李東升

（酒鋼集團(tuán)榆中鋼鐵有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730100）

鋼鐵工業(yè)是用水量較大的行業(yè)之一，其廢水的排放對環(huán)境和水資源造成嚴(yán)重影響。廢水處理回收利用可以減少鋼鐵工業(yè)對水資源的消耗，降低用水成本，同時保護(hù)水資源和環(huán)境。隨著國家不斷推進(jìn)環(huán)保政策的實施，鋼鐵企業(yè)面臨著更大的環(huán)保壓力和更嚴(yán)格的排污要求，實行廢水處理回收利用是其可持續(xù)發(fā)展的必要條件之一。鋼鐵工業(yè)廢水處理回收利用的必要性越來越明顯，也是企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

1 廢水綜合利用的意義

廢水是指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市等各個領(lǐng)域排放的含有有害物質(zhì)的水。廢水中的污染物質(zhì)不僅會污染地下水、河流和海洋等自然資源，還會對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成極大威脅。因此，對廢水進(jìn)行綜合利用是保護(hù)環(huán)境和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段[1]。

首先，廢水綜合利用有助于保護(hù)水資源，通過廢水綜合利用，我們可以將其中有用的物質(zhì)提取出來，減少對自然水資源的開采和消耗，從而保護(hù)水資源的可持續(xù)利用。其次，廢水綜合利用有助于促進(jìn)資源循環(huán)利用，廢水中含有許多有用的物質(zhì)，如氨氮、磷酸鹽、鉀等。這些物質(zhì)可以通過綜合利用的方式進(jìn)行回收，再次利用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中。通過這種方式，可以有效減少對原材料的消耗和浪費(fèi)，降低資源的開采成本，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。廢水綜合利用還有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，廢水中的污染物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境的影響是不可忽視的，這些污染物質(zhì)會對土壤、植被和野生動物等造成極大危害[2]。而通過廢水綜合利用，可以將其中的有用物質(zhì)提取出來，減少對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。除此之外，廢水綜合利用有助于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。廢水綜合利用可以提高企業(yè)的資源利用效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，從而提高企業(yè)的競爭力和盈利能力；還可以促進(jìn)新技術(shù)和新產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，推動環(huán)保技術(shù)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動力。

2 廢水處理回用的技術(shù)方法

隨著工業(yè)化和城市化的加速發(fā)展，水資源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，如何對廢水進(jìn)行綜合利用已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點問題。廢水綜合利用是指將含有有用物質(zhì)的廢水進(jìn)行處理，將其中的有用物質(zhì)提取出來進(jìn)行回收利用，同時將廢水中的污染物質(zhì)降解掉，以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。

2.1 物理方法

2.1.1 沉淀法

沉淀法是廢水綜合利用中的一種物理方法，是指通過使廢水中的污染物質(zhì)與沉淀劑發(fā)生反應(yīng)，使污染物質(zhì)形成沉淀并分離的過程。沉淀劑通常是一種能與廢水中的污染物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并形成不溶性物質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)。在一定的條件下，如調(diào)節(jié)pH值、溫度等，可以使污染物質(zhì)與沉淀劑發(fā)生反應(yīng)，形成沉淀后被分離出來，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。常用的沉淀劑有氫氧化鈣、氯化鐵、硫酸鋁等，不同的沉淀劑適用于不同類型的廢水處理。沉淀法適用于處理廢水中含有大量懸浮物和濁度高的水體，可用于處理工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水等。沉淀法具有操作簡便、成本低、處理效果好等優(yōu)點，但也存在一些缺點，如反應(yīng)時間長、沉淀劑投加量難以控制等。相關(guān)人員在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況選擇合適的沉淀劑，并優(yōu)化處理參數(shù)，以提升沉淀效果和降低處理成本[3]。

2.1.2 過濾法

過濾法是廢水綜合利用中的一種物理方法，是指使廢水通過過濾材料，將其中的固體顆粒和懸浮物質(zhì)進(jìn)行分離的過程。過濾法的原理是利用過濾材料的孔隙和表面作用將廢水中的懸浮物質(zhì)攔截下來，從而實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。常用的過濾材料有砂石、炭屑、濾紙等，其中砂石過濾常用于工業(yè)廢水和污水處理，而炭屑過濾則常用于飲用水處理。過濾法適用于處理廢水中含有懸浮物質(zhì)的水體，可以去除廢水中的懸浮物、泥沙、膠體等。過濾法具有處理效果好、不會產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，但也存在一些缺點，如需要經(jīng)常更換過濾材料、過濾材料需要維護(hù)等。因此，在實際應(yīng)用中，相關(guān)人員需要根據(jù)具體情況選擇合適的過濾材料，并優(yōu)化處理參數(shù)，以提升過濾效果并降低處理成本。

2.1.3 膜分離法

膜分離法是一種高效的廢水綜合利用方法，其原理是利用膜的分離作用將廢水中的物質(zhì)進(jìn)行分離和回收，常用的膜包括微濾膜、超濾膜、反滲透膜等。在膜分離法中，廢水被壓力推進(jìn)膜管或膜板，水中的微小顆粒和溶質(zhì)通過膜孔，而較大的分子則被截留在膜表面，從而實現(xiàn)廢水的凈化和回收。膜分離法適用于處理廢水中含有有機(jī)物、重金屬等難以分離的物質(zhì)的水體，可以實現(xiàn)對水體的高效處理和回收利用。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法，膜分離法具有凈化效果好、回收率高、對環(huán)境的污染較少等優(yōu)點。此外，膜分離法還可以對廢水進(jìn)行深度處理，徹底去除水體中的有害物質(zhì)，從而使廢水達(dá)到可重復(fù)利用的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

2.2 化學(xué)方法

2.2.1 氧化法

氧化法是一種將廢水中的污染物質(zhì)氧化分解來凈化水體的技術(shù)。該方法通過添加氧化劑使污染物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易于去除的物質(zhì)，從而實現(xiàn)凈化廢水的目的。氧化法適用于處理廢水中含有有機(jī)物的水體，例如處理印染廠、制藥廠、化工廠廢水等，常見的氧化劑有過氧化氫、臭氧、高錳酸鉀等。

過氧化氫是一種常用的氧化劑，可以將其加入廢水中，使其與有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成二氧化碳和水等物質(zhì)。過氧化氫的使用具有高效、簡單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，但同時也存在氧化副產(chǎn)物對環(huán)境的污染及處理難度大等問題。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，可以將廢水中的污染物質(zhì)氧化為無害物質(zhì)，例如將苯、甲苯、乙苯等有機(jī)物質(zhì)氧化為二氧化碳和水。臭氧氧化法的優(yōu)點在于能夠去除難以去除的難降解有機(jī)物、消除異味、殺滅微生物等，但同時也存在操作復(fù)雜、設(shè)備成本高、臭氧副產(chǎn)物的排放等問題。高錳酸鉀氧化法是一種常用的化學(xué)氧化法，具有氧化能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點。該方法將高錳酸鉀加入廢水中，與有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化反應(yīng)，使其最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無害物質(zhì)。

2.2.2 還原法

還原法是一種將廢水中的污染物質(zhì)還原為無害物質(zhì)的方法。還原法是通過還原劑與廢水中的氧化物發(fā)生反應(yīng)，使其還原成為無害的物質(zhì)。常用的還原劑有亞硫酸鹽、硫氫化鈉等。還原法適用于處理廢水中含有氧化物的水體，例如含有重金屬離子和某些有機(jī)物質(zhì)的廢水。還原法對于一些難以降解的有機(jī)物質(zhì)也有較好的去除效果。此外，還原法是一種相對環(huán)保、安全的廢水處理方法，其廢物的排放量相對較小，在處理過程中不會產(chǎn)生二次污染。但是，還原法需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，避免還原劑過量使用，否則會產(chǎn)生新的污染物，影響環(huán)境質(zhì)量。所以，還原法需要相關(guān)人員在實際應(yīng)用中，根據(jù)廢水的污染物種類和濃度、反應(yīng)條件等因素進(jìn)行調(diào)整，才能取得最佳的去除效果[5]。

2.2.3 中和法

中和法是廢水處理的一種常見方法，其原理是通過加入酸堿中和劑，將廢水中過高或過低的酸堿度調(diào)節(jié)至中性范圍內(nèi)。常用的酸堿中和劑有氫氧化鈉、氫氧化鈣等，這些中和劑能夠與廢水中的酸性或堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得廢水中的酸堿度得到調(diào)節(jié)。中和法適用于處理廢水中含有酸性或堿性物質(zhì)的水體，比如工業(yè)生產(chǎn)廢水中的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿廢水等。在中和的過程中，中和劑與廢水中的酸堿物質(zhì)反應(yīng)生成鹽和水等化合物，這些產(chǎn)物大多數(shù)都是相對安全的，不會對環(huán)境造成污染。除此之外，中和法還能有效控制廢水的pH值，保護(hù)廢水處理設(shè)備不被腐蝕，同時也可以提升后續(xù)處理工藝的效果。需要注意的是，中和法只能處理酸堿度過高或過低的廢水，對于廢水中含有有機(jī)物、重金屬等其他污染物質(zhì)的情況，中和法并不適用。

2.3 生物方法

2.3.1 生物膜法

生物膜法是一種利用微生物的生長代謝作用來降解廢水中污染物質(zhì)的方法，這種方法常常采用生物濾池、旋轉(zhuǎn)生物接觸器等裝置。生物膜法的工作原理是將含有污染物質(zhì)的廢水通過生物膜的過濾作用，將微生物固定在濾材表面形成生物膜，然后利用微生物的代謝作用將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在生物膜法中，微生物是最為核心的組成部分，微生物在生物膜中不斷生長、繁殖，分解廢水中的有機(jī)物質(zhì)和其他污染物質(zhì)，釋放出二氧化碳和水，最終將廢水凈化。因此，生物膜法是一種高效、可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)的廢水處理方法，生物膜法的適用范圍主要是處理含有有機(jī)物質(zhì)的廢水。這種方法可以有效降解污染物質(zhì)，同時也可以回收一定量的資源，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。生物膜法工藝簡單、操作方便、投資成本較低，在一些中小型企業(yè)和鄉(xiāng)村地區(qū)的廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。生物膜法的優(yōu)點在于可以處理廢水中含有的高濃度有機(jī)物質(zhì)和難以分解的化合物，同時也可以處理一些含有重金屬、氮、磷等污染物質(zhì)的廢水。此外，生物膜法的生物膜可以自我修復(fù)，具有很好的抗沖擊負(fù)荷能力，而且不會造成二次污染，對環(huán)境友好。

2.3.2 生物吸附法

生物吸附法是一種通過微生物的吸附作用，將廢水中的污染物質(zhì)吸附在微生物表面，從而實現(xiàn)廢水凈化的方法。相比于化學(xué)吸附劑，生物吸附材料具有生物活性，對環(huán)境友好。常用的生物吸附材料有活性炭、海綿等，這些材料具有很大的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，提供了大量的吸附位點，可以有效吸附廢水中的有機(jī)物和重金屬等難以分解的物質(zhì)。

在生物吸附過程中，微生物可以通過吸附和生長代謝等多種方式，將廢水中的污染物質(zhì)去除或降解，相比于其他傳統(tǒng)的處理方法，生物吸附法具有處理效率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)點。同時，生物吸附法還可以與其他處理方法進(jìn)行組合，如生物膜法、活性污泥法等，形成更加完善的廢水處理系統(tǒng)。生物吸附法適用于處理廢水中含有重金屬等難以分解的物質(zhì)的水體。例如，含有銅、鉻等重金屬的廢水可以通過微生物的吸附作用，將重金屬離子固定在生物材料表面，從而達(dá)到廢水凈化的目的。此外，生物吸附法還可以處理廢水中的苯、甲苯等有機(jī)物，通過微生物的代謝作用將其分解及降解，有效去除廢水中的污染物質(zhì)[6]。

2.3.3 活性污泥法

活性污泥法是一種利用活性污泥微生物的代謝作用來降解廢水中有機(jī)物質(zhì)的處理方法。在這種方法中，活性污泥微生物被用作催化劑，通過對有機(jī)物質(zhì)的分解代謝來實現(xiàn)廢水的凈化。這種方法的關(guān)鍵在于活性污泥微生物的種類和數(shù)量，以及對環(huán)境條件的控制。常用的活性污泥反應(yīng)器有A/O工藝、SBR工藝等。A/O工藝是一種利用硝化和反硝化作用，將廢水中的氨氮和有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解及降解的方法；SBR工藝則是一種利用SBR反應(yīng)器來進(jìn)行污水處理的方法，可以實現(xiàn)廢水的生物除磷和除氮?；钚晕勰喾ㄟm用于處理廢水中含有有機(jī)物質(zhì)的水體，特別是工業(yè)廢水中的高濃度有機(jī)物質(zhì)。相比其他廢水處理方法，活性污泥法具有處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域。

3 鋼鐵 企業(yè)綜合廢水處理回用工程實例

3.1 廢水水量與水質(zhì)

污水處理工程的主要構(gòu)成包括預(yù)處理單元、深度處理單元和相應(yīng)的輔助設(shè)施。此工程旨在處理每日28×100 m3的廢水。表1展示了污水處理工程的設(shè)計進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)

3.2 工藝流程

工藝流程：（1）將廢水送入預(yù)處理單元，經(jīng)過格柵、沉砂池、氣浮池等預(yù)處理設(shè)施去除大顆粒物、泥沙等雜質(zhì)。（2）將處理后的水送入生物處理單元，通過曝氣池、好氧/厭氧池等生物反應(yīng)器，使有機(jī)物質(zhì)被微生物分解及降解，產(chǎn)生較為清潔的水體。（3）經(jīng)過生物處理后，將水體送入深度處理單元，采用吸附劑、氧化劑等物質(zhì)對廢水進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理，去除廢水中余留的重金屬離子、難降解的有機(jī)物質(zhì)等。此外，為了達(dá)到回用要求，對處理后的一級RO產(chǎn)水和二級RO產(chǎn)水進(jìn)行調(diào)整酸堿度、硬度、pH值等處理，保證水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。（4）最后將處理后的水經(jīng)過RO膜處理，將水中的溶解固體、離子、有機(jī)物質(zhì)、微生物等分離出來，產(chǎn)生干凈的水體。

3.3 預(yù)處理

主要設(shè)施包括：（1）格柵是預(yù)處理單元的第一道設(shè)施，設(shè)立柵格主要是阻擋廢水中較大的顆粒物，避免其對后續(xù)處理單元造成堵塞和損壞。（2）除油池是針對廢水中的油污染物進(jìn)行處理的設(shè)施，主要是利用物理和化學(xué)方法去除廢水中的油類物質(zhì)，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。（3）集水井收集格柵和除油池處理后的水體集中輸送給調(diào)節(jié)池，實現(xiàn)污水的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定化。（4）調(diào)節(jié)池對廢水進(jìn)行調(diào)節(jié)和穩(wěn)定化處理，使得后續(xù)處理單元的處理效果更好。（5）高效沉淀池和V型濾池是預(yù)處理單元的核心設(shè)施，其主要通過化學(xué)反應(yīng)和物理過濾等方式，去除廢水中的顆粒物和有機(jī)物，同時去除大部分的重金屬離子。（6）預(yù)處理產(chǎn)水池對處理后的水進(jìn)行收集，為后續(xù)的處理單元提供水源。

3.4 深度處理

3.4.1 過濾器壓泵

過濾器 壓泵是廢水處理的第一道關(guān)口，主要用于去除廢水中的固體顆粒和懸浮物。過濾器采用粗濾和細(xì)濾相結(jié)合的方式，壓泵負(fù)責(zé)將過濾后的水送入下一道處理工序，同時確保廢水在整個處理過程中的穩(wěn)定供給。

3.4.2 多介質(zhì)過濾器

經(jīng)過濾器壓泵處理后，廢水中仍存在一些難以去除的有機(jī)物和微生物。多介質(zhì)過濾器采用多種介質(zhì)材料，如石英砂、活性炭等去除廢水中的有機(jī)物、微生物等。同時，多介質(zhì)過濾器也能去除廢水中的重金屬、氯離子等有害物質(zhì)，確保回用水的質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.4.3 超濾

超濾是一種分離技術(shù)，超濾膜的孔徑小于一般細(xì)菌和病毒的大小，可以將廢水中的微生物、有機(jī)物、膠體顆粒等物質(zhì)分離出來。超濾后的產(chǎn)水具有高純凈度，可以直接作為回用水使用，也可以作為后續(xù)處理工藝的進(jìn)料水。

3.5 運(yùn)行效果

該工程于2019年7月開始進(jìn)水調(diào)試，經(jīng)過約半年時間的試運(yùn)行，于2020年初正式完成并移交用戶驗收。24小時連續(xù)運(yùn)行表明，該污水處理廠具有良好的穩(wěn)定性，所有處理單元產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，達(dá)到了出水用戶所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行效果如表2所示。

表2 各單元產(chǎn)水回收率

通過表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，即使污水處理廠深度處理單元需要處理的廢水量會受到用戶用水需求和水量負(fù)荷波動的影響，該系統(tǒng)仍能夠有效應(yīng)對水質(zhì)水量的沖擊。一級RO單元、二級RO單元和EDI單元的產(chǎn)水回收率都能夠滿足設(shè)計要求，表明該工藝適用于鋼鐵冶金等工業(yè)廢水的處理。

3.6 效益分析

工程總投資為6 590萬元，該工程在實際運(yùn)營后，節(jié)省水費(fèi)4元/m3，每年可為企業(yè)節(jié)約至少2 500萬元；經(jīng)過反滲透和EDI生產(chǎn)的除鹽水、超純水外供生產(chǎn)則經(jīng)濟(jì)效益價值更高。

鋼鐵企業(yè)綜合廢水處理回用，除了帶來環(huán)境效益之外，還帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。首先，廢水回用可以減少企業(yè)的用水成本，對廢水進(jìn)行深度處理后，回收的水可以直接用于生產(chǎn)過程中的冷卻、洗滌等用途，避免了需要購買淡水的情況。其次，廢水回用還能減少企業(yè)的排污費(fèi)用，在廢水回用的情況下，企業(yè)需要排放的廢水量大幅減少，從而降低了排污費(fèi)用。此外，廢水回用還能提升企業(yè)的形象和競爭力，符合國家環(huán)保政策和能源節(jié)約減排的要求，樹立了良好的企業(yè)形象和信譽(yù)度，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。

4 結(jié)論

鋼鐵企業(yè)綜合廢水處理回用的意義在于減少水資源消耗，保護(hù)環(huán)境，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會形象。鋼鐵企業(yè)用水量較大，而廢水處理回用可以有效節(jié)約用水，降低用水成本，減少廢水排放，保護(hù)水資源和環(huán)境。除此之外，廢水處理回用還有助于提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會形象，使企業(yè)更具競爭力和可持續(xù)發(fā)展性，符合國家的節(jié)能減排和環(huán)保要求。