鋼廠廢水零排放實(shí)踐與探索

劉奕杰

（中冶東方控股有限公司,內(nèi)蒙古包頭014010）

鋼廠廢水零排放實(shí)踐與探索

劉奕杰

（中冶東方控股有限公司,內(nèi)蒙古包頭014010）

通過(guò)對(duì)西部某鋼廠總排廢水處理及回用項(xiàng)目的總結(jié)，探討發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”技術(shù)是可行的，但需要解決工藝和管理上所面臨的諸多瓶頸和困難，來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”這一目標(biāo)。

鋼廠廢水；零排放；水量平衡；節(jié)水工藝；水處理技術(shù)

1 引言

近年來(lái)，水資源的短缺與水污染已經(jīng)成為制約一個(gè)地區(qū)或城市社會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的日益重視，結(jié)合創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要，鋼鐵企業(yè)也都加快了工業(yè)廢水處理和提高水循環(huán)利用及配套排水設(shè)施建設(shè)，以符合國(guó)家“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，并逐步實(shí)現(xiàn)廢水處理資源化利用，最終達(dá)到廢水“零排放”。

為實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”的目標(biāo)，各大鋼鐵企業(yè)近年來(lái)都在加緊改造舊有生產(chǎn)線及其循環(huán)水處理系統(tǒng)，對(duì)全廠水資源利用進(jìn)行全面系統(tǒng)的水量平衡，采用了大量先進(jìn)的節(jié)水工藝和水處理技術(shù)，通過(guò)各種節(jié)水措施的實(shí)施，將鋼廠廢水處理與資源化利用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

本文通過(guò)對(duì)西部某鋼廠總排廢水處理及回用項(xiàng)目的總結(jié)，探討實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”技術(shù)的可行性，以及實(shí)現(xiàn)“零排放”面臨的實(shí)際困難。

2 鋼廠的水量平衡

西部某鋼廠為大型特鋼企業(yè)，全廠包含原料場(chǎng)、球團(tuán)廠、石灰窯、燒結(jié)廠、焦化廠、煉鐵廠、煉鋼廠、軋鋼廠等工藝系統(tǒng)，以及制氧站、煤氣柜、空壓站、水處理等公輔系統(tǒng)。整個(gè)全廠生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，用水用戶的用水量和水質(zhì)需求也不盡相同，因此要實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”的目標(biāo)，首先要對(duì)全廠各用水用戶需求進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，對(duì)全廠的排水現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)的調(diào)查分析，對(duì)全廠水資源利用進(jìn)行全面系統(tǒng)的水量平衡。

通過(guò)調(diào)研，各系統(tǒng)根據(jù)各自水量、水壓、水質(zhì)需求的不同，基本都有自己的水循環(huán)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)均有一定量的新水補(bǔ)水量、軟水補(bǔ)水量和廢水排放量。該廠生產(chǎn)新水總補(bǔ)水量850 m3/h，生活水總用水量139 m3/h，廠區(qū)僅新區(qū)軟水補(bǔ)水量247 m3/h；全廠生產(chǎn)廢水總排放量507 m3/h，生活廢水總排放量110 m3/h，處理的初期雨水排水量125 m3/h。全廠排水系統(tǒng)為生產(chǎn)廢水、生活廢水及雨水合流制排水系統(tǒng)，廠區(qū)總排廢水量約為742 m3/h，遠(yuǎn)小于廠區(qū)總用水量，因此本項(xiàng)目將所有處理后的廢水全部回用，回用規(guī)模確定為614 m3/h，主要用途為工業(yè)循環(huán)冷卻水、綠化及雜用水，處理達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)回用用戶需求調(diào)研回用作為工業(yè)補(bǔ)充用水的水量為414 m3/h，回用作為軟水的水量為120 m3/h，回用作為生產(chǎn)雜用水（主要為高爐渣處理用水等）的水量為80 m3/h。詳見(jiàn)表1。

表1 某企業(yè)回用水量一覽表

3 先進(jìn)的節(jié)水工藝

現(xiàn)階段很多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用一些先進(jìn)的節(jié)水工藝來(lái)促進(jìn)廢水“零排放”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，其中主要是提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)、采用閉路循環(huán)供水系統(tǒng)及串級(jí)供水方式等幾種工藝方法。

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)因歷史原因循環(huán)水濃縮倍數(shù)普遍較低，而提高濃縮倍數(shù)，可降低補(bǔ)充水的用量，同時(shí)減少排污水量，進(jìn)而降低水處理成本。然而，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)也并非是越高越好，要在節(jié)約用水、處理效果和處理成本之間尋找最佳結(jié)合點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算在濃縮倍數(shù)等于4時(shí)，節(jié)水率（與直流水相比節(jié)約補(bǔ)充水量的百分?jǐn)?shù)）為98%，此后再進(jìn)一步提高濃縮倍數(shù)則節(jié)水率的增加幅度很小，當(dāng)濃縮倍數(shù)為無(wú)窮大時(shí)即在零排污的情況下，補(bǔ)充水量等于蒸發(fā)水量，節(jié)水率的極限值為98.5%。因此，將該廠循環(huán)水的濃縮倍數(shù)控制指標(biāo)提高到4～5是最合理的。

此外，在大型高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐及連鑄機(jī)等冷卻構(gòu)件熱負(fù)荷較高的冶煉設(shè)備上采用軟水閉路循環(huán)供水系統(tǒng)，大大降低了排污量和補(bǔ)充水量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。同時(shí)，在各生產(chǎn)系統(tǒng)之間采用串級(jí)供水方式，一水多用，把廢水消耗在使用過(guò)程中，也可減少外排廢水量。如要求低溫水的變壓器冷卻，冷卻回水可進(jìn)入溫度適合的其他凈環(huán)水系統(tǒng)；高爐聯(lián)合軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)中爐底冷卻后的軟水加壓供給爐體冷卻；制備軟水產(chǎn)生的濃鹽水供給燒結(jié)廠混料用水或高爐沖渣水等用戶。

4 前沿的水處理技術(shù)

目前，鋼鐵污廢水處理技術(shù)按其作用機(jī)理可分為三類，即物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法。

物理處理法系通過(guò)物理作用，分離、回收廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理過(guò)程中不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)。常用的方法有截留、過(guò)濾、沉淀、隔油、氣浮、離心分離、均和調(diào)節(jié)等。

化學(xué)法系通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)作用，來(lái)分離、回收廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物質(zhì)，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為無(wú)害物質(zhì)。常用的方法有加藥、電解、傳質(zhì)法（吸附、離子交換、膜分離、萃取、吹脫、汽提）等。

生物處理法系通過(guò)水微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解狀態(tài)、膠體狀體以及某些不溶解的有機(jī)甚至無(wú)機(jī)污染物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無(wú)害的物質(zhì)，從而使廢水得到凈化。此法也稱為生物化學(xué)處理法。常用的方法有活性污泥法（以A/O、A2/O、SBR、氧化溝、A-B法為代表）、生物膜法（以生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化、生物流化床、生物活性炭工藝為代表）、厭氧生化法、自然進(jìn)化處理（以氧化塘、土地處理為代表）等。

西部某鋼廠總排廢水處理及回用項(xiàng)目廢水的85%～90%是工業(yè)廢水，原廢水有機(jī)成分的含量很低，通過(guò)對(duì)本廠總排廢水水質(zhì)分析研究，經(jīng)過(guò)多個(gè)方案的篩選，本項(xiàng)目選擇了物理化學(xué)法處理工藝。物理化學(xué)法處理工藝流程見(jiàn)圖1：廢水先經(jīng)過(guò)粗格柵和細(xì)格柵兩道去除雜質(zhì)，分離后用柵渣壓榨機(jī)脫水后運(yùn)走，廢水繼續(xù)流到均質(zhì)調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)進(jìn)入處理構(gòu)筑物的水量及水質(zhì)，通過(guò)提升進(jìn)入輻流式沉淀池，投加混凝劑，使廢水中的懸浮物及重金屬離子得以去除，廢水再自流至高密度沉淀池，懸浮物在沉淀區(qū)中沉降，高密度沉淀池出水進(jìn)入V型濾池過(guò)濾，然后經(jīng)過(guò)消毒接觸池消毒，出水可作為工業(yè)補(bǔ)充水回用。部分處理后水再經(jīng)過(guò)深度處理（超濾及反滲透）可以作為廠區(qū)軟水補(bǔ)水回用，深度處理產(chǎn)生的濃鹽水送至雜用水池，作為高爐渣用水。所有流程產(chǎn)生的污泥送至污泥濃縮池，加藥改變污泥的比阻后，送至板框壓濾機(jī)脫水，然后送至污泥堆場(chǎng)，進(jìn)行妥善安置。

圖1某鋼廠物理化學(xué)法處理廢水工藝流程

該處理工藝為目前較為前沿的鋼鐵廢水處理工藝，而深度處理中的雙膜法（超濾及反滲透）也是當(dāng)

前較為前沿的水處理技術(shù)。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，本廢水處理及回用項(xiàng)目完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，消毒接觸池平均出水水質(zhì)：pH≈8.4,SS≈2.8 mg/L，CODCr≈27.3 mg/L，BOD5≈4.61 mg/L，油類≈0.32 mg/L，總堿度≈4.28 mg/L；反滲透平均出水水質(zhì)：總硬度≈0.1 mg/L，氯離子≈33.5 mg/L，硫酸鹽≈52.7 mg/L。主要污染物中的懸浮物和COD去除率分別達(dá)到了99.2%和91.6%，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)完全滿足各回用水用戶的工藝要求，為該廠實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 “零排放”面臨的瓶頸及解決方案

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，各大鋼鐵企業(yè)廢水“零排放”已經(jīng)成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但要真正實(shí)現(xiàn)“零排放”也要面臨很多困難和瓶頸。通過(guò)該廠廢水處理及回用項(xiàng)目的實(shí)踐，我們進(jìn)行了一些粗淺地總結(jié)：

①鋼鐵企業(yè)各生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)繁多復(fù)雜，進(jìn)行全面水量平衡比較困難，需要長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)詳實(shí)地科學(xué)調(diào)查研究，并進(jìn)行細(xì)致地分析計(jì)算比較。這就需要企業(yè)各級(jí)人員對(duì)前期水量平衡的調(diào)研工作足夠重視，各系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)人員通力配合，盡可能提供詳實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參數(shù)；

②對(duì)舊有循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)改造，可能會(huì)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)造成一定影響，這就需要提前做好升級(jí)改造規(guī)劃，不要因?yàn)樯a(chǎn)線更新造成的新的水量不平衡，進(jìn)行水量平衡計(jì)算時(shí)一定要考慮企業(yè)未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃；

③提高濃縮倍數(shù)，減少排污量，必須認(rèn)識(shí)到管道設(shè)備結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加，需要采取相應(yīng)的措施來(lái)降低這種風(fēng)險(xiǎn)。如采用先進(jìn)的加藥設(shè)備、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，執(zhí)行現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理方法，盡量減少管道設(shè)備的漏損，保證系統(tǒng)中水質(zhì)的穩(wěn)定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題癥結(jié)并快速解決；

④膜處理產(chǎn)生的濃鹽水需要找到合理的出路。這就要求廢水深度處理時(shí)要綜合考慮各系統(tǒng)用戶的需求，不盲目追求回用水水質(zhì)極端優(yōu)秀，控制好進(jìn)入膜處理工藝的水量，也就控制了濃鹽水的產(chǎn)量；條件許可的情況盡量讓原料廠料堆噴灑水、燒結(jié)廠混料用水、高爐沖渣水、煉鋼熱悶渣用水使用濃鹽水；

⑤焦化廢水等難處理廢水如混合進(jìn)入總排廢水處理廠會(huì)影響整體處理工藝和出水水質(zhì)，可能造成回用水不達(dá)標(biāo)等嚴(yán)重后果。因此，焦化廢水等難處理廢水最好單獨(dú)設(shè)置一套處理設(shè)施，如該鋼廠生產(chǎn)廢水中含有少量的焦化廢水（約20 m3/h），在焦化區(qū)域單獨(dú)設(shè)置了一套焦化廢水處理設(shè)施，采用生物流化床A/O/O組合工藝處理，經(jīng)處理后就近全部回用。

6 結(jié)論

綜上所述，實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌考慮規(guī)劃，需要進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研、理論分析和計(jì)算，做好全廠水資源利用的水量平衡，采用了大量先進(jìn)的節(jié)水工藝和水處理技術(shù)，大刀闊斧對(duì)舊有老化系統(tǒng)升級(jí)改造，積極掌握科學(xué)的生產(chǎn)管理方法。通過(guò)解決以上工藝和管理上所面臨的困難，實(shí)現(xiàn)鋼廠廢水“零排放”總體看是完全可行的。

[1]仲惟雷，彭立新.反滲透技術(shù)在鋼廠廢水零排放項(xiàng)目中的應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2011年11期.

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Practice and Exploration of Zero Discharge of Waste Water from Steelmaking Plants

LIU Yijie
(MCC Dongfang Holding Company Limited,Baotou,Inner Mongolia 014010,China)

Through discussion and summing up of the waste water treatment and recovery project of a steelmaking plant in West China,it was found that realizing the technology of waste water“zero discharge”was possible,but before achieving the“zero discharge”goal various bottlenecks and difficulties in process and management must be solved.

steelmakingwastewater;zerodischarge;balanceofwatervolume;water conservation process;water treatment technology

TQ085

B

1006-6764（2014）05-0068-03

2014-02-19

劉奕杰（1981-），男，內(nèi)蒙古包頭人，2004年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事給排水專業(yè)設(shè)計(jì)工作。