煉鋼廢水處理及中水回用技術(shù)的研究進(jìn)展

劉君 ，邱敬賢 ，黃獻(xiàn) ，黃安濤

（1.航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，湖南長(zhǎng)沙410100；2.長(zhǎng)沙環(huán)保（服務(wù)）工業(yè)技術(shù)研究院，湖南長(zhǎng)沙410100）

鋼鐵行業(yè)因其生產(chǎn)過(guò)程需要消耗大量水資源，故作為我國(guó)工業(yè)用耗水中的佼佼者，用水量約占我國(guó)工業(yè)用水的10%，新鮮用水量約占我國(guó)工業(yè)新鮮用水量的14%[1]。我國(guó)大型鋼鐵企業(yè)平均循環(huán)用水率僅為65%，煉1 t鋼需補(bǔ)充新鮮水達(dá)30～50 t，廢水的排放量大；而國(guó)外循環(huán)用水率已達(dá) 95%～98%，煉鋼1 t需補(bǔ)充新鮮水2～8 t[2]，僅為我國(guó)補(bǔ)充新鮮水的1/15～1/6。所以我國(guó)煉鋼廢水處理技術(shù)與國(guó)外鋼鐵行業(yè)煉鋼廢水處理技術(shù)相比還存在一定的差距，需要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)技術(shù)改造與創(chuàng)新，進(jìn)一步提高鋼鐵工業(yè)用水的循環(huán)用水率，節(jié)能減排，甚至實(shí)現(xiàn)零排放，這對(duì)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展十分重要。

1 廢水來(lái)源與主要污染物

鋼鐵工業(yè)廢水來(lái)源于生產(chǎn)工藝過(guò)程用水、設(shè)備與產(chǎn)品冷卻水、設(shè)備與場(chǎng)地清洗水等[3]。廢水含有隨水流失的生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品，以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物。其中原料廠廢水和燒結(jié)過(guò)程廢水主要污染物為SS及少量重金屬離子；煉鐵、煉鋼生產(chǎn)廢水主要含SS外，還含少量氰化物、酚類、油脂、氧化鐵皮等；軋鋼生產(chǎn)廢水含SS、氧化鐵皮、重金屬離子等和自備電廠中高含鹽廢水。

2 煉鋼廢水處理及中水回用工藝

煉鋼廢水的種類很多，要提高煉鋼廢水的循環(huán)利用率或零排放，首先必須注重各類廢水的全部收集或分類收集，以降低處理費(fèi)用并杜絕未經(jīng)處理的廢水直排，再談鋼鐵行業(yè)廢水如何實(shí)現(xiàn)零排放才有實(shí)際的意義。

2.1 燒結(jié)廠廢水處理工藝

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中燒結(jié)廠的污水一般不含嚴(yán)重影響環(huán)境的有害有毒物質(zhì)，經(jīng)沉淀后即可循環(huán)利用，工藝流程如圖1所示。但污泥脫水處理一直是一個(gè)技術(shù)性難題，燒結(jié)廠廢水經(jīng)沉淀后污泥濃縮工藝要求加入混合配料，使污泥最終含水率≤12%[4]，在當(dāng)前污泥處理工藝條件下是很難達(dá)到的。若采用加熱蒸發(fā)等措施，缺乏經(jīng)濟(jì)效益，故需通過(guò)引進(jìn)和開(kāi)發(fā)先進(jìn)新技術(shù)或新型藥劑進(jìn)行處理，以進(jìn)一步提高污泥脫水效率而不影響經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 燒結(jié)廠廢水工藝流程圖

2.2 煉鐵、煉鋼生產(chǎn)廢水處理工藝

煉鐵廢水主要包括高爐煙氣洗滌廢水、爐渣沖洗廢水和鑄鐵機(jī)噴淋冷卻廢水，主要含有SS和COD，還含有少量酚、氰、重金屬、硫化物和熱污染。煙氣洗滌廢水經(jīng)絮凝沉淀后和爐渣沖洗廢水一同通過(guò)過(guò)濾單元，經(jīng)過(guò)濾后的廢水又同冷卻廢水經(jīng)過(guò)冷卻后可作為沖渣廢水的補(bǔ)給水，工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 煉鐵廢水工藝流程圖

轉(zhuǎn)爐和精煉裝置用水可以采用循環(huán)回用水系統(tǒng)，出水只需冷卻后再利用；連鑄廢水不僅水溫升高，還含有氧化鐵皮及油脂，經(jīng)初次沉淀池后，部分返回循環(huán)利用，其余進(jìn)一步除油處理后再過(guò)濾、冷卻循環(huán)使用，為保持水質(zhì)穩(wěn)定，有少量處理后廢水外排[5]。

2.3 軋鋼生產(chǎn)廢水處理工藝

軋鋼生產(chǎn)廢水因生產(chǎn)工藝不同可分為熱軋生產(chǎn)廢水和冷軋生產(chǎn)廢水，熱軋生產(chǎn)廢水氧化鐵皮、少量油脂和熱源污染。氧化鐵皮和少量油脂主要來(lái)源于軋輥冷卻、沖洗鐵皮等，故該廢水處理工藝可與連鑄廢水處理工藝一致，如圖3所示，但相關(guān)工藝參數(shù)需根據(jù)具體水質(zhì)確定。

圖3 煉鋼廢水工藝流程圖

冷軋廢水種類較熱軋廢水而言種類較多，主要包括酸堿廢水、含油和乳化液廢水、含鉻廢水，如圖4。含油和乳化液廢水經(jīng)除油破乳處理后，同經(jīng)還原、中和、沉淀處理后的含鉻廢水一起進(jìn)入酸解收集調(diào)節(jié)池，進(jìn)一步綜合處理至符合《鋼鐵工業(yè)廢水治理及回用工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2019—2012）。

圖4 軋鋼廢水工藝流程圖

2.4 綜合廢水處理工藝

我國(guó)鋼鐵企業(yè)大多未對(duì)生產(chǎn)廢水進(jìn)行分類收集處理，直接設(shè)有綜合污水處理廠，均采用傳統(tǒng)常規(guī)工藝如：氣浮、生化、混凝、沉淀、消毒等處理，適用于污水外排，但目前對(duì)行業(yè)出水水質(zhì)要求更嚴(yán)格，甚至希望實(shí)現(xiàn)廢水零排放，故只簡(jiǎn)單采用傳統(tǒng)工藝處理綜合廢水部分回用于生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)沒(méi)有除鹽系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行造成設(shè)備結(jié)垢、腐蝕，不能滿足廢水回用要求[6，7]。

近年來(lái)，隨著污水回用工程在我國(guó)的廣泛實(shí)施，除鹽技術(shù)在污水回用處理過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越受到重視。現(xiàn)階段，工藝成熟的除鹽工藝主要有膜處理技術(shù)、離子交換樹(shù)脂以及電吸附。離子交換工藝是將原水經(jīng)過(guò)濾后送進(jìn)陽(yáng)床與陽(yáng)樹(shù)脂接觸，將 K+，Ca2+，Na+，Mg2+等陽(yáng)離子從水中置換到樹(shù)脂上，經(jīng)脫CO2塔后進(jìn)入中間水箱，再經(jīng)水泵送入陰床與陰樹(shù)脂接觸，樹(shù)脂將水中等陰離子去除。經(jīng)一級(jí)除鹽后離子交換混床系統(tǒng)除去少量殘存陽(yáng)、陰離子。交換過(guò)程中，離子交換樹(shù)脂飽合需再生，但是樹(shù)脂再生時(shí)所產(chǎn)生的廢酸堿容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，操作難度大。電吸附是一種利用電勢(shì)差為驅(qū)動(dòng)力的除鹽技術(shù)，其不需添加任何化學(xué)試劑，低能耗，環(huán)境友好，在除鹽過(guò)程中無(wú)需酸堿再生，不會(huì)造成二次污染。因此，國(guó)內(nèi)寶鋼集團(tuán)已使用大型電吸附除鹽裝置進(jìn)行脫鹽處理，出水作為工藝用水、鍋爐補(bǔ)充水等循環(huán)用水[8]。但裝置的吸附容量及電極材料有待進(jìn)一步的研究，使其更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。膜處理技術(shù)是一種有效的污水分離技術(shù)，隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，以及技術(shù)水平的提高，使其在各污水處理領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍。主要包括：超濾膜技術(shù)（UF）、反滲透（RO）及電極膜技術(shù)等。而鋼鐵行業(yè)初級(jí)處理出水中的含鹽量可達(dá)3 000 mg/L以上，而RO作為處理含鹽量＞500 mg/L的水性價(jià)比最高的脫鹽手段，常被用于鋼鐵企業(yè)綜合污水處理廠[9]。以UF-RO雙膜工藝為代表的鋼鐵行業(yè)綜合污水深度處理工藝已取得良好的效果，半島環(huán)保科技有限公司[10]采用UF-RO工藝應(yīng)用在某鋼廠廢水處理廠外排水回收利用工程的脫鹽水系統(tǒng)中，能源消耗及藥劑消耗低，減少了運(yùn)行成本；同時(shí)提高了水的回收率，減少濃鹽水的排放量。中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計(jì)院[11]通過(guò)曝氣、絮凝、沉淀作用后，再進(jìn)入雙膜處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)超濾、反滲透膜處理，使某鋼廠10年內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)脫鹽水2 850萬(wàn)t，大大降低該企業(yè)的新鮮水消耗量。根據(jù)現(xiàn)階段水體的污染狀況，膜處理技術(shù)作為提高水資源質(zhì)量的新型技術(shù)，不僅針對(duì)工業(yè)廢水，還可以處理生活污水及飲用水等，其發(fā)展前景非常廣泛。

3 存在的問(wèn)題

（1）煉鋼廢水根據(jù)不同的處理工藝產(chǎn)生不同類型廢水，但大部分鋼鐵廠的廢水并未從源頭進(jìn)行分類收集處理，而是綜合收集后一并采用同一工藝處理回用或排放。但這樣的設(shè)計(jì)盡管前期建設(shè)成本、占地面積可能會(huì)相對(duì)程度上有所減少，但運(yùn)行成本將會(huì)增加，處理效果也相對(duì)相差。

（2）盡管膜技術(shù)在不斷的發(fā)展并廣泛用于廢水處理過(guò)程中，但鋼鐵行業(yè)廢水水質(zhì)成分非常復(fù)雜，若前期處理工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)或進(jìn)入膜系統(tǒng)的處理水長(zhǎng)期在不能達(dá)到反滲透膜要求的情況之下運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染，從而縮短膜的使用壽命，增加廢水處理成本。同時(shí)，反滲透除鹽還會(huì)產(chǎn)生濃鹽水，其處理難度更大，且到目前為止還沒(méi)有再處理利用的實(shí)例，需要進(jìn)一步的研究。