鋼廠廢水處理回用方法探討
——以福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司為例

王肖穎，崔秀琴

（三明學(xué)院，福建 三明 365001）

鋼鐵行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中扮演了重要的角色，也發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)作用。鋼廠是水資源消耗的重頭企業(yè)，鋼廠在煉鋼過程中會產(chǎn)生大量的廢水，而水，是工業(yè)命脈。鋼廠廢水如果排放量很大，不僅浪費(fèi)水資源，而且會推高生產(chǎn)成本，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，鋼廠有必要提高廢水的處理回用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡稱“三鋼”），本部位于福建省三明市，前身是福建省三明鋼鐵廠[1]，是福建省最大的鋼鐵生產(chǎn)基地和化肥生產(chǎn)基地[2]。眾所周知，鋼鐵生產(chǎn)是一個(gè)耗費(fèi)大量能源和水資源的過程：大量的水被應(yīng)用于冷卻、工藝過程及環(huán)境技術(shù)[3]。三鋼不僅僅用水量大，且廢水成分復(fù)雜。鋼鐵產(chǎn)量的逐年增長與水資源的過量使用、廢水大量排放的矛盾成為制約三鋼生產(chǎn)的主要矛盾之一。在解決擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模與壓減水資源消耗矛盾時(shí)，廢水處理回用成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。本文通過分析三鋼廢水回用技術(shù)，以期為鋼廠廢水處理工藝的選擇提供參考。

1 鋼廠廢水的來源及分類

鋼鐵從最初的鐵礦石選礦，到不斷地?zé)Y(jié)、煉鐵、煉鋼、軋制、熱處理及機(jī)械加工等工序最終得到成品，這一過程各個(gè)階段都會產(chǎn)生含有不同成分的廢水，如酸堿廢水、脫鹽水、含塵廢水、軟化水、焦化廢水、濃鹽水等。另外，在輔助生產(chǎn)工序中也會產(chǎn)生一些廢水，例如國內(nèi)高爐采用水沖渣法居多，連鑄采用傳統(tǒng)的水冷等，這些都要消耗且污染大量的水[4]。①燒結(jié)廢水。煉鋼中燒結(jié)工序產(chǎn)生的廢水主要來自于濕式除塵器排水、沖洗地坪、輸送帶的水以及設(shè)備冷卻水，通常含高懸浮物及燒結(jié)混合礦料，經(jīng)過處理后進(jìn)行回用可以減少對環(huán)境的危害，且沉淀濃縮后的污泥有較高的回收價(jià)值[5]。

②軋鋼廢水。軋鋼工序產(chǎn)生的廢水按照軋鋼工藝不同分為冷軋廢水和熱軋廢水，主要包括含酸廢水，含堿廢水，含鉻廢水，含油及乳化物廢水[5]。

③焦化廢水。焦化廢水主要來源于煉焦過程，其成分非常復(fù)雜，含有高濃度的酚、氨、多環(huán)芳烴、焦油、氰化物、硫化物等較難處理的污染物[6]。這類廢水若不妥善處理將對環(huán)境造成極大傷害。

④其他廢水。有設(shè)備與產(chǎn)品冷卻水，設(shè)備與場地清洗水等[7]，和脫鹽水、軟化水及純水制取設(shè)施產(chǎn)生的濃鹽水[8]等。

2 我國鋼鐵企業(yè)廢水處理現(xiàn)狀

我國傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)多未從源頭分質(zhì)收集產(chǎn)生的廢水，而是采用集中處理的方法。隨著鋼鐵企業(yè)節(jié)水意識的增強(qiáng)，鋼鐵企業(yè)逐漸使用分質(zhì)處理方法處理鋼廠廢水，把不同工藝中產(chǎn)生的各類污染物分別進(jìn)行處理。

當(dāng)前，我國鋼鐵工業(yè)污、廢水處理方法主要有物理處理法、生物處理法和化學(xué)處理法等。常用的物理處理法主要有混凝沉淀過濾、高級氧化、膜分離技術(shù)、藥劑軟化、樹脂吸附等；生物處理法主要有活性污泥、厭氧發(fā)酵、水解酸化、MBBR生物流化床、MBR技術(shù)、曝氣生物濾池等；化學(xué)處理法主要有催化濕式氧化、電化學(xué)氧化、臭氧氧化等。分質(zhì)處理常常綜合運(yùn)用這三類處理方法，例如常用的物理化學(xué)法，深度處理時(shí)再結(jié)合生物膜法、活性污泥法等生物處理方式，如唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司的水處理工藝主要使用高密度沉淀池→V型濾池→多介質(zhì)過濾器→MF→RO。下面介紹幾種特征污染物含量較高的鋼廠廢水常用處理回用方法。

①濃鹽水的處理回用。煉鋼過程中的濃鹽水主要源于制備煉鐵、煉鋼、連鑄等過程中所需要使用的脫鹽水、軟化水和純水[8]。目前，國內(nèi)一部分鋼廠的濃鹽水不做處理而直排，一部分大型鋼鐵企業(yè)使用脫鹽處理之后串級回用[8-10]。大部分制取脫鹽回水的鋼廠如太原鋼鐵集團(tuán)有限公司，即采用超濾系統(tǒng)結(jié)合反滲透系統(tǒng)[11-13]，將溶劑與水中的顆粒及大分子物質(zhì)進(jìn)行分離，再去除水中的溶解性物質(zhì)、礦物質(zhì)以及大分子有機(jī)物等，這個(gè)過程可以脫除水中大部分的鹽分。但由于原水內(nèi)部含有一定量的油和COD[7]，膜處理產(chǎn)生的濃鹽水很難在鋼鐵企業(yè)完全消化，太原鋼鐵集團(tuán)有限公司再通過蒸發(fā)結(jié)晶單元把高濃度鹽水進(jìn)行蒸發(fā)壓縮制成工業(yè)鹽，可將濃鹽水實(shí)施資源化、無害化回用處理[10]。有的鋼廠則使用臭氧活性炭工藝以控制鋼廠廢水的重污染物[14]。

②懸浮物的混凝沉淀處理回用。鋼廠中轉(zhuǎn)爐除塵廢水懸浮物含量高，一般采用物理處理法，即混凝→沉淀→過濾，通過物理的作用分離水中的污染物。具體步驟為：先利用重力的原理，將廢水導(dǎo)入粗顆粒分離裝置，去除大顆粒的懸浮雜質(zhì)，然后導(dǎo)入沉淀池中，往其中投加絮凝劑使懸浮物沉淀，最后再用格柵、濾網(wǎng)等設(shè)備將其過濾。常用的混凝劑主要有無機(jī)混凝劑鋁系聚合氯化鋁(PAC)和鐵系聚合硫酸鐵(PAS)，有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)等。通?？梢詫AM作為助凝劑配合鋁鹽和鐵鹽使用，以提高混凝效果。鋁鹽絮凝劑適應(yīng)范圍廣，對于污染嚴(yán)重或者低濁度、高濁度、高色度的原水都可以達(dá)到良好的混凝效果，且水溫低時(shí)仍可以保持穩(wěn)定的混凝效果。絮凝法因其成本相對較低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡便，在鋼廠廢水處理中廣泛使用[15]。

③煉鋼過程中焦化廢水的處理回用。焦化廢水中含有大量難降解有機(jī)物，是典型難處理的高濃度有機(jī)廢水，其中典型特征污染物是COD和氨氮。中國首鋼集團(tuán)試用兩級電催化氧化+電絮凝+電氣浮+超濾+反滲透深度處理工藝，去除率較好但運(yùn)行成本偏高[16-17]。安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司試將生化處理后的焦化廢水添加芬頓試劑氧化并輔以混凝法、臭氧催化氧化的方法，效果好但還需研究添加各類有機(jī)混凝劑的比例與企業(yè)效益之間的關(guān)系[18-19]。寶山鋼鐵股份有限公司采用AOAO工藝加物化芬頓及混凝過濾處理，效果明顯。鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司采用AAOO生化處理+多介質(zhì)過濾+臭氧催化氧化+曝氣生物濾池，去除效果良好但成本較高[20]。目前國內(nèi)焦化廢水主要使用的還是生化處理法，化學(xué)氧化法因成本問題還處于實(shí)驗(yàn)階段。

3 三鋼廢水循環(huán)利用

三鋼建于1958年，經(jīng)過60多年的發(fā)展，目前已形成年產(chǎn)鋼1 100萬噸和以鋼鐵業(yè)為主、多元產(chǎn)業(yè)并行的跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨所有制的大型企業(yè)集團(tuán)。目前，三鋼有65孔焦?fàn)t2座，年產(chǎn)冶金焦炭90萬噸，燒結(jié)產(chǎn)能320萬噸，350 m3高爐2座，380 m3高爐1座，1 000 m3高爐1座，年產(chǎn)生鐵210萬噸，年產(chǎn)鋼250萬噸，連續(xù)式棒材軋機(jī)生產(chǎn)線1條，年產(chǎn)12～32 mm螺紋鋼100萬噸，高速線材生產(chǎn)線2條，年產(chǎn)高速線材110萬噸，企業(yè)形成250萬噸鋼綜合生產(chǎn)能力[1]。三鋼生產(chǎn)包括焦化、煉鐵、煉鋼、燒結(jié)、軋鋼等生產(chǎn)工序，故產(chǎn)生的廢水成分較為復(fù)雜，含有鉛、鋅、鐵、酚、氰、懸浮物等多種污染物[21]。近年來，三鋼走節(jié)水治水型道路，2003年建成三鋼水處理中心，2020年建成三鋼北區(qū)調(diào)節(jié)池，中心主控管理房設(shè)有在線監(jiān)控裝置，監(jiān)控進(jìn)水流量及外排流量。三鋼的水資源經(jīng)過改造已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了循環(huán)再利用，工業(yè)廢水重復(fù)利用率達(dá)到96.42%，排放達(dá)標(biāo)率為100%[22]。由于廢水不斷減少，目前三鋼的實(shí)際日處理量約為5.0萬噸，處理后的中水大部分供焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工序重復(fù)使用，日回用中水約4.1萬噸，外排水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

以三鋼焦化廠為例，三鋼焦化廠廢水處理系統(tǒng)配套接收本廠的蒸氨廢水，已經(jīng)升級為除油+生化（兩級A/O）+懸浮物混凝沉淀+電催化氧化深度處理四個(gè)階段。預(yù)處理階段，先對其通過隔油池、調(diào)節(jié)池及浮選池，再加入聚合氯化鋁進(jìn)行混凝沉淀，然后通過渦凹?xì)飧C(jī)去除固體懸浮物、油脂及沉淀后的膠狀物等雜質(zhì)，再通入預(yù)曝氣池進(jìn)行曝氣。生化（兩級A/O）階段，在一級好氧池階段加入活性炭以提高生化處理效率。兩級二沉池分離出的活性污泥，一部分進(jìn)行回流重復(fù)利用，一部分外排至后續(xù)處理工序。后處理階段，生化段出水通入流化床裝置，再通入混合反應(yīng)池，通過添加硫酸亞鐵作為絮凝劑進(jìn)行混凝沉淀，再通入催化氧化反應(yīng)池，其中產(chǎn)生的生化污泥和化學(xué)污泥通入污泥濃縮池，脫水后運(yùn)走。最后深度處理階段，采用電催化氧化處理，使用EP-凱森電化學(xué)污水處理裝置，利用電解過程中的一系列物理、化學(xué)和電化學(xué)氧化反應(yīng)，強(qiáng)力高效地去除污水中的COD、氨氮、色度、氣味等。處理后水送至自動(dòng)加水裝置、除塵濁循環(huán)水及送至燒結(jié)廠進(jìn)行循環(huán)利用。這一工藝的優(yōu)點(diǎn)，一是廢水經(jīng)過蒸氨之后才進(jìn)入處理系統(tǒng)，能有效避免氨氮指標(biāo)波動(dòng)對系統(tǒng)造成影響。二是采用了兩級生化串聯(lián)工藝。三是壓泥系統(tǒng)為疊螺機(jī)壓泥。

4 總結(jié)與展望

鋼鐵產(chǎn)業(yè)仍是推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，而鋼廠廢水處理水平是影響鋼鐵企業(yè)發(fā)展的重要因素，是全社會普遍關(guān)注的問題，具有廣闊的發(fā)展前景。目前我國鋼廠廢水主要存在以下的問題：①有的鋼廠并未對產(chǎn)生的廢水進(jìn)行分質(zhì)收集，使得綜合處理廢水的難度加大。②冷軋廢水含鹽量較高，導(dǎo)致其回用率較低。③鋼廠廢水成分復(fù)雜，其中的有機(jī)物、鹽分等污染物會導(dǎo)致膜污染，造成膜壽命縮短；氯離子造成設(shè)備腐蝕和損壞，制約了深度處理，提高了處理成本。④污水反滲透脫鹽后還會產(chǎn)生濃鹽水，目前還存在較大處理困難。

建議：①可以強(qiáng)化串級用水，對循環(huán)水進(jìn)行串序使用，分質(zhì)供水，以減少排污量，提高水資源的循環(huán)利用率。②收集雨水至回收池回用，提高雨水利用率。③提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，或是請相關(guān)科研中心指導(dǎo)企業(yè)改良工藝方法，提高節(jié)水技術(shù)。④提高鋼廠管理水平，監(jiān)控管理水資源利用，優(yōu)化用水制度及排水制度等。