鋼鐵企業(yè)節(jié)水探討

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鋼鐵企業(yè)節(jié)水探討

于學(xué)鋒

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東青島266555）

【摘要】鋼鐵企業(yè)是用水大戶，在當(dāng)前水資源嚴(yán)重短缺和水污染防治要求日趨增高的壓力下，各大鋼鐵企業(yè)均采取了有效的節(jié)水措施，噸鋼耗新水量逐年下降，鋼鐵企業(yè)在節(jié)水及污染治理上取得了巨大進(jìn)步，但在管理上、技術(shù)上仍然存在一些瓶頸問題，如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)節(jié)水、廢水零排放已成為一個(gè)整體生產(chǎn)工藝改進(jìn)、管理體制改進(jìn)的綜合性問題，需要從社會(huì)及企業(yè)等多方面著手解決。

【關(guān)鍵詞】鋼鐵企業(yè);節(jié)水技術(shù);廢水零排放;鹽平衡

1　用水現(xiàn)狀

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，水資源總量27957.9億m3[1]，人均水資源占有量為2043.7m3，不足世界平均水平的1/3，另一方面隨著工業(yè)化的進(jìn)程加快了水體污染，2013年全國(guó)污廢水排放總量775億m3[2]，可供人類利用的淡水資源日趨減少，目前水荒覆蓋面幾乎遍及全國(guó)。尤其是北方地區(qū)缺水問題相當(dāng)嚴(yán)重，水荒已成為困擾城市發(fā)展及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的一個(gè)重要問題。鋼鐵企業(yè)是用水大戶，對(duì)于鋼鐵企業(yè)噸鋼耗新水指標(biāo)、污染物排放指標(biāo)已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)入圍條件，新水費(fèi)用及排污費(fèi)用已成為重要生產(chǎn)成本，隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，將直接影響企業(yè)生存和發(fā)展。

近年來(lái)國(guó)家為解決節(jié)水、水污染等節(jié)能環(huán)保的問題頒布了一系列的法規(guī)、行業(yè)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鋼鐵企業(yè)用水及污染治理要求日趨增高?！豆?jié)水型企業(yè)鋼鐵行業(yè)》要求新建、改建企業(yè)噸鋼取水量小于4.2 t，2012年實(shí)施的《鋼鐵工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)鋼鐵工業(yè)污染物排放指標(biāo)及噸產(chǎn)品排放污水量提出了更高的要求。近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的要求及水處理技術(shù)水平的不斷提高，鋼鐵企業(yè)在節(jié)水及污染治理上取得了巨大進(jìn)步，噸鋼耗新水指標(biāo)逐年降低，2005年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)噸鋼耗新水量8.6t[3]，2014年噸鋼耗新水量降低到3.41t[4]。各鋼鐵企業(yè)積極在進(jìn)行廢水零排放的改造，目前在污水處理回用中遇到了回用工藝用戶用水指標(biāo)要求高，焦化廢水、脫硫廢液、濃鹽水不能完全利用，濃鹽水處理噸水治理費(fèi)用高，濃鹽水結(jié)晶鹽出路等一系列瓶頸問題。尤其在當(dāng)前鋼鐵市場(chǎng)不景氣的情況下，在廢水零排放方面，昂貴的濃鹽水結(jié)晶治理成本使得企業(yè)難以承受。解決鋼鐵企業(yè)節(jié)水、防治污染實(shí)現(xiàn)廢水零排放已不只是水處理技術(shù)提高的技術(shù)問題，而是上升到一個(gè)整體生產(chǎn)工藝改進(jìn)、管理體制改進(jìn)的綜合性問題。

2　常用的節(jié)水技術(shù)措施及節(jié)水技術(shù)瓶頸

各大鋼鐵企業(yè)均采取了分質(zhì)供水技術(shù)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)、非常規(guī)水源利用等技術(shù)手段，以達(dá)到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策要求及環(huán)保要求。

2.1分質(zhì)供水技術(shù)

分質(zhì)供水技術(shù)就是根據(jù)用戶對(duì)水質(zhì)要求不同，將不同水質(zhì)的水單獨(dú)建設(shè)管網(wǎng)供用戶使用的供水技術(shù)。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的工藝流程長(zhǎng)、用水量大、用戶多、各用戶的用水要求不同，為分質(zhì)供水實(shí)現(xiàn)廢水零排放提供了先天的有利條件。例如鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的選礦、料場(chǎng)噴灑、燒結(jié)混配料、高爐沖渣等工藝對(duì)水質(zhì)要求不高，為濃鹽水、焦化廢水的利用提供了出路。目前大多數(shù)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)均采用了分質(zhì)供水技術(shù)，將生產(chǎn)新水、軟化水、除鹽水、中水以及焦化廢水、濃鹽水單獨(dú)建設(shè)管網(wǎng)，分別供給不同用戶使用，達(dá)到了減少污水排放節(jié)省用水的目的。對(duì)于1座新建400萬(wàn)t/年的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)日均用水量約6伊104m3/d，用水量巨大，面對(duì)當(dāng)前缺水的現(xiàn)狀分質(zhì)供水是我國(guó)鋼鐵企業(yè)做大、做強(qiáng)的必然選擇[5]。

2.2循環(huán)冷卻節(jié)水技術(shù)

循環(huán)冷卻水是鋼鐵企業(yè)的最大用水戶，循環(huán)水的損失占噸鋼新水耗量的絕大部分，循環(huán)冷卻水的損失有蒸發(fā)損失、系統(tǒng)排污損失、風(fēng)吹損失、滲漏損失，采取措施減少循環(huán)水的水量損失是鋼鐵企業(yè)節(jié)水的重中之重。

2.2.1串級(jí)用水技術(shù)

串級(jí)用水是水處理技術(shù)中最簡(jiǎn)潔、最經(jīng)濟(jì)的一種技術(shù)，是利用不同用戶對(duì)水溫、水質(zhì)的差異，實(shí)行串聯(lián)用水，水質(zhì)或水溫要求高的用戶使用后的水不直接回到水處理設(shè)施中處理，而是轉(zhuǎn)送到其它對(duì)水質(zhì)、水溫要求不高的用戶繼續(xù)使用，以達(dá)到減少水處理構(gòu)筑物、節(jié)省占地、節(jié)約能源、減少污染的目的，已被廣泛采用。例如高爐聯(lián)合閉路系統(tǒng)的爐體冷卻水串級(jí)供給風(fēng)口套及熱風(fēng)閥使用，轉(zhuǎn)爐濕法除塵二文水串級(jí)供給一文使用，間接冷卻排污水串級(jí)供給直接冷卻用戶使用等，串級(jí)用水技術(shù)在節(jié)水及環(huán)境保護(hù)中起到了重大作用，有效的降低了噸鋼水耗、減少了污水排放。

2.2.2高濃縮倍率技術(shù)

提高循環(huán)水的濃縮倍率可以有效的減少排污水量，從而減少補(bǔ)充新水量。在系統(tǒng)補(bǔ)充水中勾兌軟化水或除鹽水降低補(bǔ)充水中的硬度及含鹽量，提高補(bǔ)充水水質(zhì)可以提高濃縮倍率，由于軟水、除鹽水制水成本高，需要進(jìn)一步研發(fā)節(jié)約成本的新工藝。采用高效的水質(zhì)穩(wěn)定藥劑，提高循環(huán)水中的極限硬度、含鹽量等也能夠有效提高循環(huán)水濃縮倍率。但濃縮倍率的提高與節(jié)約補(bǔ)充水不成正比，當(dāng)濃縮倍率達(dá)到一定值時(shí)，再提高濃縮倍率節(jié)水效果不明顯，同時(shí)由于濃縮倍率越高則對(duì)補(bǔ)充水的水質(zhì)要求越高，濃縮倍率過(guò)高會(huì)造成水系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本升高，具體取值可根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)新水水質(zhì)確定，一般建議3耀5。以循環(huán)水量1000 m3/h，溫差10益的循環(huán)水系統(tǒng)為例，濃縮倍率與節(jié)水效果見表1。

表1　濃縮倍率與節(jié)水效果表

2.2.3節(jié)水冷卻設(shè)備

循環(huán)水損失中蒸發(fā)損失占比最大，目前間接冷卻開式系統(tǒng)和直接冷卻開式系統(tǒng)廣泛采用的冷卻設(shè)備——冷卻塔水量蒸發(fā)大、飄水率很高，如濃縮倍率按3計(jì)算，冷塔蒸發(fā)、飄水損失約占循環(huán)水補(bǔ)充水量的70%，因此節(jié)約用水必經(jīng)之路是選擇節(jié)水型冷卻設(shè)備。目前空冷卻器是最節(jié)水的一種冷卻設(shè)備，已在電廠中大量使用，此設(shè)備不需要二次冷卻水，沒有蒸發(fā)損失，但存在降溫效果差的問題，滿足不了部分生產(chǎn)工藝低水溫的冷卻要求。蒸發(fā)式空冷器是一種結(jié)合風(fēng)冷與水蒸發(fā)冷卻的冷卻設(shè)備，蒸發(fā)式空冷器是一種很好的節(jié)水型冷卻設(shè)備，在間接密閉冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中大量應(yīng)用，目前在新疆、內(nèi)蒙等缺水的治金企業(yè)的間接開路系統(tǒng)中也有采用，有研究表明選用蒸發(fā)式空冷器比選用普通冷卻塔可節(jié)省30%的補(bǔ)充水。另外熱泵技術(shù)已經(jīng)在城市供熱等多個(gè)領(lǐng)域使用，如將這一技術(shù)作為冷卻技術(shù)引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，不僅能夠有效利用生產(chǎn)過(guò)程中的余熱還可以減少循環(huán)冷卻水的蒸發(fā)損失，有效節(jié)水，是未來(lái)循環(huán)冷卻設(shè)備的一個(gè)發(fā)展方向。

2.3非常規(guī)水源利用

在噸鋼耗新水指標(biāo)的壓力下鋼鐵企業(yè)均采用了開發(fā)利用非常規(guī)水源，建設(shè)綜合污水處理廠將鋼鐵企業(yè)排放的污水處理后回用，開發(fā)城市中水資源，沿海鋼廠利用海水冷卻、建設(shè)海水淡化廠將淡化的海水作為鋼廠的生產(chǎn)新水使用。

目前大部分鋼廠均建設(shè)了綜合污水處理廠，將鋼廠各工序排放的污廢水全部處理后回用，部分經(jīng)沉淀、過(guò)濾處理后的中水作為綠化等用戶用水，部分經(jīng)軟化、除鹽等深度處理的污水回用到鍋爐、循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水等高水質(zhì)用戶使用，綜合污水處理廠的建設(shè)一方面減少了排污，另一方面開辟了新的水源有效的降低了噸鋼新水耗量，是完成國(guó)家十二五產(chǎn)業(yè)政策噸鋼耗新水4 t的有力保證。

還有部分鋼鐵企業(yè)將城市中水引入廠區(qū)進(jìn)行深度處理，處理后供用戶使用，唐鋼、太鋼均大量的引入了城市污水，其中太鋼[6]利用城市污水4.3伊104m3/ d，利用城市中水2伊104m3/d，約占總補(bǔ)充水量的47%。

部分沿海鋼廠采用海水直接冷卻、或海水淡化供生產(chǎn)新水使用，首鋼京唐鋼鐵公司2013年利用淡化海水1664伊104m3，淡化水供應(yīng)量已超過(guò)企業(yè)總用水量的一半[7]。

2.4節(jié)水技術(shù)瓶頸

2.4.1焦化廢水

鋼鐵企業(yè)中的焦化工序產(chǎn)生的廢水中含有酚類、苯類及吡啶類等多種有機(jī)化合物[8]，通常的處理工藝為：焦化廢水經(jīng)過(guò)除油、水質(zhì)均和、事故調(diào)節(jié)等預(yù)處理后再經(jīng)過(guò)生化處理去除配氰等有機(jī)物，為達(dá)到回用目的還需要進(jìn)行高級(jí)氧化、超濾、反滲透等深度處理，處理后的水回用，產(chǎn)生的濃液水排放。濃液水中含有大量難降的有毒有害物質(zhì)，目前沒有較好的處理方法，通常用作高爐水沖渣，對(duì)高爐沖渣的周邊的大氣環(huán)境有較大影響，同時(shí)對(duì)于高爐渣回收利用產(chǎn)生影響，并不是一個(gè)理想的處理方式。

2.4.2脫硫廢水及濃鹽水

鋼鐵企業(yè)熱電廠及燒結(jié)等余熱發(fā)電脫硫工藝產(chǎn)生脫硫廢水，脫硫廢水主要特點(diǎn)是高懸浮物、高含鹽量、高硬度、高粘度、pH偏低，懸浮物和含鹽水均在10000 mg/L，同時(shí)含有Hg、Pb、Ni、Hs、As、Cd、Cr等重金屬離子和氟化物，還含有部分有機(jī)污染物。

鋼鐵企業(yè)中廢水處理系統(tǒng)、鍋爐等高水質(zhì)用戶的軟化工藝及除鹽工藝產(chǎn)生濃鹽水，這部分濃鹽水如直接回用到循環(huán)水會(huì)引起循環(huán)水系統(tǒng)鹽富集，影響工藝設(shè)備運(yùn)行，因此為保證整個(gè)企業(yè)循環(huán)水中的鹽平衡，需要將這部分濃鹽水送燒結(jié)混配料、原料場(chǎng)灑水降塵、高爐沖渣、煉鋼渣處理等用戶消耗，從而將生產(chǎn)新水及生產(chǎn)工序帶入的鹽分從系統(tǒng)中排出。但從實(shí)際運(yùn)行情況看大部分企業(yè)濃鹽水是富余的，不能全部在工序中消耗掉，尤其在沒有燒結(jié)、高爐等工序的鋼鐵企業(yè)中情況更差。

如要求企業(yè)做到生產(chǎn)廢水零排放，目前的脫硫廢水和濃鹽水處理工藝非常復(fù)雜，需要利用濃水反滲透膜進(jìn)行濃縮，再進(jìn)行軟化處理、正滲透處理，甚至需要進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。建設(shè)成本和運(yùn)行成本均比較高，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽成份復(fù)雜，難于再利用。

3　節(jié)水管理體制上的進(jìn)步及存在問題

近年來(lái)為節(jié)約能源各大鋼鐵企業(yè)均建設(shè)了能源管控中心，能源管控中心是一項(xiàng)融合自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的管控一體化解決方案[9]，能源管控中心是鋼鐵企業(yè)用水的管理部門，在節(jié)約用水方面起到兩方面的作用，其一，是通過(guò)采集水量、水質(zhì)等在線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)合理的用水調(diào)度，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)企業(yè)水的生產(chǎn)、供應(yīng)和管控；其二，根據(jù)生產(chǎn)情況向用水工序下達(dá)用水控制指標(biāo)，及時(shí)對(duì)生產(chǎn)工序的用水進(jìn)行成本核算。鋼鐵企業(yè)能源管控中心的建立有效的節(jié)約了生產(chǎn)用水，是能源管理上的一大進(jìn)步。但一些企業(yè)在思想意視上及水系統(tǒng)管理模式上依然存在一些不利于節(jié)水的問題。

(1)當(dāng)?shù)卣疄榕浜蠂?guó)內(nèi)一些大型鋼鐵企業(yè)項(xiàng)目的建設(shè)均給予了一定的水資源使用優(yōu)惠政策，使水資源成本占噸產(chǎn)品成本比例較小，企業(yè)要發(fā)展必須是利潤(rùn)最大化，因此節(jié)約用水及減少污染還沒有得到企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)的重視。

(2)能源中心未能有效發(fā)揮作用，在一些企業(yè)中動(dòng)力廠歸屬能源中心，使得能源中心即作為能源的生產(chǎn)部門又作為能源的管理部門，對(duì)各生產(chǎn)工序既是服務(wù)部門又是管理考核部門，在利潤(rùn)最大化的市場(chǎng)前提下最終是重服務(wù)輕管理考核，發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。

(3)部分企業(yè)為減輕主線工序負(fù)擔(dān)，同時(shí)考慮水系統(tǒng)集中管理并利于水處理技術(shù)的提高將主線工序的循環(huán)水處理系統(tǒng)統(tǒng)一由動(dòng)力廠進(jìn)行管理，動(dòng)力廠作為循環(huán)水的管理者成為了

4　小結(jié)

面對(duì)日趨嚴(yán)峻的水資源短缺及水污染防治問題，鋼鐵企業(yè)節(jié)水需要從多方面著手解決。從社會(huì)層面講鋼鐵工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)命脈不可或缺的重要組成部分，政府在對(duì)鋼鐵企業(yè)進(jìn)行環(huán)保監(jiān)管的同時(shí)需要切實(shí)幫助企業(yè)解決節(jié)水、水污染防治方面的技術(shù)瓶頸及資金投入問題，組織研發(fā)新的節(jié)水或不用水的冶金工藝以及低成本廢水處理新工藝，保證鋼鐵企業(yè)健康發(fā)展，使得鋼鐵企業(yè)更好的服務(wù)社會(huì)。從企業(yè)層面講，在思想意識(shí)方面，企業(yè)在追求利潤(rùn)的同時(shí)要注重社會(huì)責(zé)任，不斷提高節(jié)水及水污染防治意識(shí)；在管理上要盡快建立有利于節(jié)水的管理體制，糾正管理考核錯(cuò)位的制度；在技術(shù)角度企業(yè)需要從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，一方面不斷開發(fā)和利用新的節(jié)水水處理技術(shù)，尋找濃鹽水、焦化廢水處理的新途徑，解決瓶頸問題，另一方面需要進(jìn)一步開發(fā)干法除塵等節(jié)水生產(chǎn)工藝，從源頭節(jié)水。

[參考文獻(xiàn)]

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自動(dòng)化

A Discussion on Water Saving in Steelmaking Enterprises

Yu Xuefeng

(MCC BERIS Engineering and Research Corporation, Qingdao, Shandong 266555, China)

[Abstract]As big water consumers, steelmakers have been taking effective measures to save water under severe water resource shortage and increasing social demand on water pollu原tion treatment and made great progress in water saving and treatment, with water consumption per ton of steel falling year by year. There are, however, some bottlenecks in the aspects of management and technology; and how to further achieve water saving and zero wastewater discharge has become a comprehensive issue of production process upgrading and management structure improvement, which needs to be solved by both the whole society and steelmaking enterprises.

[Keywords]steelmaking enterprise; water saving technology; zero wastewater discharge; salt balance

作者簡(jiǎn)介:于學(xué)峰(1978-),男,大學(xué)本科學(xué)歷,高級(jí)工程師,現(xiàn)從事給排水設(shè)計(jì)工作。

收稿日期:2015-09-02

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）12-0053-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】TF085