王 利 平

(太原鋼鐵(集團)有限公司，山西 太原 030003)

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談鋼鐵行業(yè)節(jié)水減排優(yōu)化思路

王 利 平

(太原鋼鐵(集團)有限公司，山西 太原 030003)

通過調(diào)研國內(nèi)重點鋼鐵企業(yè)用水情況，從提升生產(chǎn)補水水質(zhì)、建立完善用水模式、高效回用市政污水與苦咸水、自身污水資源化等方面，提出了鋼鐵企業(yè)的節(jié)水減排優(yōu)化思路，有利于實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

鋼鐵行業(yè)，節(jié)水減排，循環(huán)水系統(tǒng)，水質(zhì)

0 引言

鋼鐵工業(yè)是耗水大戶、水環(huán)境污染重戶。盡管用水成本在鋼鐵生產(chǎn)能源成本中占的比重很小，但水的使用不僅直接關系著鋼鐵生產(chǎn)的安全運行，而且還影響著鋼鐵生產(chǎn)成本。我國屬于全世界水資源嚴重短缺的國家和地區(qū)之一，目前正處于新鮮水水資源短缺、影響工業(yè)生產(chǎn)用水的被動局面。另外，由于生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的需求，鋼鐵生產(chǎn)對用水的水質(zhì)要求越來越高；而使用后的排水成分更加復雜，污染嚴重，導致污水處理的難度越來越大，成本提高。因此當前國內(nèi)的鋼鐵行業(yè)都非常重視企業(yè)的節(jié)水減排工作。

1 鋼鐵工業(yè)補水現(xiàn)狀

我國鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)補水種類主要包括：江河(包括水庫)水，地下水，地下淺層水，礦井滲透水，市政中水及淡化后的苦咸水(淡化海水)等。根據(jù)我國水資源分布特點，南方鋼廠的生產(chǎn)補水主要是江河、水庫水。北方鋼廠，有的地區(qū)有江河、水庫水；有的地區(qū)主要依靠自備地下水或市政地下水。北方部分地區(qū)地下水源非常匱乏，被迫使用未經(jīng)處理或簡單處理后的地下淺層水、礦井滲透水或市政中水等作為其生產(chǎn)補水。有的沿海地區(qū)鋼廠引用了淡化后的海水作為工業(yè)補水。

就全國鋼鐵生產(chǎn)補水的水質(zhì)情況來看，雖然大部分使用地表水或地下水，但由于近年來江河、湖泊水系均不同程度受到污染，取用的新鮮水源的水質(zhì)受到影響，加上利用其他水源水質(zhì)未能達到生產(chǎn)補水水質(zhì)要求(見表1)，部分地區(qū)的鋼廠其生產(chǎn)補水(或新鮮水)水質(zhì)較差(見表2)。

表1 工業(yè)補充新水水質(zhì)主要指標參考值

表2 國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)新水水質(zhì)(2013年—2015年)

2 鋼鐵行業(yè)節(jié)水減排優(yōu)化思路

2.1 提升或控制生產(chǎn)補水水質(zhì)

提升或改善生產(chǎn)補水水質(zhì)的途徑有：較差新水在源頭進行預處理；幾種水源混合勾兌，勾兌前將其中部分水源進行預處理；將廠區(qū)生產(chǎn)、生活污水經(jīng)過深度脫鹽處理，其出水與其他水源勾兌。經(jīng)過以上預處理或混合勾兌，最終將生產(chǎn)補新水水質(zhì)達到或超過如表1所示水質(zhì)標準。

2.2 實現(xiàn)工序高效循環(huán)用水

對于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來講，只有提高濃縮倍數(shù)，才能降低補、排水量，從而減少對環(huán)境的污染和廢水的處理量，降低冷卻水處理的成本[1]，實現(xiàn)水的高效使用。在循環(huán)水系統(tǒng)運行過程中，需保持水系統(tǒng)的四個平衡，即：水質(zhì)平衡、溫度平衡、壓力平衡和水量平衡。這四個平衡之間是相互關聯(lián)的，一個平衡的改變會影響到其他平衡。因此在水資源高效使用過程中，必需用平衡的觀念進行分析和研究。根據(jù)以上四個平衡原則，總結(jié)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化措施如下。

2.2.1 避免局部的串級用水

串級用水有時也被稱為梯級用水，主要指水質(zhì)較好的系統(tǒng)(如凈環(huán)系統(tǒng))的排水，作為水質(zhì)較差的系統(tǒng)(如濁環(huán)系統(tǒng))的補水。表面上看可以節(jié)約濁環(huán)系統(tǒng)的補水，但大部分鋼廠的串級用水，目前只是簡單的排水和補水的串聯(lián)，因上級循環(huán)水系統(tǒng)的排水被回收使用，而疏忽了用水管理；下級用水單元的補水量需求與上級單元的排水量不一定平衡，而且水量波動：量小不滿足、被迫增加新水補水，量大溢流浪費。另外，凈環(huán)系統(tǒng)投加的緩蝕阻垢等藥劑隨著排污大量流失，導致藥劑成本增加；濁環(huán)系統(tǒng)補水量過多時，處理水量增加，水處理成本提高；凈環(huán)系統(tǒng)與濁環(huán)系統(tǒng)水處理藥劑性能不同，影響水處理效果；濁環(huán)系統(tǒng)排污量增大，造成廠區(qū)整體排污水質(zhì)變差，增加污水處理廠的處理難度。

2.2.2 合理的小半徑循環(huán)、區(qū)域性治理

各循環(huán)水系統(tǒng)采用小半徑循環(huán)原則：對于水質(zhì)要求相差不大的水系統(tǒng)集中水質(zhì)穩(wěn)定處理并循環(huán)使用，不僅有利于水質(zhì)的穩(wěn)定控制、節(jié)約水處理成本，而且節(jié)省了水處理設施、蓄水池的占地。

但如果將兩個不同水質(zhì)要求的循環(huán)水系統(tǒng)放在一起，則會造成如下后果：按照高級用水的水質(zhì)標準進行處理的話，則整體水處理成本高，水系統(tǒng)的濃縮倍率降低，補排水水量浪費大；若按照低級用水的水質(zhì)標準進行處理，則用水系統(tǒng)的安全性降低，生產(chǎn)單元的水質(zhì)障礙大，影響生產(chǎn)效率。

2.2.3 避免夏季的摻?jīng)鼋禍?/p>

很多鋼廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在夏季存在摻?jīng)鼋禍氐那闆r，大量的補排水不僅增大了污水處理量，而且造成水資源浪費。

2.2.4 消除中水的低效回用

隨著鋼鐵企業(yè)節(jié)水工作的開展，很多鋼廠都投建了綜合污水處理廠，將廠區(qū)的污水收集、處理、回用，但如果是僅僅將處理后的污水作為中水回用，則并不能做到污水的高效回用。如果將中水直接作為循環(huán)水系統(tǒng)的補水，則將降低循環(huán)水的整體循環(huán)率，補排水水量增大。以新水和中水分別作為某循環(huán)水的補水，其補排水對比見表3。

表3 不同補水水質(zhì)情況下的補排水量對比

通過數(shù)據(jù)可以看出，中水的使用并沒有節(jié)約新水的用量，反而增大了系統(tǒng)的補水和排污量。

2.2.5 提高高級凈環(huán)系統(tǒng)補水水質(zhì)

對于電廠凈環(huán)、制氧凈環(huán)等高級凈環(huán)系統(tǒng)，對循環(huán)水質(zhì)要求較高，其水質(zhì)好壞影響到發(fā)電量和制氧產(chǎn)量，應適當補充一些軟水，以提高循環(huán)水水質(zhì)，提高水系統(tǒng)循環(huán)率。

2.2.6 減少水系統(tǒng)的蒸發(fā)與風損滲漏

廠區(qū)的生產(chǎn)用水主要用于蒸發(fā)冷卻，其生產(chǎn)補水中至少有一半被蒸發(fā)消耗或風損滲漏。循環(huán)水在降溫蒸發(fā)過程中，帶走了大量的熱能，廠區(qū)蒸發(fā)量的大小反映了廠區(qū)的熱能回收水平；而循環(huán)水風損與滲漏量的大小反映了廠區(qū)生產(chǎn)用水的管理水平。

2.2.7 部分濁環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)零排

如轉(zhuǎn)爐煤氣洗滌水系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌過程中大量粉塵和可溶性物質(zhì)溶入水中，造成循環(huán)水含鹽量升高，一般煤氣洗滌水的電導率可達到10 000 μs/cm。如果水系統(tǒng)存在排污情況，則排污水攜帶大量鹽分進入污水處理廠，造成廠區(qū)含鹽量升高。因此，對于濕法除塵水系統(tǒng)，除蒸發(fā)、風損以及污泥夾帶等水量流失，應基本做到閉路循環(huán)和零排污。

依上述分析，對循環(huán)水系統(tǒng)分不同水質(zhì)控制和不同水質(zhì)補水；循環(huán)水實行分質(zhì)排水，特殊成分的污水就地處理，避免最終的混合處理?？偨Y(jié)循環(huán)水濃縮倍率的實際經(jīng)驗，建議凈環(huán)水的濃縮倍率應控制在3～5，濁環(huán)水控制在2～4。

2.3 將生產(chǎn)污水分質(zhì)并深度處理，實現(xiàn)高效回用

2.3.1 案例說明

為解決水資源短缺，彌補生產(chǎn)新水量的緊缺，太鋼于2002年率先將廠區(qū)污水用膜處理系統(tǒng)進行脫鹽深度處理，處理后的出水全部替代新水：一部分兌入新水系統(tǒng)以減少新鮮水的外購量；另一部分成為兩級除鹽水，一級除鹽水勾兌入循環(huán)水系統(tǒng)；二級除鹽水用于冷軋清洗鋼板表面或作為制備鍋爐給水的原水。這種污水處理模式，已經(jīng)成為當前鋼鐵企業(yè)紛紛效仿的經(jīng)驗，現(xiàn)在國內(nèi)已有多家企業(yè)使用了污水處理深度脫鹽系統(tǒng)。

2.3.2 設計或改造污水深度脫鹽系統(tǒng)應注意的問題

1)大部分企業(yè)污水的排放采用混流制，因此改擴建綜合污水處理系統(tǒng)，需考慮將特殊成分的污水單獨處理，處理后的水質(zhì)達到膜處理的進水要求(電導率不高于4 000 μs/cm～5 000 μs/cm，COD不高于30 mg/L～40 mg/L等)。

2)污水深度脫鹽后的除鹽水須高效回用。無論勾兌新水，還是作為較高品質(zhì)除鹽水的原水，均要以替代新水為目標。

3)深度脫鹽處理產(chǎn)生的濃鹽水，之前均采取了稀釋外排的方式。從長遠發(fā)展來看，濃鹽水直接外排是不能允許的。目前濃鹽水消納的成功經(jīng)驗：其一，將濃鹽水作為高爐沖渣、燒結(jié)混料、料場灑水等補水，減少污水的外排；其二，將濃鹽水單獨儲存或外排，待零排放技術成熟時進一步深度處理。

2.4 高效回用非常規(guī)苦咸水

目前，國內(nèi)部分企業(yè)已經(jīng)將周邊市政污水或中水通過處理，高效回用于生產(chǎn)；有的沿海地區(qū)的鋼廠，已經(jīng)將淡化后的海水作為本廠的主要工業(yè)補水水源；也有的內(nèi)陸地區(qū)鋼廠，成功地利用了當?shù)氐V井滲透水、淺層地下水等非常規(guī)水源。這些苦咸水源的利用，直接緩解了部分地區(qū)水源匱乏的局面、解決了部分鋼廠工業(yè)新水水源不足的問題；在有效保障鋼鐵生產(chǎn)正常用水的同時，還將有利于緩解當?shù)厣姘l(fā)展與水資源匱乏的矛盾，對當?shù)厣鷳B(tài)保護和環(huán)境治理的貢獻也將非常可觀。因此，這方面的經(jīng)驗值得大家借鑒。

3 結(jié)語

為了實現(xiàn)節(jié)水減排的高效用水模式，就必須從補水水質(zhì)抓起；為了生存和發(fā)展，我們不能只是依賴大自然賦予我們的水資源，必須積極開發(fā)利用非常規(guī)苦咸水，在保證生產(chǎn)正常用水的同時，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

目前，國內(nèi)早已明確禁止開采或限制開采地下水。某些仍然把地下水作為主要水源的企業(yè)，如果還不著手開發(fā)利用苦咸水等非常規(guī)水源，企業(yè)的競爭力將受到挑戰(zhàn)，勢必面臨淘汰的危險。另外，外排污水的環(huán)保要求也愈加嚴格，有些排水因指標超標將被限制外排。因此，提升或完善污水處理流程，研究高效回用生產(chǎn)污水，將成為鋼鐵行業(yè)環(huán)保和節(jié)能工作的重中之重。污水綜合利用的成效，勢必成為鋼鐵行業(yè)市場競爭的關鍵因素。

[1] 周本省.工業(yè)水處理技術[M].北京：化學工業(yè)出版社,1999.

Optimization of water saving and emission reduction in iron and steel industry

Wang Liping

(TISCO, Taiyuan 030003, China)

Through the investigation on water using situation of domestic key steel enterprises, from promotion of enterprise make-up water quality, establishment and perfection water using mode, efficient reuse of municipal sewage and brackish water, its sewage resources and other aspects, put forward the water saving and emission reduction optimization ideas of iron and steel enterprises, conducive to realize the sustainable development of enterprises.

iron and steel industry, water saving and emission reduction, circulation water system, water quality

1009-6825(2016)34-0190-02

2016-09-27

王利平(1961- )，男，工程師

TU991.64

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