面形成一层保护膜，减少设备与有害物质的接触，有效阻止电子学腐蚀的进行，延缓腐蚀进度，提高设备使用寿命。

（三）增加旁滤设备

中原化工有限公司在系统中增加旁滤设备，辅助解决循环水浊度问题，通过旁滤设备的进一步调节与处理，使循环水系统长时间运行下的浊度变化不大，进出口浊度差在20-50NTU，保证循环水水质控制在指标内，确保系统运行正常、稳定。

（四）水的分类、分级使用

通过调查、研究、分析对水的分类、分级使用，主要从以下三个方面。一是油水分离，可防止含油废水再次污染不含油的废水。集中回收废水中的油，通过油回收装置进行氧化（酸化）沉淀、过滤，达到油标准重新使用，变废为宝，既降低成本，又减少污染。二是污水雨水分离，特别是初期雨水，落到地面冲洗地面，将地面的泥沙、杂质冲入雨水中，增加水的浑浊度，同时还将一些有机污染物如COD、BOD、石油类、SS物、生活垃圾中的微生物等溶入雨水中，对水质产生不良影响，必须对其单独收集，做到雨水分离。另外雨水数量不易控制，若不单独收集，当雨量大时会出现较大的设备冲击力，增加水负荷。三是水分级使用，尿素车间、脱碳车间设备标准高，对循环水影响较小，循环水质较好，当需补充循环水时，主要补充水质稳定、质量较好的反渗透水。甲醇车间、合成车间对循环水要求不高，对循环系统主要补充经处理过的终端水。

（五）加装过滤装置

该公司采用化学办法，用絮凝剂快速中和、处理水中胶体颗粒表面的负电荷，又能在粒子间起吸附作用，从而产生大颗粒絮凝物析出，再用助凝剂加大絮凝物颗粒直径，使其便于沉淀，减低水的浊度。该方法受水流速度的影响较大，当水流速度较慢时颗粒物易于沉降浊度降低，当水流速度较快时效果较差，为了解决速度快时的沉降问题，还需加装过滤装置，彻底解决沉降问题。

（六）去除水中盐分

如何去除水中盐分，应用较广的方法有三种。即电渗析法，反渗透法，离子交换法。

一是离子交换法的特点。离子交换法系统相对复杂，需要建立相应的软件设施，并且需要定期对离子交换树脂进行再生，消耗大量的酸、碱，投资费用与运行费用都较高，产污量较大。

二是反渗透法处理循环水的特点。利用反渗透法处理循环水，解决水中的盐分问题，特点是投资费用高但运行费用低。

三是电渗析法处理循环水的特点。电渗析法对原水的水质要求不高，设施简单，投资费用较低。电渗析的耗电量与原水含盐量密切相关，当原水中盐量高时用电量就高，成正比关系，含盐量在400-3500mg/L。采用电渗法，必须配以精密过滤系统去除悬浮物然后经电渗析除盐，只有密切配合才能较好地降低水中的含盐量，使之达到循环水补水水质的要求。

（七）沉淀污泥定期清掘

一般小型污水处理都设置重力浓缩池，经浓缩后的污泥集中到附近大型污水处理厂或污泥塘处理；除此之外还可以用污泥干化床，这种方式用于气候适宜，冬季不结冰的地区（冬季不适宜我公司使用），干化后的污泥用作农肥或填埋；也可以把污泥汇于污泥塘内，经长时间静置沉淀后，上清液回流至水处理系统，沉淀污泥定期清掘后造肥或填埋。

三、污水零排放

随着经济的壮大与发展，环境问题、资源问题也日益突出，循环经济、绿色经济理念正深入人心，环境问题是急需解决的重要问题之一。氮肥生产污水零排放项目会越来越多地在氮肥企业中推广，而如何治理好循环水，把握好循环水利用、处理的每个环节，达到使产污最小化，再利用最大化的效果，是做到零排放的重要因素。是循环水持续有效的再循环，不排向外环境，就能实现零排放无污染，公司就有可能实现经济效益与环境效益的最大化。

我公司通过对循环水再利用的调查、分析及处理技术的研究与应用，有效地解决了公司的资源、能源利用、污染物排放等实际问题，产生了较好的经济效益、环境效益及社会效益，为零排放奠定了基础，为同行提供了借鉴。

参考文献：

[1] 伦纳德・奥托兰诺著。环境管理与影响评价[M].北京：化学工业出版社，2004：95- 98.

[2] 赵军，杨凯等。上海城市河流生态系统服务的支付意愿[J].环境科学，2005（2）.

水循环原理（精选8篇） 篇五

二、知能构建（图1）

三、图表剖析

1.水循环示意图（图2）

该图关键点：①水之所以循环，其内因是水的固、液、气三相变化，外因是太阳能和重力能。②在三种水循环类型中，海陆间循环包括的环节多，涉及范围大，下垫面复杂（包括海洋和陆地），因而又被称为大循环，是水循环最重要的类型；海上内循环携带的水量最多，大约是海陆间水循环的10倍；陆上内循环补充陆地水的量很少。③外流区域，既有海陆间大循环，又有陆上内循环；在内流区域，主要是陆上内循环。④水循环使陆地水资源不断更新，促使地表物质迁移和能量交换，影响全球的气候和生态，塑造地表形态，即水循环具有平衡更新、迁移交换、联系调节、影响塑造的作用。⑤水是循环的，但一个区域的水资源是有限的， 其循环更新的速度也是有限的， 因此一个区域的水资源并不是“取之不尽，用之不竭”的。

2.陆地水体相互关系图（图3）

从图中看，陆地上的水体主要有大气降水、冰川、积雪、湖泊水、河流水、地下水。陆地上水体的相互关系是指陆地水体之间的运动转化及其水源补给关系。从水源补给看，大气降水（雨水）是陆地各类水体最主要的补给来源。当降水历时长、强度小，地表起伏小，土质疏松，植被覆盖率高时，大气降水有利于转化为地下水。

冰川对河流及其它陆地水体的补给是单向的；而河流水、湖泊水及地下水之间具有双向补给关系，如图4所示。但有些河流水与地下水之间并不存在双向补给关系，如黄河下游及长江荆江段因其为“地上河”，只存在河流水补给地下水的情况。

3.河流流量过程曲线图

河流流量过程曲线图是高考试题中经常出现的图型，横坐标代表时间（月份），纵坐标代表河流径流量。根据河流流量过程曲线反映的主要内容，如流量大小及季节变化、汛期出现的时间和长短、枯水期出现的时间和长短等综合分析，可得知：图5河流径流量随雨量变化，补给类型主要为大气降水，降水是河流最重要、最普遍的补给形式，在我国以东部季风区最为典型。图6河流春汛与气温有关，为季节性积雪融水补给，此类河流在我国主要分布在东北地区。图7河流径流量与气温有关，为冰雪融水（冰川和永久性积雪融水）补给，在我国主要分布在西北和青藏高原地区。图8河流径流量全年稳定，为地下水或湖泊水补给；湖泊水对河流水往往有调蓄作用，地下水对河流水的补给较普遍、稳定。

四、技巧点拨

1.人类活动对水循环影响的分析

①对地表径流的改变（最主要的影响方式）：人类引河湖水灌溉、修建水库、跨流域调水、填河改陆、围湖造田等一系列针对河流、湖泊的活动，极大改变了地表径流的自然分布状态；②影响地下径流：人类开发利用地下水、改变下渗以及局部地区的地下工程建设都不可避免地影响地下径流，例如城市建设中通过增加绿地面积、铺设渗水砖、建设雨水花园等措施来控制雨洪和利用雨水；③影响局部地区大气降水，如人工降雨；④影响蒸发，如植树造林、修建水库可增加局部地区的水汽供应量，地膜覆盖可减少农田的水分蒸发。

2.河流水文特征的描述及分析

掌握河流的水文特征要把握“五大特征（流量、水位、汛期、含沙量、结冰期）和五大成因（地形、气候、植被、土壤、人类活动）”。

①流量，大小主要取决于河流的补给量与流域面积的大小，变化主要取决于补给方式。②汛期（水位），包括丰水期、枯水期的时间、汛期长短等，主要与补给方式和河道特征有关。河流流量相同的情况下，河道的宽窄、深浅影响水位的高低。③含沙量，与流域内植被状况、地形坡度、地面物质结构及降水强度等有关。一般来说，坡度越大、物质越疏松、植被覆盖越差、降水强度越大，河流含沙量就越大。④结冰期，用有或无、长或短来描述，取决于冬季气温的高低。冬季气温在0℃以下、从低纬流向高纬的河段，可能发生凌汛。

同时还要注意几点：一是水文特征与水系特征的区别，水系特征主要包括河流的源地、流向、长度、落差、支流（多少、形状）、流域面积、河道特征（宽窄、深浅、曲直）等；二是季节变化和年际变化的区别，如我国西部地区的河流流量季节变化大，但年际变化小；三是分析径流变化的原因时注意时间限制条件，几十年和几年的变化原因可能不同，“几十年”还可能有气候变化的原因。

3.水资源问题的分析

①水资源利用的突出问题。即水资源短缺问题，应从“供求”关系分析，如图9所示。

②水资源持续利用的措施。从两方面分析：一是开源措施（合理开发和提取地下水；修筑水库，调节水资源的季节分配；开渠引水，调节水资源的空间分布；海水淡化、人工增雨等），二是节流措施（加强宣传教育，提高节水意识；改进农业灌溉措施；提高工业用水的效率等）。

五、典题精练

（2016年全国Ⅲ卷）图10所示山地为甲、乙两条河流的分水岭，由透水和不透水岩层相间构成。在生态文明建设过程中，该山地被破坏的森林植被得以恢复，随之河流径流量发生了变化，河流径流的年内波动也减缓了。据此完成1～3题。

（1）森林植被遭破坏后，河流径流量年内波动强烈，是由于：

A.降水更多转化为地下水

B.降水更多转化为坡面径流

C.降水变率增大

D.河道淤积

（2）森林植被恢复后，该山地的：

①降水量增加 ②坡面径流增加 ③蒸发（腾）量增加 ④地下径流增加

A.①② B.②③ C.③④ D.①④

（3）如果降水最终主要转化为河流径流，那么森林植被恢复后，甲、乙两条河流径流量发生的变化是：

A.甲增加，乙减少，总量增加

B.甲减少，乙增加，总量增加

C.甲增加，乙减少，总量减少

D.甲减少，乙增加，总量减少

解析：该题组以近年来的热点话题“生态文明建设”为背景，考查人类活动对水循环的影响，进而考查对河流水文特征的影响。理解植被覆盖率的高低对水循环环节（下渗、蒸发、地表径流等）的影响是正确解答该题的关键。森林植被破坏后，蒸发和蒸腾减弱，下渗减少，地下径流减少，坡面上的地表径流增加，则河流径流量增大。森林植被恢复后，则相反。图中由于透水岩层向乙河倾斜，森林植被恢复后，雨水下渗到透水岩层后，随倾斜岩层汇入乙河，乙河径流量增加。参考答案分别为B、C、D。

【拓展深化】该题组涉及的知识点“植被在水循环中的作用”及“人类活动对水循环的影响”是高频考点，需熟练掌握。

水循环原理（精选8篇） 篇六

关键词：城市水循环经济

一、城市水循环提出的重要性

水是社会经济建设与发展的基础性、战略性资源。但是，近年由于人们多注重水资源的经济性，忽略其循环的自然规律和健康性，导致水资源短缺、水环境恶化等一系列问题，这些问题的出现严重制约了社会经济的持续健康发展。21世纪是协调人口、资源、环境与发展的世纪，人类社会只有建立起物质循环型的城市才能持续发展。张杰院士认为，社会用水的健康循环是循环型社会的基础，通过实现健康水循环，可以使水的社会小循环与自然大循环相辅相成、协调发展，实现人与自然和谐发展，维系良好的水环境。

城市是人类生存环境给自然系统所加的最重负担。城市水生态环境是一个建立在自然环境之上的高度人工化的环境，既具有自然环境的复杂性、易变性、难于恢复性，还具有人工环境独有的人类活动主导性，易受外界干扰性的开放性，输入输出不均衡性。城市化的进展直接或间接地改变着水环境，影响城市居民的生活质量和社会福利。据预测，到2024年我国城市化水平将达到50%左右。为此，必须深刻地研究城市化对城市水循环要素的影响，采取科学的对策，健全城市水循环系统，提高城市水资源承载能力和水环境容量，促进城市的可持续发展。在加快城市化进程的同时，需处理好城市水循环与城市发展的关系，搞好城市水资源开发及保护以确保城市化进程的顺利进行。

循环经济具有减量化、再利用、再循环三大操作原则，即3R原则。减量化属于输人端方法，旨在减少进入生产和消费过程中物质和能源的流量；再利用属于过程性方法，目的是延长产品和服务的时间强度；再循环属于输出端方法，要求物品完成使用功能后重新变成再生资源。实现水资源可持续利用和城市水循环也要遵循这三个原则。水循环经济是指运用自然生态系统中水循环运动规律重构水经济系统，使水社会循环能和谐地纳入自然生态系统的水循环过程中，形成健康的社会水循环，建立一种新形态的水闭路循环流动性经济。其内涵是要实现水资源的可持续利用，建立水循环经济性的社会。把经济社会建立在水资源循环利用的基础上，改变过去水资源——使用消费——污水排放的单向流动的线性经济；变成水资源——使用消费——污水再生处理——水再循环，形成水资源在经济——社会——环境复合生态系统中的往复循环流动的闭路循环经济。

二、影响城市水循环的因素

（一）人口规模的增大对城市水循环造成影响

人口规模的扩大对用水需求的影响体现在两个方面：一是直接影响。人类饮用、清洁都需要淡水资源，人口增加首先增加的是生活用水，这一用水量的增加基本上与人口同比例增加。而且，伴随人们生活水平的提高，人均生活用水量的增加可能会快于人口增加的速度。二是间接影响。现代社会人口的增加往往还伴随着技术的进步和产业的发展，无论工业、农业还是服务业，其规模的增长都会导致用水量的增加。不过，这种规律只反映了人类发展的一般进程，具体到一个地区，鉴于不同产业对水资源消耗量的差异，地区产业结构调整的方向会对间接用水产生较大的影响。在特定地域、特定阶段，因人口规模扩大导致的产业发展进而造成的用水需求变动的方向是不确定的。

在水资源供给方面，北京市水务局数据显示，北京水资源由两部分构成：一是本地区降雨形成的水量；二是上游入境水量。北京市水资源公报显示，北京多年平均降水总量98亿立方米，蒸发约60亿立方米，形成总量约为37.4亿立方米的水资源；北京多年平均入境水量16.1亿立方米，二者合计53.5亿立方米。实际上，北京平均每年可以利用的地表水总量仅约为14亿立方米，加上25.6亿立方米地下水，共计约40亿立方米。

在水资源需求方面，北京每年生产生活用水总量约为34.5亿立方米（2006年全市总用水量为34.3亿平方米，2007年为34.8亿平方米，2008年为35.1亿平方米），40亿立方米供给，34.5亿立方米需求，北京的水似乎够用。但近年来北京降水量明显减少，入境水量也连续9年减少，从10亿立方米逐年下降到7亿立方米，与常年平均数据16.1亿立方米相差甚远。供给方面，北京可利用水资源往往不足40亿立方米；需求方面，随着大量外来人员涌入北京，用水量也在随着增加，导致北京地表水流出量少于流入量，以及地下水逐年减少。为解决水资源短缺问题，北京市采取了大量行之有效的措施，农业用水、工业用水都有所下降。但就目前情况来看，节水空间已经非常有限。况且，人口扩张，工业、服务业等生产用水也会随之增加。同时，随着公众对生态环境要求提高，生态用水也应当得到足够保证。就目前形势，一旦北京遇上连续干旱，情况就很危急。

（二）城市化的发展对水资源循环利用的影响

随着城市的快速发展，居民的生活及工作环境在很大程度上得到了改善。但是随之出现的是城市大面积的天然植被和土壤被街道、工厂、住宅等建筑物所代替，使下面的不透水面积增大，从而减少了降水的渗入量。城市化形成了新的人工地貌，改变了自然区域的蒸发条件。在城市化条件下，蒸发的变化相当复杂。城市较大的受热量造成了蒸发能力提高，然而城市水文循环的短路化使城区可供蒸发的水量较少。城市化前，蒸发量占40%，地面径流量占10%，入渗地下水占50%；城市化后，蒸发量占25%，地面径流占30%，屋顶径流占13%，入渗地下水占32%。下垫面的变化已经在很大程度上改变了城市区域水循环途径，对涵养城市水源产生了不利影响。城市化的主要特点之一是城市人口、产业的集中和快速发展，从而城市化水平的提高导致了城市需水量的迅速增长，而水又作为运输媒介搬运工业和生活废物排入水环境，因此在某种程度上讲，如不能辩证地处理城市水资源开发、保护与城市发展的关系，城市化将会出现资源型缺水和污染型缺水并存。

（三）生活污水对城市水循环的影响

城市污水主要来源于工业废水与生活污水。传统的污水管理模式业已导致我国90％以上的城市水域遭到污染。目前，我国城市污水在以每年6.5％的速度增加，预计到2024年城市污水产生量将达到600亿吨以上。因此，必须加速我国城市污水管理模式的转变。工业废水资源化理念是对传统工业废水末端治理的革命，是工业废水治理的新方向；而城市生活污水的处理则可考虑变集中处理为分散处理，分散处理的主要场所可设在居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统将生活、生产污水处理之后再次使用，从而节约大量的日常用水。经过处理的回用中水，可用于冲厕、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。污水资源化应是我国21世纪城市水循环经济发展的着眼点，目前需要大力研究污水处理技术和提高污水资源化的应用水平。所谓污水资源化，即将污水视为一种资源，通过各种处理技术，使其净化达到某种用水标准，从而实现大部分净化水的循环再利用，同时减少污水排放对环境造成的不良影响。在解决水资源短缺的对策中，应当将节水和污水资源化放到首位。通过节水，可以减少不必要的浪费，通过实施污水资源化，实现水资源的重复利用，从而缓解水资源紧张问题。污水资源化是解决我国水资源短缺的必由之路。三、实现城市的良性水循环

（一）改善城市下垫面状况，涵养水源

城市下垫面状况直接影响到降水的入渗及其对地下水的补给，增加城市下垫面的透水性，可以改善城市水自然循环的条件，涵养水源。对于城市来讲，应尽量减少不透水面积，降低污染，如在人行道和停车场等地应采用多孔地面和草皮砖充分利用降水，增加人类可用量来促使水形成良性循环。加强对科技投入的力度，加速科技产业化进程。科技进步对水资源的可持续利用起到关键性作用。政府部门应引导和鼓励企业对科技的投入，推进科技产业化进程。采用新型建筑材料，建设透水型人行道，增加雨水入渗量。采用各种雨水渗透设施间接利用，削减城市雨洪径流、减轻城市热岛效应和污染，主要通过透水地、渗透沟、渗透管、渗透槽、渗透池等加大对雨水的就地下渗量，让雨水回灌地下，减少水涝、海水倒灌和缓减地面沉降等城市问题。

（二）着力发展污水处理行业

水资源是自然界不可替代但可再生的资源，在人类开发利用水资源的同时，只要遵循其自然循环的规律，地球上有限的淡水资源就能够为人类重复地、永续地利用。因此，需对排入自然界的污水进行深度处理，将排污量控制在水环境纳污能力以内，以保证水资源能够持续地健康循环。我国需加大城市污水处理的深度及力度，保护水资源环境，为城市水健康循环创造客观条件。另一方面，经深度处理后的污水可根据用水户对水质的不同要求，进行重复利用。城市污水是城市稳定的淡水资源，污水的再生利用既减少了对新水的需求量，又减少了污水排放对水环境的污染，同时有利于污水处理产业的发展，它是城市水健康循环的有效措施。目前，我国城市污水的回用率还很低，西方发达国家已经有了许多成功的实例。据报道，美国自上世纪50年代起即开始着手这方面的工作，美国357个城市实现了污水回用，其中回用于农业占53%，回用于工业占40.5%。日本早在1962年就开始污水回用的实践，70年代东京、名古屋和大阪等城市就已将城市污水处理后回用于工业。国外在城市污水回用方面发展很快，美国2000年污水回用率高达72%，日本1995年污水回用率为77.2%

积极扶植城市污水处理

行业的发展，在现有的经济技术水平条件下，加大人力、物力在污水处理技术上的投入，控制水污染，这是发展水循环经济的基础。对城市污水处理行业的扶持，包括资金和技术的支持。政府要大力支持污水处理厂继续研发新的污水处理工艺，不断提高污水处理水平。同时，注意降低污水处理成本。政府也要给污水处理行业一些减免税的优惠政策，如较合理的低价格的电价，污水处理费要按照排出废水的水量和水质实行综合指标计费和收费等。

（三）扶持循环再利用水处理技术行业

由于市场对循环再利用水处理新技术的认可度较低，且新兴行业往往投资风险较大，人们是否接受循环再制水，都有一个认识过程。为了尽快实现水资源循环再利用，政府可以筹资建设示范工程，授权经营，在示范工程的运行过程中积累经验，检验新技术并用于宣传教育，提高对水资源的稀缺性、节水必要性、循环再利用等的认识，为培育循环水市场创造条件。同时，制定和完善有效的城市循环水开发和利用的优惠政策。如税收优惠、循环水项目的财政投入和补贴政策等，鼓励城市高层建筑、办公场所、社区内部、娱乐场所、运动场地及绿地浇灌等进行循环水利用以及工厂内部的循环水利用，有关部门还应出台明确的强制性政策推动循环水的利用。

（四）努力拓宽城市再生水的利用渠道

要大力推行城市清洁生产管理。清洁生产是指对产品和生产过程持续运用整体预防的环境保护战略，清洁生产是要引起全社会对工业产品生产及使用全过程对环境影响的关注，使污染物产生量、流失量和治理量达到最小，资源充分利用是一种积极、主动的态度。清洁生产具有巨大的节水潜力，近年来世界各国大力推广清洁生产，广泛循环利用经过处理的工业废水。目前，我国工业废水的重复利用率已经达到70％以上，但与世界先进水平(90％-95％)相比，还有不小的差距。根据我国目前的工业用水效率预计，到2024年我国工业的年用水量将由现在的1100亿m3增加到2000亿m3，用水量增加约1倍。因此，必须重视工业用水过程的研究，多角度地选择清洁生产模式，改进工艺和流程，进一步提高多次重复循环用水，提高用水的效率。

（五）建立健全与市场经济体制相适应的水价体制

依据水资源的价值，合理的水价应该从自然水价值、可供利用的水的价值和已利用过的水的价值等方面来决定。其中，自然水的价值决定水资源费、可供利用的水的价值决定供水成本，已利用过的水的价值决定污水处理费，这三者共同构成了能够反映水资源稀缺性的水价。水资源费体现水资源的稀缺性，它是为防止水资源的滥用而使水资源使用者付出代价的货币表现；供水价格是通过具体的或抽象的物化劳动把资源水变成产品水，进入市场成为商品水所花费的代价，包括建设工程费、管理运行费和其他费用的代价；污水处理费是指经使用水体排出用户范围后污染了他人和公共的水环境，为污染治理和水环境保护所需要的代价，也是为达到某种水质标准而付出的水环境经济补偿。应尽快通过市场机制形成合理水价，同时，根据水资源稀缺的供求情况，尽快制定出反映水资源供给和需求状况的价格政策，发挥价格机制对水资源配置的调节作用。

（六）加大宣传力度，提高节水意识

无论从水量的角度还是从水质的角度来说，水都是任何生态系统不可缺少的一部分，水量的减少和水质的下降都将对生态系统产生严重的负面影响。因此，必须加大宣传力度，使人们认识到水不仅具有经济价值，而且具有社会和环境价值，使广大公民树立正确的用水观念，掌握科学的用水知识，改变落后的用水习惯。在水资源的开发利用过程中必须考虑环境的需要，坚持开源、节流与治污并重，节流优先的原则，提高人们的节水意识。

水资源是社会经济发展不可替代的基础性、战略性资源，城市的发展必须有足够(水量与水质)的水资源作为支撑。在加快城市化进程的过程中，应遵循城市水循环的规律，完善管理体制，合理开发利用水资源，提高水的利用效率及效益，加大污水的深度处理及回用，真正做到城市水务一体化管理，使水资源的可再生性得以体现，建立起城市水健康循环，促进城市水资源的可持续利用，达到人与水的和谐发展，从而促进整个社会的和谐发展。

控制人口过度集聚增长，建设组群式城市结构，既能减少集中开采与需水压力，又能减少生活污水的排放量，从而减轻对水资源环境的过度开发和污染。在控制人口的同时，调整优化经济结构和产业布局，大力压缩耗水量大、污染重的产业，严格限制高耗水型工业项目的开发，强化源头和过程控制，推行清洁生产，提倡发展节水型产业。

参考文献

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[3] 许向君，汪中华。关于建立城市水健康循环的研究[J].山东

农业大学学报，2006．

[4] 陆静超，袁一星。循环经济下的城市水循环[J].给水排水，2007．

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经济，2009．

[6] 赵慧英，北京市水资源与人口规模关系探析[J]，中国城市经

济，2008．

水循环原理（精选8篇） 篇七

图1为四大圈层间的主要水分循环示意图。其中甲、乙、丙、丁代表四大圈层，箭头代表水循环环节。读图回答1～2题。

1.图中甲圈层是：

A.水圈 B.生物圈 C.岩石圈 D.大气圈

2.联系丙、丁圈层的主要水循环环节是：

①蒸发 ②降水 ③径流输送 ④下渗 ⑤吸收

A.①② B.②③ C.③④ D.④⑤

图2是“南半球某条河流上游水文站和下游水文站测得的径流量随季节变化曲线图”。读图回答3～4题。

3.从图中可看出河流上游和下游最主要的补给水源分别是：

A.雨水、雨水 B.湖泊水、高山冰雪融水

C.高山冰雪融水、雨水 D.季节性积雪融水、雨水

4.下列关于该流域湖泊、河流的叙述，正确的是：

A.夏季湖泊补给河流，冬季河流补给湖泊

B.河湖水不参与陆上内循环

C.河流汛期主要出现在夏季

D.河流有结冰期

二、综合题

5.阅读图文材料，回答下列问题。

材料：2016年3月22～28日是第29届“中国水周”，某校研究性学习小组的同学们对学校所在地区的水资源状况进行调查研究。通过走访及实地调查，发现随着山区森林植被的恢复和退耕还湖等生态工程建设，枯水期河流下游断流的现象近乎消失。图3是目前该地区主要水系图，图4是该地区的月平均气温变化曲线和降水量柱状图。

（1）比较河流M与N水文特征的差异。

（2）森林植被恢复前，该地区某些河段常在枯水期断流，断流主要是枯水期地下水不再补给河水的缘故。试分析图中某些河段枯水期断流的原因。

（3）相同降水条件下，目前M附近水文站测得的洪峰值比多年前低且洪峰点后移。主要原因是什么？

（4）指出山区植被恢复、退耕还湖等生态建设，对该地区经济发展的积极意义。

水循环原理（精选8篇） 篇八

关键词：水泥工业；协同处理；废弃物（垃圾）重组化；系统化技术

引言

在2005年第4期的《关注循环经济》一文中，本人对什么是循环经济、生活垃圾和工业垃圾、节能和冶金、石化行业及系统化技术和自动化技术几点作了初步的分析，回顾了1972年斯德哥尔摩联合国第一次人类环境会议、1987年联合国环境与发展委员会的《我们共同的未来》长篇报告、1992年里约热内卢联合国环境与发展大会、2005年2月“京都议定书”（控制全球温室效应）等国际活动，指出我国把可持续发展观作为基本国策等，并且对我国近年来的经济发展，特别是对资源的需求进行了分析，列出中国资源消耗占全球总消耗的比重，指出我们要节约资源、节约能源、实现资源再利用的迫切性；并列举了中央历届首长都提到要发展循环经济等等。目前循环经济已列入了“十一五”发展规划。

循环经济是一种新的经济增长方式：以资源的高效利用和循环利用为着力点，逐步遏制环境污染和生态恶化的趋势，实现全面建设小康社会的目标，具体有3R原则：Reduce（减量，资源消耗减量化）,Resure（再使用，资源再利用），Recycle（再循环，资源再生化），另外还提出了Remanufacture（再制造）和EPR（生产者责任延伸制度、排放者责任）等。

在机械制造业、发电厂、冶金、石化行业实行循环经济，“一论”中已指出再制造、发电设备大型化、清洁生产等方向，这可以看出要从工艺着手，系统化技术和自动化技术与之配合，才能使循环经济达到更高水平，才能扭转高消耗、高污染、低产出的状况，才能使循环经济集约化。先进工艺和自动化技术是互相依存的关系，但作为自动化的从业人员，应该树立为工艺生产服务的思想，我们要学习工艺、了解工艺，正如Astrom所说，掌握生产过程特性等工艺知识越多，则设计的控制系统就越好。本文将结合建材工业中主要材质水泥的生产工艺的发展与循环经济的关系进行分析。对于自动化的从业人员来说，就算是一种对工艺的学习了解吧！并从而举一反三，了解循环经济与许多行业的关系。

1水泥工业与循环经济

（1）水泥工业的发展现状

在“一论”中表1“中国的资源消耗占全球总消耗的比重”里指出，这些年发展最快的钢铁占全球总消耗的26.7%，而水泥独占鳌头，占全球总消耗的48.3%，这是2003年的情况。我国2005年水泥产量为10.64亿吨，比2004年增长9.7%，占世界水泥产量50%以上。从1986年起，我国一直是世界第一产水泥大国。我国水泥出口也有较大增长，2005年水泥出口比2004年增长89%，同年水泥熟料出口1078.49万吨，比2004年增长949.66%。水泥生产结构调整得到突破性进展，2005年建成投产110条新型干法水泥生产线，新增能力为10，137万吨，累计新型干法水泥生产线615条，其中4000吨以上生产线104条，整个水泥行业结构调整处于最佳机遇期，2005年新型干法水泥总产量的比重为45%。另外就是产业集中度提高，安徽海螺集团已成为第5位世界水泥企业集团，我国10大水泥企业集团的生产集中度由2000年的4.4%提高到2005年的13.3%；装备水平及装备制造水平已达到国际先进水平，如日产2000吨新型干法水泥生产技术装备已全部国产化，日前10，000吨水泥熟料生产线全球7个中我国占4条。所有这些为我国新型干法水泥生产线的建设和设备出口提供了保证，2005年沙特与我国签订了6条日产5000吨以上水泥生产线总承包合同，其中两条是国际最大规模日产10，000吨水泥生产线，总合同金额达13亿美元，这也证明我国水泥工业正在实施“走出去”的战略。

与电力工业一样，水泥工业也面临以大型化、新工艺取代小水泥及落后工艺的加快产业升级的局面，日产2000吨（欠发达地区）及4000吨新型干法水泥生产将会较快发展。我国水泥工业与国际先进水平相比，差距仍很大，节能、环保、发展循环经济都是当务之急。

我国水泥工业经历了模仿、自主开发研究、创新提升三个阶段，除普通水泥外，还研制了8大类6个体系的特种水泥（包括重交通路面水泥）、绿色高性能生态水泥等，而且以节能、环保、高性能、提高劳动生产率为中心，继续前进。

（2）水泥工业与节能

水泥工业的能耗量约占全国能源产量的7%~8%，又仅就新型干法生产来说，国内一般水平的水泥企业能耗较国际先进水平企业能耗仍有很大差距，约多耗能3成，而国内其它生产工艺则能耗更大，也就是说节能潜力很大，所以我国“十五”中提出的节能十项重点工程中第一项“燃煤工业锅炉（窑炉）工程”即包括水窑。如以窑外分解窑热耗折算系数为1，则湿法窑为1.82，中空窑为2.46，机立窑为1.3，普立窑为1.69，由此可知，湿法窑比窑外分解窑多耗能将近1倍，其余类推，所以工艺设备改造是节能的主要方法。

水泥生产的能耗由三部分组成，即生产水泥中所用熟料在其煅烧（烧成）时所消耗的热能、水泥生产过程所消耗的电能、水泥生产中所用的原料、燃料及矿渣等混合材烘干时需消耗的热能。水泥节能的途径，除上面已说到的加快产业结构调整、促进新型干法生产快速发展以外，尚有如下几点：回收废热进行发电、利用各种工业废渣废料、以质代量、技术装备的改进、水泥窑焚烧垃圾等，我们要按照1998年1月1日起实施的“节约能源法”等，特别是“十一五”规划中节能20%的目标抓紧工作。

关于回收废热进行发电，这是一个非常现实的节能途径。目前国内即使先进的生产线工艺，仍有大量350℃以下的余热不能被利用，浪费热量约占系统总热量的30%。目前正推广利用水泥生产中的废气作为热源的纯低温余热发电（不是补燃型），同时也减少“热污染”，改善了环境，目前新的国产的干法生产线纯低温余热发电设备已接近或达到国际水平，而且投资成本降低，一般投资回收期为3~4年，详见表1（注：500~5000t/d生产规模），天津水泥设计院还自主开发了DCS系统，用于SP余热锅炉或AQC余热锅炉的控制。

表1新型干法生产线（纯低温余热发电）主要技术经济指标比较

名称国产技术和装备国外技术和装备

吨熟料发电量（kw/h）24~2628~38

自用电率（%）

年运行时间（h）7，5007，500

供电成本（元/kwh）约0.5约0.2

单位千瓦投资（元）约7，000约8，000

劳动定员（人）1616

因为节能的各种途径与循环经济或环境保护关系很密切，所以将在以下各小节中阐述。

（3）工业废渣、废料的利用在“一论”中说到我国每年约有8亿吨工业垃圾（或称工业废弃物），实际这是2000年的产生量，2004年的产生量已为12吨亿，其中综合利用量为6.8亿吨，工业危险废弃物产生量963万吨。工业危险废弃物的处置方法以焚烧为主，但缺口很大。我们知道水泥行业是严重的资源依赖型行业，主要原料以天燃原料为主，但对无机固体废弃物具有很好的消纳能力。生产1公斤的水泥制品，大约需要0.75~0.9公斤熟料矿物和0.1~0.25公斤混合材料及其它辅助材料，在磨制水泥过程中已经大量使用矿渣、粉煤灰。生产1公斤熟料，大约需要1.3公斤的石灰石、0.3公斤的黏土质原料、0.15公斤的煤炭，替代原料和替代燃料的工作一直是主要的研究课题。虽然水泥工业自身不能形成主要原材料的循环，但是却可以消纳其它行业形成的废弃物，这就是所谓的大循环或中循环。废旧轮胎、废机油等可燃物质可作为替代燃料，作为替代原料，除去上面所说的矿渣、粉煤灰外，还有高炉废渣、冶炼尾矿、赤泥、电石渣、铸造砂等，平均1吨硅酸、盐水泥可以消纳300千克工业废渣，这样充分利用其中的硅、铝、铁、钙等有用成分，可配成合格的水泥生料，又可节约原料资源。特别是经过煅烧的废渣，可以降低熟料烧成热耗，所以说也节约了能源。为此，水泥窑外，要增加些预处理的设备，特别是作为替代燃料，要对应建设预分解窑或对粉状、液体废料设计出相应的燃烧器或喷射装置、投入装置。

关于工业废弃物中重金属问题将在第5小节中阐述。

（4）在水泥生产过程中的协同处理城市生活垃圾

在“一论”中说到我国每年约有1.4亿吨城市生活垃圾，每年增长量约8~10%，实际历年堆存量有70多亿吨，垃圾堆存侵占的工地面积达5亿平方米，2/3的大中城市陷入垃圾包围中。我国处置生活垃圾主要有填埋法、焚烧法、物理化学法三种。目前焚烧法有纯焚烧炉和垃圾焚烧发电两种。焚烧法的缺点是投资大、成本高，另外就是其技术上的缺陷，即只有当垃圾发热值较高时才合适，另外，就是仍有二恶英和重金属排放等二次污染的难题。

又污水处理中（包括工业污水处理），全国已形成超过1亿吨的年污泥总量，目前污泥处置水平很低。

我国北京水泥厂从90年代以来开始了利用水泥厂回转窑处理城市生活垃圾的研究和实践，取得了良好的效果；近年南京水泥工业设计研究院利用新型干法水泥窑系统处置城市垃圾取得可喜成果；

2005年瑞士豪西盟（Holcim）集团与德国技术合作公司制定了“水泥生产过程协同处理废物指南”，足以证明这是一条保护自然资源、改善环境和实行循环经济的可行之路。由于认识到焚烧炉对人类环境和健康存在着严重的威胁，从1985年起美国就已有超过137座焚烧炉兴建计划被取消，1996年五大湖区52个焚烧炉结束运作，日本于1998年末开始永久或短暂关闭了2000多座工业废物焚烧炉，到2000年7月，全日本已有4600座垃圾焚烧设施被停止使用；欧洲也相继颁布“焚烧炉禁建令”后，所以我国对这方面的技术动向应密切关注。

经研究表明，无论二恶英的产生是哪种机理，其产生过程都具有以下特点：HclO2前体物的存在；生成温度不高，一般情况下在250℃~600℃之间；特定的金属离子（Cu2+、Fe2+）对其形成过程的催化作用；燃烧过程不完全，有一氧化碳存在；烟气的含水量较高，燃烧过程产生蒸汽。而一般生活垃圾焚烧过程具备生成二恶英的条件，因此出烟口气体中的二恶英含量较高。为此，提出“3T+E”控制要求，即燃烧温度（Temperate）、烟气停留时间（Time）、搅动现象（Turbulance）、空气供给量（ExcessAir），另外就是要求在焚烧过程中添加吸收剂或碱性抑制剂，以及从源头上控制进入的垃圾的氯含量。一般情况下要求温度大于800℃、烟气在高温区停留时间在1~2秒以上，垃圾与空气充分混合，保证过剩空气比为1.5~2.0，还要求尽量缩短燃烧烟气在处理和排放过程中处于250~600℃（尤其是300~400℃）之间的时间，而且对焚烧后的灰渣和焚烧过程中的飞灰要进行二次焚烧或水泥固化，防止灰渣中的二恶英的二次污染。如果说上述是对焚烧炉的工艺要求，还不如说水泥窑炉具有诸多优点，可以做到在水泥生产的同时进行生活垃圾的焚烧，替代传统的垃圾焚烧炉。

新型干法水泥回转窑的优越性总结为如下几点：1、窑内温度高，物料温度约1450℃，气体温度约1750℃；2、物料和气体在窑内通过时间长，在大于100℃的通过时间为4秒；3、窑内高温气体湍流强烈，可使废弃物完全燃烧；4、水泥窑全系统在负压下运行，有毒有害气体不会漏出；5、水泥窑内的碱性物质可以中和吸收废弃物中的氯、硫、氟等，变成无毒的化合物；6、焚烧废物的残渣最终又进入水泥熟料，对水泥质量并无不良影响，这也防止了二次污染；7、可燃废弃物可替代部分燃料，可减少水泥工业对燃料的需要量，节约一次能源，同时也可减少CO2等废气的排放；8、最后就是水泥窑可以将废料中的绝大部分重金属固定在熟料中，避免了重金属的再次扩散。

当然对垃圾分拣、除铁、破碎和喂料系统那是必要的，这可以通过技术改造实现，当然也可以单独建立垃圾处理工厂。

（5）重金属的渗滤性上两节末说到的重金属，一般是指比重大于4

或5的金属，约45种。铅、铬、镉、汞等均属于对人体危害较大的重金属，而砷有时也有人把它列入有害“重金属”，现实生活中，垃圾中的确有重金存在，具体如表2所示。由于新型干法水泥生产系统如上节所说的处理温度高、停留时间长，碱性工况、处理量大、不产生强酸性气体和灰渣等优点，而且被固化的重金属在水泥产品使用过程中，不会渗滤到环境中，所以，这成了处理含重金属废弃物的好方法。当然这些是经过实验认证的，如法国、德国、我国台湾和南京水泥工业设计研究院都有研究成果发表，结论是：采用水泥窑炉焚烧和处理城市生活垃圾，不会因为垃圾中所含重金属而在生产过程和水泥产品的使用中给环境带来影响。

同时水泥产品国家标准应增加重金属含量安全指标，这样才能做到使水泥企业协同处理垃圾的事业名正言顺。

表2垃圾灰渣中重金属量（mg/kg）

类别AsCrCuCoCaHg

L1220.0959110.1

M555380.51133113.5

H9020001.03054003070

注：其中L：重金属的低限含量

M：重金属的平均含量

H：重金属的最大含量

2循环经济及系统化技术自动化技术的再认识

（1）本文通过水泥工业的节能及协同处理废弃物进一步加深了对循环经济的认识。循环经济作为物质闭环流动型经济，减量、再利用、再循环的优先排序是：首先是企业内部要考虑减量化，即减少废物产生量、天然资源的消耗量，然后才是对废物的再利用、再循环；在产品的使用和报废上，首先应考虑再利用，减少一次性使用的产品，然后才是再循环。我国不少企业，首先在减量化方面做得很不够，所以我们讨论再利用、再循环时，切莫忽视了减量化，就如低标号水泥的“泛滥”，这不仅是造成工程质量差的问题，还浪费了矿产资源和能源，所以水泥行业提供以质代量的节能途径。为此从系统结构优化的角度看，循环经济还需要增加重组化（Reorganize），即4R，我们应追求生态经济系统最优化，力求生态经济系统在环境与经济综合效益最优化前提下可持续发展。

（2）系统化技术之所以称为一门技术，是为了强调它不只是科学意义上的系统学而是实实在在可以操作的一门技术，可以解决具体问题。如研究循环经济的物质流核算（MFA），要从各行业物质流平衡表做起，再作出全国的物质流平衡，从而得出资源利用评价指标、资源循环利用的评价指标、废弃物排放量指标……，我国在做了这些工作之后，才指出“十一五”规划的两个历史硬指标：2010年人均国内生产总值（GDP）比2000年翻一番；单位国内生产总值能耗在“十五”末期降低20%，从而实现注重经济增长质量的新的经济增长方式，做到资源的高效利用和循环利用，遏制环境污染和生态恶化……

在系统化技术的应用中，应分析出形成循环经济产业的经济动力，如“一论”中所述的模仿人的血液循环系统将废旧家电、废塑料制品等废弃物循环利用各部分为动脉产业和静脉产业，又如环保事业的核算应该确立环境管理会计（EnvironmentalProtectionAccounting）概念等。

所以推行水泥生产过程协同处理废弃物的循环经济，应从系统化技术着手在经济和政策结合上采取措施，形成良好的处置废弃物的市场环境。

（3）自动化技术是节能和节约资源、特别是循环利用废弃物中不可或缺的技术。实践证明水泥行业在粉磨环节上采用自动化技术，节电效果尤为显著，吨水泥耗电量度998年时需要38千瓦时，而2003年国内先进指标已达到25千瓦时，如果按这个指标计算，仅2004年一年我国此项可节电126亿千瓦时，即折标准煤155万吨。除去变频调速以外，电控方面还有多项技术需要推广，智能化的马达控制中心和智能化配电柜等将使水泥厂向数字化、网络化前进了一大步，这也证明，在应用现场总线技术方面，电控比仪控领先一步。

作为仪控中常遇到混料流量调节和水泥窑的大滞后调节两个难题，经过DCS技术多年推广，已经有了很多成熟经验。如横河DCS的“内部仪表”中有混料PI调节器，它可以保持累积的总流量为所需要的数值；又采样PI调节器是专门为长纯滞后时间的系统而设计的，它总结了操作工人的经验，调节器自动地执行如下控制动作：模拟操作人员在手动状态下略为改变控制输出并观察其效果，连续进行这个“逐步改变并观察”的过程，以达到预定的目标性。具体采样周期为PI控制时间与输出保持时间之和，而且PI控制时间仅为采样周期的十分之一。这对于水泥窑的对象，可以把实际操作工人的经验与DCS的控制手段相结合，做到人机和谐友好。当然新的控制算法、数字模型等的研究，对于掌握水泥窑的运行机理并实现对其控制，也是有利的，上述这种简单易行的控制方法，也是在掌握水泥窑的“脾气”基础上得来的，所以并不矛盾。

4结束语

说到这里，看来自动化的从业人员对水泥工业或其它行业更应加强全面的了解，才能获得更多的系统成套工程，才能确立诸如特殊检测和应用软件项目，才能获取更好的商机。

记得上世纪80年代初提倡横向联合时，我所在的公司曾与黄石市经委联合，得知该市有1907年经慈禧太后亲笔御批的水泥厂，如今已成为我国500家重点企业的新华水泥股份有限公司……，现在我国这样的大型水泥企业有10家，现在又提出了“倡导循环经济，推近节约型水泥工业建设”的方针，它将使我国做到由水泥生产大国向水泥生产强国的转变，步子将走得更坚实，我们从事自动化技术的人员将会从中得到更多的发展空间。

参考文献：

[1]卞正岗关注循环经济，国内外机电一体化技术，2005年第4期。