鋼鐵企業(yè)降低工業(yè)廢水排放量的研究

羅利民

（河鋼集團邯鋼公司河北056003）

0 引言

鋼鐵企業(yè)主要生產(chǎn)工藝包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼及公輔設(shè)施，生產(chǎn)過程中需要補充大量的工業(yè)新水，同時還要產(chǎn)生大量不同類別的工業(yè)廢水，這些工業(yè)廢水是不允許直接排放的。產(chǎn)生的廢水種類多、數(shù)量大，處理工藝復(fù)雜，不但增加生產(chǎn)成本，同時還有造成環(huán)境污染事故的風(fēng)險[1]。經(jīng)過多年的研究、探索和實踐邯鋼公司總結(jié)出一系列行之有效的節(jié)水減排措施：水處理設(shè)施的升級改造、工業(yè)水串級使用、工業(yè)水分質(zhì)綜合管控、優(yōu)化系統(tǒng)濃縮倍數(shù)和高效水質(zhì)穩(wěn)定劑的應(yīng)用等，這些措施的實施有效的減少了邯鋼公司生產(chǎn)中工業(yè)新水的耗量和工業(yè)廢水的外排量，為實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放夯實了基礎(chǔ)。實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放是鋼鐵企業(yè)重要的課題，是實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)和綠色發(fā)展的重要途徑，代表著企業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和可持續(xù)發(fā)展的能力。

1 水處理設(shè)施的升級改造

1.1 冷卻塔設(shè)備升級

通過對冷卻塔淋水密度、配水裝置及通風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計改造及節(jié)能型填料的應(yīng)用，融合“高效、安全、節(jié)能、環(huán)保、全天候”的設(shè)計理念，在滿足生產(chǎn)的同時，降低能源消耗。杜絕因冷卻設(shè)施缺陷造成的補充或置換新水。

選用新型PVC材質(zhì)的IC-B薄膜填料，該填料為最新高熱力性能填料，專為淋水密度大的冷卻塔所設(shè)計，填料高度1.5 m，使得冷卻效果明顯提升，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

（1）高效低阻：同等條件下，其冷卻能力是常規(guī)填料的1.3倍以上。該填料采用主波和次波設(shè)計形式，主波采用梯形設(shè)計，次波采用波浪形設(shè)計，使水氣的傳熱、傳質(zhì)增強。

（2）高效防堵設(shè)計：在結(jié)構(gòu)設(shè)計上波形采用平滑過渡的設(shè)計思想，在成型工藝上加速脫模，有效的降低填料片表面的粗糙度和毛邊的生成，使填料在物理結(jié)構(gòu)上不易被污垢附著。

1.2 過濾器濾網(wǎng)改造

鋼鐵企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)，大量投運自清洗過濾器，采用定壓差或定時反洗的方式，去除水中的泥沙等大顆粒雜質(zhì)，反洗次數(shù)和反洗時間決定了廢水排放量。

1.2.1 過濾器濾網(wǎng)現(xiàn)狀

當(dāng)過濾器濾網(wǎng)阻塞值達到設(shè)定值時，自動反洗排污，若濾網(wǎng)選擇不當(dāng)或工況變化后，沒能及時改變?yōu)V網(wǎng)選型，會造成反洗排污頻次增多、時間增長。在日常檢修過程中發(fā)現(xiàn)，凈環(huán)系統(tǒng)的自清洗過濾器楔形濾網(wǎng)的縫隙中卡進了塑料碎片，由于塑料碎片卡的很深，使得清污器的子無法將塑料碎片清除，造成了網(wǎng)面堵塞。經(jīng)過對這一現(xiàn)象的分析認為，原有濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式有缺陷。

楔形濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要是由1.6毫米的緯線構(gòu)成，經(jīng)線很少，其緯線間隔0.2毫米，經(jīng)線間隔25毫米，而污物的尺寸是10至20毫米的不規(guī)則塑料碎片，碎片凹凸不平，其厚度是0.1至0.2毫米。所以導(dǎo)致碎片很容易鑲嵌進楔形網(wǎng)中。由于碎片是鑲嵌在楔形網(wǎng)的縫隙中，刷毛無法將碎片拔出，導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞，必須改進濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，防止類似問題發(fā)生。改造前濾網(wǎng)外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，改造前濾網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 改造前濾網(wǎng)外形圖

圖2 改造前濾網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 改進方案及效果

（1）現(xiàn)將原有的楔形網(wǎng)改為不銹鋼平織網(wǎng)、復(fù)合UPVC骨架濾網(wǎng)。平織網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是經(jīng)線間隔0.2毫米，緯線間隔也是0.2毫米，碎片不會進到平織網(wǎng)中，只能停留在網(wǎng)的表面，所以刷毛很容易將塑料碎片刷除，通過排污閥排出。

（2）不銹鋼平織網(wǎng)復(fù)合UPVC骨架濾網(wǎng)的有效過濾面積是楔形網(wǎng)的1.5倍以上，這樣就可以使過濾器的抗堵塞能力大大增強，從而減少壓力損失，保障出水口壓力，同時還可減少反沖次數(shù)，降低排污損失。

（3）過濾器原有的反沖洗是分成兩部分，第一部分是兩個濾芯反沖，第二部分是三個濾芯反沖。改造后反沖洗分為五部分，每部分是一個濾芯反沖。這樣對水壓的波動影響最小，達到了穩(wěn)定連續(xù)供水的要求。

（4）過濾器濾網(wǎng)改造后，反洗頻次降低近一半，反洗時間縮短三分之一，單臺過濾器減少反洗排水100噸/天以上。

改造后濾網(wǎng)外形結(jié)構(gòu)如圖3所示，改造后濾網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 改造后濾網(wǎng)外形圖

圖4 改造后濾網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 優(yōu)化工業(yè)水串級使用

（1）針對設(shè)有軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)（簡稱軟環(huán)）的循環(huán)水站，軟環(huán)系統(tǒng)由純軟水構(gòu)成，其運行水質(zhì)穩(wěn)定，排水量小，原設(shè)計這部分排水排入下水道，經(jīng)過重新規(guī)劃管道布線，將軟環(huán)系統(tǒng)排水全部回收至凈環(huán)水系統(tǒng)利用。

（2）鋼鐵企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)安裝有很多自清洗過濾器，根據(jù)壓差或時間設(shè)定值，自動反洗排污，原設(shè)計反洗水排至生產(chǎn)廢水管網(wǎng)，改造后直接作為各濁環(huán)水系統(tǒng)的生產(chǎn)水補水，可以滿足生產(chǎn)需要，實現(xiàn)了污廢水在站區(qū)內(nèi)部重復(fù)利用，降低新水消耗。

（3）在水處理站內(nèi)部實施改造，推行串級用水和內(nèi)部“小循環(huán)”，將自清洗過濾器的排污水收集至旋流井集中處理再利用，將層流系統(tǒng)反洗水改為熱軋濁環(huán)補水，并以此為鑒，根據(jù)供水水質(zhì)，制定串級用水的上下游關(guān)系，將串級用水模式在其它站區(qū)推行。

（4）推行“按需分配”的“預(yù)算式”區(qū)域水平衡方式，有效控制水質(zhì)過剩以及排污浪費，改造后系統(tǒng)排污量減少，節(jié)水顯著，而供水水質(zhì)合格率維持穩(wěn)中有進。

3 實施工業(yè)水分質(zhì)綜合管控

（1）利用分質(zhì)供水工藝，實現(xiàn)水系統(tǒng)減量排放。采取全工序水量及水質(zhì)統(tǒng)一控制調(diào)整，根據(jù)用戶對水質(zhì)的實際需求，合理安排供水水源，避免高品質(zhì)水資源浪費，減少廢水排放。凈環(huán)過濾反洗水用于超濾系統(tǒng)的原水，超濾系統(tǒng)的反洗排水直接進入中水產(chǎn)水箱，供給濁環(huán)系統(tǒng)補水。工業(yè)再生水主要用于低品質(zhì)水系統(tǒng)補充水、料場灑水、地面沖洗、高爐沖渣等低水質(zhì)要求用戶。凈循環(huán)系統(tǒng)排污水用于循環(huán)水系統(tǒng)中濁循環(huán)補充水、路面沖洗等。工業(yè)新水主要用于敞開式循環(huán)水系統(tǒng)和制備過濾水。生活水主要用于廠區(qū)飲用及洗澡等用水。逐步實行以上措施后，廠區(qū)內(nèi)廢水排放總量均大幅降低。

（2）分質(zhì)收集區(qū)域排水，提高水質(zhì)控制能力。對排水系統(tǒng)進行改造，實行污廢水分區(qū)域收集，含鹽量較高的污廢水收集至一區(qū)處理，含鹽量較低的污廢水送到二區(qū)處理，然后各自獨立外供至不同用戶使用，實現(xiàn)中水的分質(zhì)處理與分質(zhì)供應(yīng)，將回用水站一期的含鹽較高的中水送至深度脫鹽水站用于制備軟水，有效避免了高鹽中水補充循環(huán)系統(tǒng)造成硬度增加的弊端[2]。

4 優(yōu)化水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)

濃縮倍數(shù)的分析與設(shè)定以滿足生產(chǎn)為前提。濃縮倍數(shù)是衡量循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水的一個重要指標(biāo)，濃縮倍數(shù)越高，所補充水量和排水量就越少，節(jié)水效果越好。以水量10 000 m3/h，溫差10℃的系統(tǒng)為例，對比濃縮倍數(shù)與補水、排污關(guān)系，如表1所示。

表1 濃縮倍數(shù)與排污量關(guān)系 /萬噸

由表1可知，濃縮倍數(shù)由1.5提高到5.0，年節(jié)水170.57萬噸，節(jié)水率57%，減排量172.75萬噸，減排率87%。凈環(huán)與濁環(huán)系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)一般均不高于4.0。

鋼鐵企業(yè)專門設(shè)有化驗部門，對水質(zhì)進行連續(xù)跟蹤化驗，檢測水質(zhì)的穩(wěn)定性，確保滿足用戶需求。河鋼邯鋼邯寶公司根據(jù)《能源公輔介質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，制定補水及排水控制方案，化驗硬度、氯離子等控制指標(biāo)，進行配水動態(tài)調(diào)整，并據(jù)此協(xié)調(diào)軟水的產(chǎn)、供、配。

根據(jù)用戶需求，不斷調(diào)整濃縮倍數(shù)，循環(huán)水系統(tǒng)補水量逐年呈下降趨勢，系統(tǒng)排污量同步降低，節(jié)水效益顯著，而整體的供水水質(zhì)合格率基本維持穩(wěn)定。

5 高效水質(zhì)穩(wěn)定劑的應(yīng)用

由于污廢水循環(huán)利用，水中雜質(zhì)不斷增加，溶解鹽濃度升高，細菌滋生也更嚴重，水處理難度加大，對水質(zhì)穩(wěn)定劑要求更高。

（1）水質(zhì)穩(wěn)定劑的選擇主要根據(jù)式（7-1）、（7-2）、（7-3），以朗格利爾飽和指數(shù)Is和穩(wěn)定指數(shù)Rs判斷水質(zhì)結(jié)垢與腐蝕的傾向[3]。

式中：A：總?cè)芙夤腆w常數(shù)；B：溫度常數(shù)；C：鈣硬度常數(shù)；D：總堿度常數(shù)。

當(dāng)Is=0.5～2.5，穩(wěn)定；Is＜0.5，腐蝕；Is＞2.5，結(jié)垢。

當(dāng)Rs＜3.7 嚴重結(jié)垢;3.7＜Rs＜6.0 結(jié)垢；Rs≈6.0穩(wěn)定；6.0＜Rs＜7.5 腐蝕；7.5＜Rs＜嚴重腐蝕。

采用新型的藥劑，建立適應(yīng)高濃縮倍數(shù)運行的水處理技術(shù)體系，通過控制Is與Rs數(shù)值范圍，以實現(xiàn)循環(huán)冷卻水節(jié)水降耗與水質(zhì)穩(wěn)定[4]。

（2）緩蝕阻垢劑的選擇。由于在高濃縮倍數(shù)運行情況下系統(tǒng)排污量減少，藥劑的停留時間延長。普通藥劑分解10%大約要經(jīng)過24～30 h，專用藥劑分解10%可延長至100～150 h，抗分解能力是普通藥劑的3倍以上，適應(yīng)循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運行時藥劑停留時間長的特點。具有鈣離子容忍度高的特點。通常普通磷系藥劑的鈣離子容忍度為500～600 mg/l，鈣離子濃度過高，會形成有機瞵鈣垢，使?jié)岫仍黾樱瑫r藥劑消耗增大[5]。而專用藥劑的鈣離子容忍度為1 000～1 300 mg/l，且配伍性好，適應(yīng)水質(zhì)波動，并有優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng)，對碳酸鈣、磷酸鈣、鋅垢、鐵氧化物等成垢粒子具有優(yōu)良的阻垢分散作用，藥劑主要成分具有很好的生物降解性。總磷含量低，且不含有機磷，抗氧化能力強，穩(wěn)定性好，綠色環(huán)保。

6 結(jié)論

（1）通過全公司水處理設(shè)施的升級改造、水處理工藝的優(yōu)化，減少了工業(yè)新水的耗量。

（2）采取全工序統(tǒng)一控水模式，通過串級用水和分質(zhì)供水實現(xiàn)了污廢水平衡調(diào)配、合理使用，降低了水處理系統(tǒng)的負荷量，減少了工業(yè)廢水的外排量。

（3）同時選用綠色高效水質(zhì)穩(wěn)定藥劑和緩蝕阻垢劑，合理設(shè)定工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，減少了工業(yè)新水的補充量，減少了工業(yè)廢水排放量，為實現(xiàn)企業(yè)清潔生產(chǎn)夯實了基礎(chǔ)。