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鋼鐵企業(yè)節(jié)水探討

于學鋒

（中冶東方工程技術有限公司，山東青島266555）

【摘要】鋼鐵企業(yè)是用水大戶，在當前水資源嚴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步，但在管理上、技術上仍然存在一些瓶頸問題，如何進一步實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)節(jié)水、廢水零排放已成為一個整體生產(chǎn)工藝改進、管理體制改進的綜合性問題，需要從社會及企業(yè)等多方面著手解決。

【關鍵詞】鋼鐵企業(yè);節(jié)水技術;廢水零排放;鹽平衡

1　用水現(xiàn)狀

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，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)化的進程加快了水體污染，2013年全國污廢水排放總量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。尤其是北方地區(qū)缺水問題相當嚴重，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)展的一個重要問題。鋼鐵企業(yè)是用水大戶，對于鋼鐵企業(yè)噸鋼耗新水指標、污染物排放指標已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)入圍條件，新水費用及排污費用已成為重要生產(chǎn)成本，隨著行業(yè)競爭加劇，將直接影響企業(yè)生存和發(fā)展。

近年來國家為解決節(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)范及標準，對鋼鐵企業(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年實施的《鋼鐵工業(yè)污染物排放標準》對鋼鐵工業(yè)污染物排放指標及噸產(chǎn)品排放污水量提出了更高的要求。近年來隨著國家對鋼鐵工業(yè)發(fā)展的要求及水處理技術水平的不斷提高，鋼鐵企業(yè)在節(jié)水及污染治理上取得了巨大進步，噸鋼耗新水指標逐年降低，2005年全國重點鋼鐵企業(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用高，濃鹽水結晶鹽出路等一系列瓶頸問題。尤其在當前鋼鐵市場不景氣的情況下，在廢水零排放方面，昂貴的濃鹽水結晶治理成本使得企業(yè)難以承受。解決鋼鐵企業(yè)節(jié)水、防治污染實現(xiàn)廢水零排放已不只是水處理技術提高的技術問題，而是上升到一個整體生產(chǎn)工藝改進、管理體制改進的綜合性問題。

2　常用的節(jié)水技術措施及節(jié)水技術瓶頸

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

2.1分質供水技術

分質供水技術就是根據(jù)用戶對水質要求不同，將不同水質的水單獨建設管網(wǎng)供用戶使用的供水技術。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的工藝流程長、用水量大、用戶多、各用戶的用水要求不同，為分質供水實現(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、料場噴灑、燒結混配料、高爐沖渣等工藝對水質要求不高，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)均采用了分質供水技術，將生產(chǎn)新水、軟化水、除鹽水、中水以及焦化廢水、濃鹽水單獨建設管網(wǎng)，分別供給不同用戶使用，達到了減少污水排放節(jié)省用水的目的。對于1座新建400萬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，面對當前缺水的現(xiàn)狀分質供水是我國鋼鐵企業(yè)做大、做強的必然選擇[5]。

2.2循環(huán)冷卻節(jié)水技術

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串級用水技術

串級用水是水處理技術中最簡潔、最經(jīng)濟的一種技術，是利用不同用戶對水溫、水質的差異，實行串聯(lián)用水，水質或水溫要求高的用戶使用后的水不直接回到水處理設施中處理，而是轉送到其它對水質、水溫要求不高的用戶繼續(xù)使用，以達到減少水處理構筑物、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)的爐體冷卻水串級供給風口套及熱風閥使用，轉爐濕法除塵二文水串級供給一文使用，間接冷卻排污水串級供給直接冷卻用戶使用等，串級用水技術在節(jié)水及環(huán)境保護中起到了重大作用，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

提高循環(huán)水的濃縮倍率可以有效的減少排污水量，從而減少補充新水量。在系統(tǒng)補充水中勾兌軟化水或除鹽水降低補充水中的硬度及含鹽量，提高補充水水質可以提高濃縮倍率，由于軟水、除鹽水制水成本高，需要進一步研發(fā)節(jié)約成本的新工藝。采用高效的水質穩(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)約補充水不成正比，當濃縮倍率達到一定值時，再提高濃縮倍率節(jié)水效果不明顯，同時由于濃縮倍率越高則對補充水的水質要求越高，濃縮倍率過高會造成水系統(tǒng)運營成本升高，具體取值可根據(jù)當?shù)厣a(chǎn)新水水質確定，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)廣泛采用的冷卻設備——冷卻塔水量蒸發(fā)大、飄水率很高，如濃縮倍率按3計算，冷塔蒸發(fā)、飄水損失約占循環(huán)水補充水量的70%，因此節(jié)約用水必經(jīng)之路是選擇節(jié)水型冷卻設備。目前空冷卻器是最節(jié)水的一種冷卻設備，已在電廠中大量使用，此設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)式空冷器是一種結合風冷與水蒸發(fā)冷卻的冷卻設備，蒸發(fā)式空冷器是一種很好的節(jié)水型冷卻設備，在間接密閉冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中大量應用，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%的補充水。另外熱泵技術已經(jīng)在城市供熱等多個領域使用，如將這一技術作為冷卻技術引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，不僅能夠有效利用生產(chǎn)過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，是未來循環(huán)冷卻設備的一個發(fā)展方向。

2.3非常規(guī)水源利用

在噸鋼耗新水指標的壓力下鋼鐵企業(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)補充水等高水質用戶使用，綜合污水處理廠的建設一方面減少了排污，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，淡化水供應量已超過企業(yè)總用水量的一半[7]。

2.4節(jié)水技術瓶頸

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化合物[8]，通常的處理工藝為：焦化廢水經(jīng)過除油、水質均和、事故調節(jié)等預處理后再經(jīng)過生化處理去除配氰等有機物，為達到回用目的還需要進行高級氧化、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，目前沒有較好的處理方法，通常用作高爐水沖渣，對高爐沖渣的周邊的大氣環(huán)境有較大影響，同時對于高爐渣回收利用產(chǎn)生影響，并不是一個理想的處理方式。

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，還含有部分有機污染物。

鋼鐵企業(yè)中廢水處理系統(tǒng)、鍋爐等高水質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)水會引起循環(huán)水系統(tǒng)鹽富集，影響工藝設備運行，因此為保證整個企業(yè)循環(huán)水中的鹽平衡，需要將這部分濃鹽水送燒結混配料、原料場灑水降塵、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。但從實際運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、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雜，需要利用濃水反滲透膜進行濃縮，再進行軟化處理、正滲透處理，甚至需要進行蒸發(fā)結晶。建設成本和運行成本均比較高，產(chǎn)生的結晶鹽成份復雜，難于再利用。

3　節(jié)水管理體制上的進步及存在問題

近年來為節(jié)約能源各大鋼鐵企業(yè)均建設了能源管控中心，能源管控中心是一項融合自動化技術和信息技術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，是通過采集水量、水質等在線數(shù)據(jù)進行分析預測，實現(xiàn)及時合理的用水調度，實現(xiàn)協(xié)調企業(yè)水的生產(chǎn)、供應和管控；其二，根據(jù)生產(chǎn)情況向用水工序下達用水控制指標，及時對生產(chǎn)工序的用水進行成本核算。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?shù)卣疄榕浜蠂鴥?nèi)一些大型鋼鐵企業(yè)項目的建設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)高層領導的重視。

(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，對各生產(chǎn)工序既是服務部門又是管理考核部門，在利潤最大化的市場前提下最終是重服務輕管理考核，發(fā)揮不了應有的作用。

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

4　小結

面對日趨嚴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。從社會層面講鋼鐵工業(yè)是我國經(jīng)濟命脈不可或缺的重要組成部分，政府在對鋼鐵企業(yè)進行環(huán)保監(jiān)管的同時需要切實幫助企業(yè)解決節(jié)水、水污染防治方面的技術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)更好的服務社會。從企業(yè)層面講，在思想意識方面，企業(yè)在追求利潤的同時要注重社會責任，不斷提高節(jié)水及水污染防治意識；在管理上要盡快建立有利于節(jié)水的管理體制，糾正管理考核錯位的制度；在技術角度企業(yè)需要從生產(chǎn)實踐出發(fā)，一方面不斷開發(fā)和利用新的節(jié)水水處理技術，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]

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[3]金亞飚.淺談鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水處理現(xiàn)狀和存在的問題[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè).2009.1

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[9]馬慶濤.鋼鐵企業(yè)能源管控中心解決方案綜述[Z].世界金屬導報. 2014.6.17

自動化

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

作者簡介:于學峰(1978-),男,大學本科學歷,高級工程師,現(xiàn)從事給排水設計工作。

收稿日期:2015-09-02

【文章編號】1006-6764（2015）12-0053-04

【文獻標識碼】B

【中圖分類號】TF085