出　　自： 《中國給水排水》 1991年第5期第52頁
發表時間： ： 1991-5

董輔祥；傅金祥１　　 張文堂；孫力２

( １沈陽建筑工程學院　　 ２沈陽市計劃節約用水辦公室)

摘要：通過對我國啤酒行業生產用水定額制定研究，扼要地分析、闡述了工業生產用水定額制定的基本原理、程序與方法。它對于我國各城市正在開展的工業生產用水定額制(修)定工作，可望有較大的參考借鑒價值。

前言

　　在我國，城市工業生產用水量(指新水量，包括自備水源供水量)一般占城市總用水量的一半以上。為了使城市節水工作持續深入地發展，進一步向科學管理階段過渡，必須建立以工業生產用水定額為主的節水考核指標體系。工業生產用水定額不僅是實行用(節)水科學計劃管理的基本依據，也是分析用(節)水狀況、預測用(節)水變化趨勢和確定節水途徑的直接判據。因此，有組織有計劃地制定、推行各類工業生產用水定額，已成為城市用(節)水管理部門的重要任務。
　　據調查，目前已有30多座城市對3000多個企業的2000多種產品制定了生產用水定額，其中極少數屬省、市或地區的“行業定額”，絕大多數屬“企業定額”。但是由于缺乏統一的規定，致使在定額制定的基本原理、程序和方法上還存在很多亟待研究的問題。啤酒生產用水定額(行業定額)制定研究，即是一項典型研究項目。主要目的是在我國啤酒生產用水狀況總體研究 〔1〕 的基礎上，制定啤酒生產用水定額，并著重探討制定過程中的有關概念、定義、類別、程序、基本方法、技術經濟評價等帶有共性的問題，為其它行業制定生產用水定額，提供借鑒的經驗或依據 〔2〕 。

一、工業生產用水定額的定義與定名

　　實際情況表明，定額的制定、實施過程出現某些混亂現象，往往是概念模糊、定義不準確所致，如將實測的“統計值”視作定額；不分時間、條件，不注意劃分水量平衡測試單元，或不注意選取計算單元與水平去計算確定定額。
　　嚴格地講，工業生產用水定額定義應為:在一定時期和一定約束條件下，按單位計算單元所規定的水量限額。由此可見，工業生產用水定額是人為規定的、反映平均先進水平的、關于各種水量的規定標準。根據“工業生產用水分類及定義(CJ19-87)，這些水量可以是工業生產過程中的用水量、耗水量、新水量、取水量、循環水量、回用水量……等等。其次，定額所規定的水量限額(標準)是按一定單位計算單元確定的。由于工業生產情況的復雜性，參照工業統計規定單位計算單元，可取單位產品、原材料加工量、中間產品或半成品、產值、生產人員數、單臺設備……多種組合情況，因而應具體定名(定名原則略)如“單位產品新水量定額”、“單位產值取水量定額”等。定額的適用期限與定額水平判定有關。計算定額的時段則應與生產企業的水量平衡測試周期相對應，后者主要與工業生產類型有關。從物料投入與產出的關系，工業生產類型可分為連續性生產、連續批量性生產與間歇批量性生產。連續性生產可取“瞬時”時段，批量性生產原則上應按生產周期確定。至于一定的約束條件，系指地區條件(如氣象、水資源條件)、生產規模、技術管理水平、生產工藝條件與方法、供水方式等。可見生產用水定額，特別是行業生產用水定額，是具有一定變化幅度與附加條件的系列值。
　　啤酒生產屬批量性(大廠均為連續批量性)生產，產品單一，生產工藝大體相同，考慮到不同規模、地區與水資源條件的影響，若其生產用水定額的主要形式為單位產品新水量，則定額即為按生產周期確定的、以新水量(m 3 )/啤酒(T)計的一組限額數值表格(參看表3)。

二、工業生產用水定額的類別

　　除上述定額的定名外，根據我國標準化法規定與定額的實際用途，分為企業與行業兩種生產用水定額。前者僅限于企業內部，約束條件即影響因素少、樣本容量不大、工作量小、周期短、便于制定，但可比性、指導性差，根據目前生產用水管理水平，這類定額應為各地生產用水定額的主要形式，也是制定行業定額的基礎。制定行業生產用水定額，要有足夠大的樣本容量，影響因素很多，故制定工作復雜、工作量大、需要較長的周期，但可清晰反映行業生產用水總體狀況，可比性與指導性強。顯然，沒有一定的節水工作基礎，即沒有較長與足夠多的企業生產用水定額或統計值，不可能制定行業生產用水定額。
　　由于啤酒生產采取相似的生產工藝，因此可以近似地將各企業的單位產品新水量定額或統計值，視為一個隨機變量的取值，這樣，即可分析研究隨機變量的概率分布及其特征值。截至1989年全國共有800多家啤酒廠，處理分析1983～1989年的97～437家啤酒廠的數據，數據處理是通過啤酒生產用水數據管理系統進行的 〔2〕 ，樣本很有代表性和實用價值。實踐證明，上述制定啤酒行業生產用水定額的基本設想與作法是可行的。

　　除上述按樣本空間劃分定額類別外，還可按水量分攤方式，將用水定額分為綜合與單項兩類，前者以單位計算單元分攤全部水量，它是生產用水定額常見的形式；后者是按生產工序、生產設備或用水結構等逐項分攤水量。本研究制定的啤酒生產用水定額為前者。

三、啤酒生產用水定額制定基本程序

　　制定行業生產用水定額，須遵循從局部(微觀)到總體(宏觀)，再從總體到局部的過程。啤酒生產用水定額(行業)的制定，是在解剖沈陽啤酒廠及典型啤酒廠家生產用水情況的基礎上，結合國內啤酒生產用水總體狀況、分析復雜因素的影響、確定各啤酒單位生產用水量及發展趨勢后，作出評價的。這是制定工業生產用水定額，特別是行業定額應遵循的基本途徑。制定企業生產用水定額的情況雖比較簡單，上述基本途徑也不失其指導意義。
　　圖1表示按上述基本途徑制定啤酒生產用水企業定額與行業定額的基本程序，對其它行業也有參考價值。

四、生產用水定額制定基本計算方法與水平判定

　　生產用水定額制定基本計算方法可分為:經驗法、統計分析法、類比法、技術測定法、理論計算法等。在啤酒生產用水定額制定研究中，以統計分析法為主，為不失定額的科學性，綜合應用了其它方法。
　　為掌握啤酒生產用水的基本情況并獲取基礎數據，通過對一些啤酒廠工藝生產及生產用水的剖析與典型調查，首先用理論計算法計算了規模為1萬噸(基準產量以30T/d計)啤酒廠的生產用水量(新水量)，結果如表1、2。
　　按工序(車間)計算的生產用水(新水量) 表1

　　按“用水結構”啤酒生產用水分析計算表 表2

　　注:計算條件同表1
　　表1、2表明，啤酒生產用水以冷卻用水與生產工藝用水為主，這是由啤酒生產的低溫發酵與衛生要求決定的；重復利用率對單位產品新水量有舉足輕重的影響:P=63.38%時，可較直流給水系統大幅度減少新水量。若P=93%時，可望達到國際較先進的水平(～7m 3 /T)。P=95.5%時，單位產品新水量將達到現有生產工藝條件下的理論極限。
　　計算上述理論水量時，除重復利用率外，并未更多考慮其它因素，諸如地區(主要為氣溫)、水資源(包括取水條件)、生產規模(隱含生產工藝設備、技術水平等條件)、產品結構、管理水平等因素的影響。故表2所列數值可視作理論基準新水量。但是，從實際出發，通過統計分析或用其它方法，不難定性或定量確定諸因素對啤酒生產用水的影響，對此〔1〕中曾作專門論述。考慮到諸因素的綜合影響，我們可以下列矩陣表達式計算啤酒單位產品新水量:
　　W f =IAB
　　式中W f ——單位產品新水量，m 3 /T
　　I——單位向量，列數n=5
　　A——影響因素系數矩陣，m=5，n=6

　　a ij ——影響因素i(i=1、2、3…5)對第j類用水的影響程度，以統計分析法為基礎，用經驗法、類比法或技術測定法等確定。
　　B——理論用水結構矩陣，m=6，n=1

　　b j (j=1、2、…6)——用理論計算法求得的第j類用水理論基準量，其值為表2中P=0列的對應新水量(m 3 /d)與30(m 3 /d)之比值
　　如果給定一系列的A，便得W f 的系列值，作為確定啤酒生產用水定額的基準值。為確定啤酒生產用水定額，還涉及定額水平判定，即選取平均先進水平的定額標準。這是一項非常復雜的工作，主要根據單位產品新水量的概率分布(圖2)、單位產品新水量的發展變化趨勢(圖3)，參照啤酒生產用水合理化分析、技術經濟分析及國際同類產品用水水平經調整進行的，如圖4。

　　圖4中調整值，經技術經濟分析應為均方差的函數。鑒于歷年的單位產品新水量分布密度曲線，呈負編的“涌浪效應”，均方差在統計年限內逐年減小，其變化經整理得:

　　啤酒單位產品新水量定額(方案)單位(m 3 /T) 表3

　　式中δ——均方差
　　t——年份，>1980
　　經調查研究啤酒單位產品新水量除逐年變化外，明顯地呈季節性變化。為了簡便，用月變化系數表示:

　　式中K——單位產品新水量月變化系數
　　W f ——年平均單位產品新水量定額m 3 /T
　　W fmax ——最高月平均單位產品新水量m 3 /T
　　由上述方法確定的我國啤酒生產用水定額(方案)如表3，適用期限可至2000年。

五、生產用水定額的技術經濟分析與技術可行性評價

　　這是最終評價生產用水定額是否經濟合理與可行的重要步驟。
　　技術經濟分析的原則是在不影響生產情況下的一定計算期內，節約單位用水的投入應小于新增單位新水量所需的費用。計算參數與技術經濟指標的選定，應根據具體情況及有關規定確定。宏觀比較可取綜合指標，具體比較應由項目的實際費用計算。
　　技術可行性評價，應著重提高節水水平的可能性。由于啤酒生產技術與管理狀況不可能迅速改變，因此定額水平不宜過高。目前，只有30%的企業達到定額標準，多數企業可望使冷卻水循環利用達到定額標準。至于定額標準的上限(最低值)，則需進行工藝用水的部分回用才可能達到。

參考文獻

　　1.董輔祥、傅金祥等，我國啤酒生產用水狀況總體研究，中國給水排水，1990.4
　　2.沈陽市計劃節約用水辦公室、沈陽建筑工程學院，啤酒生產用水定額制定研究，1989年11月
　　①參加研究工作還有:沈陽市計劃節約用水辦公室馮惠運、于立新、關偉；沈陽建筑工程學院李奇、董欣東；沈陽啤酒廠劉紅閣、王佩環。
　　注:相應的重復利用率p=0，氣溫31℃，冷卻水進出口水溫分別為20℃、25℃。