非常規(guī)水替代地下水作為鋼廠生產(chǎn)補(bǔ)水的可行性分析

河北燕山鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)部 梁曉琳，周庭

非常規(guī)水源是指區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的地表水、地下水的水資源，主要有雨水、再生水（經(jīng)過再生處理的污水和廢水，一般稱為中水）、海水、礦井水等，這些水源的特點(diǎn)是經(jīng)過處理后可以再生利用，可以在一定程度上替代常規(guī)水資源，加速和改善天然水資源的循環(huán)過程，使有限的水資源發(fā)揮出更大的效用。

一、城市中水回收可行性分析

城市中水是將人們?cè)谏钪杏眠^的排水及生活中產(chǎn)生的污水經(jīng)集流再處理后回用的水，其水質(zhì)指標(biāo)介于城市生活用水與允許排放污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間。隨著水資源的短缺，越來越多的中水被利用到工業(yè)循環(huán)水補(bǔ)水當(dāng)中，城市中水回用逐漸變得炙手可熱。

（一）城市中水回用案例

目前利用城市中水作為循環(huán)水補(bǔ)水的鋼鐵公司較為普遍，近期考察的利用城市中水的鋼鐵公司如下：

（1）唐鋼。補(bǔ)水全部采用城市中水，生產(chǎn)排水全部處理成軟水回用。

（2）赤峰遠(yuǎn)聯(lián)鋼鐵。補(bǔ)水50%左右采用城市中水，50%采用地下水，生產(chǎn)排水全部處理成軟水回用。

（3）唐山國(guó)豐。城市中水60%以上制成軟水作為循環(huán)水補(bǔ)水，剩余城市中水與污水處理廠產(chǎn)生的中水混合補(bǔ)充到循環(huán)水系統(tǒng)。

（二）遷安城市污水處理廠工藝及運(yùn)行情況

遷安市污水處理廠于2001年開工建設(shè)，2004年通水運(yùn)行，總占地面積140畝，進(jìn)水承接市政生活污水，主要處理總磷、總氮、氨氮、COD、PH值、懸浮物和濁度等指標(biāo)，并按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A類處理（主要用于引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途），排水（市政中水）自流至灤河，日處理能力約8萬噸/天。

遷安污水處理廠采用活性污泥法處理工藝，主要是通過微生物的新陳代謝將污水中的大部分污染物變成CO2和H2O，曝氣池內(nèi)微生物在反應(yīng)過后與水一起源源不斷地流入二次沉淀池，微生物沉在池底，并通過管道和泵回送到曝氣池前端與新流入的污水混合，二次沉淀池上面澄清的處理水則通過出水堰流出污水廠。此法投資大，占地面積大，但運(yùn)行成本較低，一般不需要投加藥劑，僅在微生物不活躍的情況下投入少量面粉作為營(yíng)養(yǎng)源。工藝如下：

城市排污→粗格柵→細(xì)格柵→旋流塵沙池（沉淀分離大顆粒無機(jī)物）→A段曝氣池（去除氨氮、總磷）→中間水池→B段曝氣池（去除COD）→二沉池（去除濁度和懸浮物）→再生車間（混凝、沉淀、過濾，進(jìn)一步去除濁度和懸浮物）。

遷安市污水處理廠目前基本滿負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)水泵3用1備，每臺(tái)水泵流量為1445m3/h，每天日處理水量7.5萬噸以上，進(jìn)水COD及氨氮采用在線監(jiān)測(cè)，濃度較低，進(jìn)水COD為182.4mg/L，進(jìn)水氨氮為9.18mg/L；二沉池出水COD為34mg/L，懸浮物為3mg/L，總磷為1.26mg/L，氨氮為3.91mg/L，優(yōu)于城鎮(zhèn)污水污染物一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)；二沉池出水50%進(jìn)行再生，再生水從外觀觀察無異于飲用水，因?yàn)槎脸爻鏊呀?jīng)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，再生水不再進(jìn)行監(jiān)測(cè)，二沉池出水與再生水混合后排入灤河。旋流沉砂池中的沉砂及離心脫水機(jī)中的污泥外運(yùn)至垃圾填埋廠進(jìn)行填埋。

（三）遷安城市中水水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果及分析

1.水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果：（表1）

表1 水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

2.分析：

對(duì)比本次水樣化驗(yàn)結(jié)果，分析如下：

（1）pH值、濁度、懸浮物，一次水和城市中水基本相當(dāng)。

（2）城市中水較一次水硬度略高，但堿度高出一次水40%。說明城市中水結(jié)垢傾向強(qiáng)于一次水。

（3）城市中水較一次水電導(dǎo)率、含鹽量略低，但氯離子只是一次水一半。說明城市中水腐蝕性低于一次水。

（4）城市中水COD、總磷較一次水高。說明城市中水菌藻危害大于一次水。

（四）旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)評(píng)定

利用旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)，評(píng)定城市中水、一次水不同濃縮倍率下的結(jié)垢速度和腐蝕速度。

1.試驗(yàn)條件

試驗(yàn)濃縮倍率設(shè)定為2.0、2.5、3.0、3.5。

根據(jù)濃縮倍率配置試驗(yàn)用水，試驗(yàn)水質(zhì)如下：（表2）

掛片材質(zhì)：A3碳鋼、黃銅。

試驗(yàn)溫度：45℃。

試驗(yàn)時(shí)間：115小時(shí)。

試驗(yàn)蒸發(fā)水用蒸餾水補(bǔ)充。

2.試驗(yàn)結(jié)果（表3）

表3 試驗(yàn)結(jié)果

計(jì)算方法：

評(píng)定結(jié)果分析：

（1）從結(jié)垢角度分析：濃縮倍率控制在2.0以下城市中水結(jié)垢傾向低于一次水；濃縮倍率大于2.0城市中水結(jié)垢傾向迅速升高，且控制倍率越高城市中水結(jié)垢速度加速大于一次水。綜合燕鋼整體用水，濃縮倍率在3.0左右，如使用城市中水替代一次水，阻垢工作將需全面加強(qiáng)。

（2）從腐蝕角度分析：城市中水與一次水基本差異不大。

（3）城市中水菌藻危害大于一次水。

（五）綜合評(píng)定

從本次取樣分析，城市中水可替代一次水，但需加強(qiáng)阻垢和殺菌滅藻工作。

（六）建議

城市中水引入燕鋼后應(yīng)進(jìn)行適量處理。包括：

（1）水質(zhì)的均質(zhì)。以城市居民生活污水為主要處理對(duì)象的城市污水處理廠，由于居民生活的緣故，每日水質(zhì)有較為規(guī)律的變化。對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言，水質(zhì)的頻繁波動(dòng)不利于水處理工作，應(yīng)建立均衡池消減中水水質(zhì)的波動(dòng)。

（2）適量加酸，調(diào)整水的pH值，降低堿度。對(duì)于燕鋼這種零排放企業(yè)，高濃縮倍率是必然，以降低堿度來降低阻垢的技術(shù)難度，保證各水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）適量殺菌，降低中水菌藻危害。

二、雨水回收

隨著可利用水資源的日趨緊張,雨水以其處理成本低廉,處理方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),而成為一種新的可利用水資源。燕鋼為持續(xù)降低公司一次水用量，開源增效，自主研究了一套雨水收集系統(tǒng)。

（一）雨水回收主要設(shè)施如下：

（1）雨水收集池收集雨水：為有效收集雨水，燕鋼自建兩個(gè)雨水收集池，蓄水總能力為130萬噸，雨季時(shí)，新北區(qū)污水站回水管路均變?yōu)榕潘苈罚罱K實(shí)現(xiàn)兩區(qū)四臺(tái)水泵向尾礦庫排水，最大收集雨水量為3150m3/h。

（2）平青線大坑收集雨水：利用新區(qū)廠區(qū)門外平青大路旁邊天然的蓄水坑，雨水通過煉鋼二廠東側(cè)下水道、5#門口、5、6#門外停車場(chǎng)自流進(jìn)入大坑，最大雨水收集量為6萬噸/次；大坑內(nèi)設(shè)置雨水收集泵、清理周邊雜物，水泵吸口設(shè)濾網(wǎng),雨后抽回污水廠使用，最大收集雨水量為400m3/h。

（3）新區(qū)6#門收集雨水：煉鋼二廠、熱軋二廠東側(cè)均設(shè)置排水泵，通過雨水回收管路，將雨水回收至污水處理站。最大收集雨水量為340m3/h。

（4）新區(qū)廢水收集池：廢水池收集周邊及廠區(qū)下水道雨水，雨水通過下水道自流進(jìn)入雨水收集池，通過格柵將懸浮或漂浮的大塊雜物截留后，使用雨水排污泵將雨水送至廠區(qū)污水處理廠，經(jīng)污水處理廠凈化后產(chǎn)出中水和軟水供廠區(qū)各系統(tǒng)回用，最大收集雨水量1200m3/h。

（二）存在問題及原因

目前存在主要問題是排水問題，單次降雨量大于200mm時(shí)，新北區(qū)均嚴(yán)重積水，通過跟蹤觀察，新區(qū)積水消退時(shí)間約24小時(shí)，北區(qū)積水消退時(shí)間大于72小時(shí)，極大影響了廠內(nèi)交通及職工上下班。積水原因主要是排水疏口與雨水收集設(shè)施總和遠(yuǎn)小于單次降雨量總和。

（三）解決措施

（1）充分利用新區(qū)下水道雨水疏水功能，暴雨時(shí)將下水道閥門打開，快速將下水道內(nèi)積水外排至廠外下水道，緩解廠區(qū)積水狀況。同時(shí)啟動(dòng)六號(hào)門口雨水回收泵，將雨水回收至污水處理廠。

（2）對(duì)新區(qū)六號(hào)門外停車場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，使標(biāo)高低于六號(hào)門外側(cè)道路0.5米，降雨時(shí)新區(qū)雨水可快速自流至平青線的雨水坑，雨停后雨水坑水抽回污水處理廠回用。

（3）熱軋二廠西側(cè)新建收集池，利舊排水泵，將6#門雨水最大回收量由340m3/h增加至460m3/h。

（4）新北區(qū)涵洞：降雨時(shí)對(duì)新北區(qū)進(jìn)入涵洞的水進(jìn)行攔截，減少進(jìn)入涵洞的雨水量；新增兩臺(tái)大流量（610m3/h）排水泵，快速將涵洞積水排空。

（四）雨水回收效益

1.直接效益

2021年共回收雨水143.9噸。相應(yīng)替代一次水143.9萬噸，節(jié)約水資源稅201.46萬元。

2.間接效益

雨水回收有效稀釋了污水廠進(jìn)水水質(zhì)，受水質(zhì)提升影響，污水廠藥劑成本下降明顯，與2021年1-6月份平均成本對(duì)比（出庫+維修費(fèi)用），中水7-9月平均成本較1-6月下降0.1863元/噸，節(jié)約成本總費(fèi)用為549713.38元；軟水7-9月平均成本較1-6月下降0.5523元/噸，軟水節(jié)約成本總費(fèi)用為818108.04元。合計(jì)污水廠節(jié)約成本136.78萬元。

3.環(huán)境效益

通過優(yōu)化排水及雨水收集功能，新北區(qū)雨水排水及收水均取得了顯著的效果，以暴雨降雨后為例，新區(qū)積水消退時(shí)間由24小時(shí)縮短為4小時(shí)。北區(qū)積水消退時(shí)間由72小時(shí)縮短為24小時(shí)內(nèi)。

三、結(jié)論

（1）城市中水完全可替代一次水作為鋼廠生產(chǎn)補(bǔ)水，但需加強(qiáng)阻垢和殺菌滅藻工作。

（2）雨水回收作為鋼廠生產(chǎn)補(bǔ)水，節(jié)水效益顯著。