【盤點】四種廢水零排放技術(shù)大(dà)盤點!
來源:国内精品久久久久久久影视麻豆盛環保(bǎo) 發布時間:2023-10-13
廢水“零排放”是(shì)指工業水經過重複使用後,將這部分含鹽量和汙染物高濃縮成廢水全部(99%以上)回收再利用,無任何廢液排出工廠。零排(pái)放,就其內容而言,一是要控製(zhì)生產過程中不得已產生的能源和資源排放,將其減少到零;另一(yī)含(hán)義是將那些不得已排放出的能源、資源充分利(lì)用,*終消滅(miè)不可再生資源和能源的存(cún)在。
一 、RCC技術
RCC的核(hé)心技術為“機(jī)械蒸汽再壓縮循環蒸發技(jì)術”及“晶種法技術(shù)”、“混合鹽結晶技術”
(一)機械蒸汽再壓縮循環蒸發(fā)技術
1、機械蒸汽再壓縮循環蒸發技術的基本原(yuán)理
所謂的機械蒸汽再壓縮循環蒸發技術,是根據物理學的原(yuán)理,等量的(de)物質,從液態轉變為氣態的過程中,需要吸(xī)收定(dìng)量的熱能。當物(wù)質再由氣態轉為液態(tài)時,會放出等量的熱能。根據這種原(yuán)理,用這種蒸發器處理廢水時,蒸發廢水所需的熱能,再蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放熱能(néng)所提供。在運作過程中,沒(méi)有潛熱的流失(shī)。運(yùn)作過程中所消耗(hào)的,僅是驅動蒸發器內廢水、蒸汽、和冷凝水循環和流動的(de)水泵、蒸汽泵和控製係統所(suǒ)消耗的電(diàn)能。為了(le)抵抗廢水對蒸發器的腐蝕,保證設備的使用壽命蒸發器的主體和內部的換熱管,通常用高級鈦合金製造。其使用壽命30年或以上。
蒸發器單(dān)機廢水處理量由27噸(dūn)/天起至3800噸/天。如果需要處理的廢水量大於(yú)單機*大處理量(liàng),可(kě)以按裝多台蒸發器處理。蒸發器在用晶種法技術(shù)運行(háng)時(shí),也稱為鹵(lǔ)水濃縮器(Brine Concentrator)。
2、鹵(lǔ)水濃縮器構造及工藝(yì)流程
(1)待處理鹵水進入貯存箱,在箱裏把鹵水的PH值調整到5.5-6.0之間,為除氣和除碳作準備(bèi)。鹵水進入換熱器把溫度升至(zhì)沸點。
(2)加熱後的鹵水經過除氣器,清除水(shuǐ)裏的不溶所體,如氧氣和二氧化(huà)碳(tàn)。
(3)新進鹵水進入深縮(suō)器底槽(cáo),與在(zài)濃(nóng)縮器內部循環的鹵水混合,然後被泵輸送到(dào)換熱器管束頂部水箱。
(4)鹵水通過裝置,在換熱管頂部的鹵(lǔ)水分布件流入管(guǎn)內,均勻地分布在管子的內壁上,呈薄(báo)膜狀,受地(dì)引力下降至底槽。部分鹵水沿管(guǎn)壁下降時,吸收(shōu)管外蒸(zhēng)汽所釋放的熱能而蒸發了,蒸汽和未蒸發的鹵(lǔ)水一起下降至底槽。
(5)底槽內的蒸汽經過除霧器進(jìn)入(rù)壓縮(suō)機,壓縮(suō)蒸汽進入濃縮器。
(6)壓(yā)縮蒸汽的潛熱傳過換熱(rè)管壁,對沿著(zhe)管內壁下降(jiàng)的溫度較低的鹵水膜加(jiā)熱,使(shǐ)部分鹵水蒸發,壓縮蒸汽釋放(fàng)潛熱時,在換熱管外壁上冷(lěng)凝成蒸餾水。
(7)蒸(zhēng)餾水沿管壁下降,在濃縮器底部積(jī)聚後,被泵經(jīng)換熱器,進儲存(cún)罐待用。蒸餾水流經換熱器時(shí),對(duì)新流入的鹵水加熱。
(8)底(dǐ)槽內部分鹵水被排(pái)放,以控製濃縮器(qì)內(nèi)鹵水的濃度。
晶種法(fǎ)技術:可以解決蒸發器(qì)換熱管的結垢問題,經處理後(hòu)排放的濃縮廢水,通常被送往結晶器或幹燥器,結晶或幹燥成固體,運送堆(duī)填區埋放。上述循環過程,周而複始,繼續不斷地進行。
(二)晶種(zhǒng)法技術
如(rú)廢水裏含有大量鹽分或 TDS,廢水在蒸發器內蒸發時,水裏的 TDS很(hěn)容易附著在換熱管的表麵結垢(gòu),輕則影響換熱器的效率,嚴量時則會把換熱管堵塞。解決蒸發器內換熱管的結垢(gòu)問題,是(shì)蒸發器能否用作處理工業廢水的關鍵。RCC成功開發了獨家的(de)“晶種法”技術,解決了蒸發器換熱管的結垢問題,使他們設計和生產的蒸發器,能(néng)成功(gōng)地應用於含鹽工業廢水的(de)處理,並被(bèi)廣泛采用(yòng)。應用“晶種法“技術的蒸發器,也稱作(zuò)“鹵水濃縮器” (Brine Concentrator)。經鹵水濃縮器處理後排(pái)放的濃縮廢水,TDS含(hán)量可高達300,000 pp,通常被送(sòng)往結晶器或(huò)幹燥器,結晶或幹燥(zào)成固體,運送堆填區埋放。
“晶種法”以硫酸鈣為基礎。廢水裏須(xū)有鈣和硫化物的存在,濃縮器開始運作前,如果廢(fèi)水裏(lǐ)自然存在的鈣和硫化物離子含量(liàng)不足,可以人工加以補充,在廢水裏加添硫酸鈣(gài)種(zhǒng)子,使廢水裏鈣和硫化物離子含量達到適當的水平。廢水開(kāi)始(shǐ)蒸發時,水裏開始結(jié)晶的鈣和硫酸(suān)鈣離子含量(liàng)達到適當水平。廢水開始蒸發時,水裏開始結(jié)晶的鈣和硫酸鈣離子就附著(zhe)在這些種子上,並保持懸浮在水裏,不(bú)會(huì)附著在換執管(guǎn)表麵結垢(gòu)。這種現象稱為(wéi)“選擇性結晶”。鹵水濃縮器通常能持續運作長達一年或以上,才需(xū)定(dìng)期清洗(xǐ)保養。在一般情況下,除了在濃縮器啟動時有可能添加“晶種外”,正常運作時不需再添晶種。
(三)混全鹽結晶技術
1、混全鹽(yán)結晶技術的應用(yòng)
鹵水濃縮器可回收鹵水裏95%至98%的水份,剩餘的(de)濃縮鹵水殘液,含有大量的可溶固體(tǐ)。在有(yǒu)些地區(qū),鹵水殘液被送往(wǎng)蒸(zhēng)發池自然蒸發,或作深井壓注處理。但很多地區,如美國西南部的科羅(luó)拉多河流(liú)域,為了防止濃縮鹵水排放蒸發池或作深井壓注處理後滲出,對水源造成二次汙染,沿岸的工礦企業產(chǎn)生的廢水(shuǐ),必須作“零(líng)排入”處理。如殘(cán)液的流量很小,則可用幹燥器把(bǎ)殘淮(huái)幹燥成固體,收集後送(sòng)堆場(chǎng)填埋(mái);如殘液量較大,用結晶器把殘液裏的可溶固體給晶後(hòu)收集填埋,是更(gèng)經濟的處理(lǐ)方法。
一般生產性化工結晶(jīng)程序,如氯(lǜ)化鈉、硫酸鈉等化工商品(pǐn)的生產,僅需要處理一種鹽類的結晶(jīng),這類單(dān)鹽鹵水的結晶工藝,比較容易掌握,但工業汙水裏所含的的(de)鹽份,種類繁雜,甚至含有兩種鹽份組成的(de)複(fù)鹽(yán)。有多種鹽類並存的鹵水會在結晶器內產生泡沫和具有極強的腐蝕性,同時(shí)多種不同鹽類的存在,會造(zào)成鹵水不同的(de)沸點(diǎn)升高。不同成度的結垢,對設備(bèi)的換熱係數產生不同(tóng)程度的影響。
2、混全鹽結晶技術的設備與工藝(yì)流程
用作(zuò)混(hún)合鹽(yán)結晶(jīng)的結晶器,可用(yòng)蒸汽(qì)驅動,也可用電(diàn)動蒸汽壓縮機驅動(dòng),後(hòu)者是能效(xiào)較高的係(xì)統。
強製循壓縮蒸汽結晶器:強製循環(huán)壓縮蒸汽(qì)結晶器(qì)是熱效率*高的結晶係統,係統所需的(de)熱能,由一台電動(dòng)蒸汽(qì)壓縮機提供。它(tā)的主要工作(zuò)程序如下:
(1)待處理濃鹵水被泵進結(jié)晶器。
(2)和正(zhèng)在循環中的鹵水混合,然後進入殼管式換熱(rè)器(qì)。因換熱器管子注滿水(shuǐ),鹵水在加壓狀態下不會沸騰並抑止(zhǐ)管內結(jié)垢。
(3)循環中的鹵水以特定角度進入蒸汽體,產(chǎn)生渦旋,小部(bù)鹵水被蒸發(fā)。
(4)水分被蒸發時,鹵水內產生晶體。
(5)大部鹵水被循環至加熱(rè)器,小(xiǎo)股水流被抽送至離心機(jī)或過濾器,把晶體分離。
(6)蒸汽經過除霧器,把附有的顆粒清除。
(7)蒸器經壓縮(suō)機加壓,壓縮蒸汽在加(jiā)熱器的換熱管外殼上冷凝成蒸餾(liú)水,同時釋放(fàng)潛熱把管內的鹵水加熱。
(8)蒸餾水收集後,供廠(chǎng)內需要高質蒸餾水的工藝流程使用,在某些條件下,結晶器產生的晶(jīng)體,是很高商業(yè)價值的化工產品。
二、HERO技術
HERO是High Efficiency Reverse Osmosis的簡稱(chēng)。HERO工藝的預處(chù)理步驟要根據水化學和現場的專門設計規範來定製的(de)。有一個步驟是不變的,這就是RO是在高pH條件(jiàn)下運行(háng)的。為了使RO能在(zài)高pH條件下運行,所有會引(yǐn)起膜(mó)結垢的硬度和其它陽離子成分必須除去(qù)。懸浮固體物應降至(zhì)接近零以避免膜的堵塞,二氧化碳要除到一定程度以減少水的緩衝性。矽在高pH條(tiáo)件下是可以高度溶解的,所以不(bú)會限製RO的回收率。理論上說,經過預處理後,回(huí)收的(de)比例隻會受到濃液滲透壓的限製。此工藝(yì)可實現95%的回收率。而(ér)在大多數電子超純水的應用上,回收率會更高。
特點主要是(shì):
1.運行(háng)穩定。2.運行成本低(一般比傳統的RO要低15%-20%)。3.投資費用低(一般比傳統的RO要低30%)。4。更(gèng)低的占地空間。5適用於高純水的製備(bèi)以及廢水處理(lǐ)。6無需複雜的清洗工藝,無需添加阻垢劑(jì)。
三個主要(yào)工藝步驟:
l 硬度和懸浮固體物的(de)除去
l 二氧化碳的(de)去除
l 在高 pH條(tiáo)件下進行RO 處理
通過軟(ruǎn)化去(qù)處水中的硬度,然後再通過脫氣去處水中的二氧(yǎng)化碳(tàn),再加堿將RO進水的pH調到8.5以上。在這種模式下(xià)運行(háng),RO的回(huí)收率通常能夠突破極限達到90%以上。" D% G! B1 P6 [- Z; m% ^
主要工(gōng)藝以及控製指標為:( ?( L. ~; E- u/ L, s0 n
1)硬度得到(dào)去除:離子交換去除硬度,控製(zhì)出水指標為小於0.1ppm(100ppb). - B! `( v7 h* x( L
2)P除二氧化碳:二氧(yǎng)化碳小於10ppm , S% t& N: N$ q0 e: g9 {& i
3) PH調整:反滲透給水加(jiā)堿提高PH值,濃水側*大不超過11,根據RO回收率,給水PH值在10.0~10.5。產品水PH將達到9.3~9.8。
4)反滲(shèn)透:反滲透設計產水通量在25~30GFD(gallon/ft2/day),可以用低壓苦鹹水膜,標準苦鹹水(shuǐ)膜,海(hǎi)水膜。根據給(gěi)水的水質(zhì)條(tiáo)件,水(shuǐ)回收(shōu)率(lǜ)可(kě)以達(dá)到90~98%。典型在95%。
HERO 的特點和(hé)優勢 9 J+ \/ I1 w& V( K
1在HERO工藝條件下,高PH運行也是膜供應商接受的。給水是排汙水或含(hán)鹽量較高時(shí),可以達到的水回收率90%或更高,同時減少清洗(xǐ)頻率。這是因(yīn)為:高PH條件下,細菌難以繁殖,不易產生潛在的生物膜。高PH條(tiáo)件下,膜所帶負電荷密(mì)度更高,對負電荷陰離子,微(wēi)粒,特別是帶負電荷微(wēi)粒更高去除率。RO處於連續清洗模式。*對於高矽水質,在高PH條件下矽是溶解態(離子(zǐ)態),可以到達高回收(shōu)率。( o% n0 z; G6 Q. g# l' U
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兩級反滲透運行在高PH條件下,離子(zǐ)去除率可以達到:
硼>99.4% ' A( Z4 M7 S- S, h
矽>99.97%
有(yǒu)機物(TOC)>99%
三、特種RO膜
特種RO膜濃水再濃(nóng)縮零排放工藝(yì)
1特種 RO膜結構及工作(zuò)方式
特種膜主要(yào)由過濾膜片、導(dǎo)流盤、中心拉杆、高壓容器、兩端法蘭、各(gè)種密封件及聯接螺栓等組成。過濾膜(mó)片和導流盤(pán)交替疊放,中心(xīn)拉(lā)杆串成膜芯置入高壓容器後兩端法蘭進行固定,再用拉杆結合(hé)形成。
原水通過(guò)膜芯與(yǔ)高壓容器的間隙到達膜元件底部,均勻布流進入導流(liú)盤,在導流盤表麵以雷達掃(sǎo)描方式流動,從投幣式切口進入下一組導流(liú)盤(pán)和膜片,在(zài)整個膜柱內呈渦流狀流動,產水通過中心管排出膜元件。
2 、 特種RO膜特點和(hé)優勢
(1)*低程度的膜結垢和汙染現象
采用(yòng)開放式寬流道及獨特的水力學設計,具有更寬的流體通道,更優異的流體湍流效果(雷諾準數>2500,膜(mó)片自清洗效果更好),導流盤(pán)專利結構設計,渦流式(shì)流動狀態,*大程度上減(jiǎn)少了膜表麵結垢、汙染及濃差極化(huà)現(xiàn)象的產生。
(2)膜使用壽命(mìng)長
RO特種膜采用了新型改性(xìng)膜片,更適用於廢水膜分離。膜片抗(kàng)壓力能力更強,*高可以達到(dào)160bar。且該組件能夠有效避免膜的結垢,膜汙染減輕,使反滲透膜的壽命延(yán)長。SUPER RO特種膜的(de)特殊結構使膜組易於清洗,清洗後通量恢(huī)複性非常好,從而延長了(le)膜片壽命。在高濃度廢水處理中(zhōng),膜壽命可長(zhǎng)達3年。
(3)組件易於維護
采用標準化設(shè)計(jì),組件易於拆卸維護,可以輕鬆檢查維護任何一片過濾膜片及其它單元,維修簡單(dān)這是其它形式膜組(zǔ)件所無法達到(dào)的。
(4)過濾膜片更換(huàn)費用低
內部任何單(dān)個(gè)單元均允許單獨更換。當過濾膜片需更換時可進行單個更換,這*大程度減少了換膜成本,當卷式(shì)膜(mó)出現補丁、局部泄(xiè)漏等質量問題或需更換(huàn)新膜時隻能整個膜組件更換。
(5)出水水質好
對各項汙(wū)染物都具有極高的去除率,出(chū)水(shuǐ)水質好。
(6)出水穩定(dìng),受外界因素影響小
由於影響膜係統(tǒng)截留率的(de)因素較少,所以係統(tǒng)出水水質很穩定,不受可(kě)生化(huà)性、碳氮比等因素的影響,對(duì)於(yú)處(chù)理不宜采用(yòng)生化(huà)處(chù)理的工(gōng)業廢水有著很大的優勢。
(7)運行靈活
操(cāo)作靈活,可以連續運行,也可間歇運行,還可以調整係統的串並聯方式(shì),來適應水質水量的要求。
3 特種RO膜處理膜工藝濃水的方法
膜工藝濃水經過適當的預處理後泵入RO特種膜單元,由(yóu)於RO特(tè)種膜*高可以高壓條件下操作,因而降低了 RO特種膜(mó)對傳統膜工藝濃水(shuǐ)的透過液回收率的限製,濃縮倍數增加,濃縮液的電導(dǎo)率(lǜ)可(kě)以提高到100000-120000μs/cm。由於產水回收率的增加導致了濃水體積的減少,因此(cǐ)也降低了後續膜濃縮液處理工藝的規模和(hé)運行費用。
RO特種膜對膜工藝濃(nóng)水中有機物、鹽度和水(shuǐ)的分離較徹底,透過液水質較好,COD和鹽度的去(qù)除率均可(kě)達到90%以上,因而透(tòu)過液可以直接排放或者進入(rù)生化處理工藝進一步處理,RO特種膜的濃縮液則進入MVR蒸發(fā)係統做蒸發結晶零排放處理。
MVR是機械壓縮式蒸發技術,它*大(dà)限(xiàn)度的利用二次蒸汽中的蒸發潛(qián)熱。借助MVR泵的作用,隻(zhī)需要輸入較少的(de)能量便可將低品位的蒸汽(qì)壓(yā)縮至較高飽和溫度的高品味蒸汽(qì),使得蒸汽能夠被循環使用。這(zhè)會比多效蒸發(fā)器(qì)節省大量能源。使用蒸發(fā)過程中產生的二次蒸(zhēng)汽進行壓縮,提高溫度後再返回用作蒸發熱源,可極大減少蒸汽消耗量。通過MVR處理後,濃縮液中的絕大部分水(shuǐ)進入冷凝液中,大量鹽分(fèn)和有機物析出成為殘渣,從而完成高濃度(dù)的各類(lèi)汙染物與水(shuǐ)相的徹底分離。
從原理上講“RO特種膜(mó)技術+MVR蒸發”組合工藝對傳統膜工藝廢水的有機汙染物和鹽度具有非常理想的去除效果,絕大部分汙染物和鹽(yán)度*終進(jìn)入MVR蒸發單(dān)元的殘渣中,因此 RO特種膜的透過液和MVR蒸發單元的冷凝液水質很好,可以直接回用或者(zhě)經過簡單的深(shēn)度處理後(hòu)回用。
四 電滲析
1. 電滲(shèn)析(xī)原理
在外加直流電場作用下,利用離子(zǐ)交換膜的透(tòu)過性(即陽膜隻允許陽離子透過,陰膜隻允許陰離子透過),使水中的陰、陽離子作定向(xiàng)遷移,從而達到水中的離子與水分離的一種物理(lǐ)化學過程。
原理是(shì):在陰極與陽極之間,放置著若幹交替排列的陽膜與陰膜,讓水通過兩膜及兩膜與兩極之間所形成的隔室,在(zài)兩端電極接通直通電源後,水中(zhōng)陰、陽(yáng)離子分別向陽極、陰極方(fāng)向遷移,由於陽膜、陰(yīn)膜的(de)選擇(zé)透過性,就形成了交(jiāo)替排列的離子濃度減少的淡室和離子濃度增加的濃(nóng)室。與此同時(shí),在兩電極上也發生著氧化還原反應,即電極反應,其結(jié)果是使(shǐ)陰極室因溶液呈堿性而結垢,陽(yáng)極室因溶液呈酸性而腐蝕(shí)。因此(cǐ),在電滲析過程中(zhōng),電能的消耗主要用來(lái)克服電流通過溶液、膜時所受到的阻力及電極(jí)反(fǎn)應。
電滲析裝置
電滲析器的構造包(bāo)括壓板、電極(jí)托板(bǎn)、電極、極框、陰膜、濃水隔板、淡水隔(gé)板等(děng)部件。將這些部件按一定順序組裝並壓緊,組成一定形式的電滲析器。電滲析器的輔助設(shè)備還包括水(shuǐ)泵、整流器等,組成了(le)電滲析裝置。
1電滲析器的構造(zào):電滲析(xī)器由膜堆、極(jí)區和壓緊裝置三部分構成。
1.1膜塊:是由相當數(shù)量膜對組裝而成。
膜對:是由一(yī)張陽離子交換膜,一張隔板甲(或乙);一張陰膜,一(yī)張隔(gé)板乙(或甲)組成。
離子交換膜:是電滲析器關鍵部件,其(qí)性能(néng)影響電滲析器的(de)離子遷移效率、能耗、抗汙染能力和使(shǐ)用期限等。其中膜的分類:按膜結構分為:異相膜、均相膜和半均相膜;按(àn)膜(mó)上活性基團不同分為:陽膜、陰膜和特種膜;按膜材料不(bú)同分為:有機(jī)膜和(hé)無機膜(mó)。
隔板:分濃、淡水隔板,交替放陰陽膜之(zhī)間,使陰膜和陽膜(mó)之間保持一定(dìng)間隔,隔板平麵(miàn)水流,垂直(zhí)隔板平麵(miàn)電流。隔板厚離0.9毫米。
1.2極區包括電極、極(jí)框和導水板。
電極(jí):為連接電源所用
極框:放置電極和膜之間,膜帖到電極上去,起支撐作(zuò)用。
1.3壓緊裝置:是用來壓緊電滲析器,使膜堆、電(diàn)極等部件形成一個整(zhěng)體,不致(zhì)漏水(shuǐ)。
2、組裝(zhuāng)方式:電滲析器組裝是用“級”和“段”來表示,一對電極之間膜堆稱(chēng)為“一級”。水流同向每一個膜稱為“一段”。增加段數就等(děng)於增加脫鹽流程,也就是(shì)提高(gāo)脫鹽效率,增加膜對數,可提高水處理量。
電滲(shèn)析器組裝方式可淡水產量和出水(shuǐ)水質不同要求而調整,一般有以下幾種組(zǔ)裝形式(shì):一級一段;一級多段(duàn);多段(duàn)一(yī)段;多級多段。
應用案例:
1、電(diàn)滲析在反滲(shèn)透濃水回用中的應用
隨著膜技術(shù)的快速發展,反滲透得到越來越廣泛的應用,但是反(fǎn)滲透製(zhì)純水生產過程(chéng)中會產生大量的濃水,如果濃水(shuǐ)得不到妥善處理而直接排放,必然會造成資(zī)源浪(làng)費及(jí)環境汙染。我公司采用電滲析工藝對反滲透(tòu)濃(nóng)水進行(háng)回收再利用,取得了良好的經濟效益和社會效益。
某熱電廠反滲透濃水回用工藝流程圖
本係統工藝主要采(cǎi)用原反滲透濃(nóng)水進入倒極電驅動膜(mó)分(fèn)離器係統(tǒng)+二級反滲透+EDI係統。回用水降到電(diàn)導率1000μS/cm後,進入反滲透係統,達到電導率5μS/cm以內,反滲透(tòu)產(chǎn)出淡水進(jìn)入EDI係統,反滲透產出濃水進入倒極電滲析係統。電滲析(xī)產出的濃水進入濃縮水箱。EDI產出濃水進入二級反滲透係統,EDI產出淡(dàn)水達到(dào)15MΩ,進入產(chǎn)水罐。采用本工藝(yì),既為企業解決了電廠鍋爐補給用水,又可使企業廢水達到零排放。
2、電滲析技術在高鹽高COD汙水中的應用
在醫藥中(zhōng)間體及化工廠生產過程中產出大量含有機物的高鹽(yán)汙(wū)水,該(gāi)汙水由於含(hán)鹽量太高,很難進行生化處(chù)理達到排放(fàng)或回用標準。
使用電滲析可以使鹽分下降至可生化(huà)標準,淡水進入生化。電滲析產出的含鹽汙(wū)水(shuǐ)經過電滲(shèn)析濃縮至(zhì)12%-15%以上,進入蒸發或MVR係統,*終達到零(líng)排放的目的,既為企業解決了高鹽廢水排放難題,又可以使水資(zī)源得到回收利(lì)用,節約(yuē)了資源,提高了企業的經濟效益。