鋼鐵企業降低工業廢水排放量的研究

羅利民

（河鋼集團邯鋼公司河北056003）

0 引言

鋼鐵企業主要生產工藝包括燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼及公輔設施，生產過程中需要補充大量的工業新水，同時還要產生大量不同類別的工業廢水，這些工業廢水是不允許直接排放的。產生的廢水種類多、數量大，處理工藝復雜，不但增加生產成本，同時還有造成環境污染事故的風險[1]。經過多年的研究、探索和實踐邯鋼公司總結出一系列行之有效的節水減排措施：水處理設施的升級改造、工業水串級使用、工業水分質綜合管控、優化系統濃縮倍數和高效水質穩定劑的應用等，這些措施的實施有效的減少了邯鋼公司生產中工業新水的耗量和工業廢水的外排量，為實現工業廢水零排放夯實了基礎。實現工業廢水零排放是鋼鐵企業重要的課題，是實現鋼鐵企業清潔生產和綠色發展的重要途徑，代表著企業科學技術發展水平和可持續發展的能力。

1 水處理設施的升級改造

1.1 冷卻塔設備升級

通過對冷卻塔淋水密度、配水裝置及通風結構的設計改造及節能型填料的應用，融合“高效、安全、節能、環保、全天候”的設計理念，在滿足生產的同時，降低能源消耗。杜絕因冷卻設施缺陷造成的補充或置換新水。

選用新型PVC材質的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計，填料高度1.5 m，使得冷卻效果明顯提升，主要表現在以下兩方面。

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

（2）高效防堵設計：在結構設計上波形采用平滑過渡的設計思想，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，使填料在物理結構上不易被污垢附著。

1.2 過濾器濾網改造

鋼鐵企業的循環水系統，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，反洗次數和反洗時間決定了廢水排放量。

1.2.1 過濾器濾網現狀

當過濾器濾網阻塞值達到設定值時，自動反洗排污，若濾網選擇不當或工況變化后，沒能及時改變濾網選型，會造成反洗排污頻次增多、時間增長。在日常檢修過程中發現，凈環系統的自清洗過濾器楔形濾網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，造成了網面堵塞。經過對這一現象的分析認為，原有濾網結構形式有缺陷。

楔形濾網的結構主要是由1.6毫米的緯線構成，經線很少，其緯線間隔0.2毫米，經線間隔25毫米，而污物的尺寸是10至20毫米的不規則塑料碎片，碎片凹凸不平，其厚度是0.1至0.2毫米。所以導致碎片很容易鑲嵌進楔形網中。由于碎片是鑲嵌在楔形網的縫隙中，刷毛無法將碎片拔出，導致濾網堵塞，必須改進濾網結構，防止類似問題發生。改造前濾網外形結構如圖1所示，改造前濾網內部結構如圖2所示。

圖1 改造前濾網外形圖

圖2 改造前濾網內部結構圖

1.2.2 改進方案及效果

（1）現將原有的楔形網改為不銹鋼平織網、復合UPVC骨架濾網。平織網的結構是經線間隔0.2毫米，緯線間隔也是0.2毫米，碎片不會進到平織網中，只能停留在網的表面，所以刷毛很容易將塑料碎片刷除，通過排污閥排出。

（2）不銹鋼平織網復合UPVC骨架濾網的有效過濾面積是楔形網的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，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，達到了穩定連續供水的要求。

（4）過濾器濾網改造后，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。

改造后濾網外形結構如圖3所示，改造后濾網內部結構如圖4所示。

圖3 改造后濾網外形圖

圖4 改造后濾網內部結構圖

2 優化工業水串級使用

（1）針對設有軟水密閉循環系統（簡稱軟環）的循環水站，軟環系統由純軟水構成，其運行水質穩定，排水量小，原設計這部分排水排入下水道，經過重新規劃管道布線，將軟環系統排水全部回收至凈環水系統利用。

（2）鋼鐵企業循環水系統安裝有很多自清洗過濾器，根據壓差或時間設定值，自動反洗排污，原設計反洗水排至生產廢水管網，改造后直接作為各濁環水系統的生產水補水，可以滿足生產需要，實現了污廢水在站區內部重復利用，降低新水消耗。

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

（4）推行“按需分配”的“預算式”區域水平衡方式，有效控制水質過剩以及排污浪費，改造后系統排污量減少，節水顯著，而供水水質合格率維持穩中有進。

3 實施工業水分質綜合管控

（1）利用分質供水工藝，實現水系統減量排放。采取全工序水量及水質統一控制調整，根據用戶對水質的實際需求，合理安排供水水源，避免高品質水資源浪費，減少廢水排放。凈環過濾反洗水用于超濾系統的原水，超濾系統的反洗排水直接進入中水產水箱，供給濁環系統補水。工業再生水主要用于低品質水系統補充水、料場灑水、地面沖洗、高爐沖渣等低水質要求用戶。凈循環系統排污水用于循環水系統中濁循環補充水、路面沖洗等。工業新水主要用于敞開式循環水系統和制備過濾水。生活水主要用于廠區飲用及洗澡等用水。逐步實行以上措施后，廠區內廢水排放總量均大幅降低。

（2）分質收集區域排水，提高水質控制能力。對排水系統進行改造，實行污廢水分區域收集，含鹽量較高的污廢水收集至一區處理，含鹽量較低的污廢水送到二區處理，然后各自獨立外供至不同用戶使用，實現中水的分質處理與分質供應，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系統造成硬度增加的弊端[2]。

4 優化水系統濃縮倍數

濃縮倍數的分析與設定以滿足生產為前提。濃縮倍數是衡量循環水系統節水的一個重要指標，濃縮倍數越高，所補充水量和排水量就越少，節水效果越好。以水量10 000 m3/h，溫差10℃的系統為例，對比濃縮倍數與補水、排污關系，如表1所示。

表1 濃縮倍數與排污量關系 /萬噸

由表1可知，濃縮倍數由1.5提高到5.0，年節水170.57萬噸，節水率57%，減排量172.75萬噸，減排率87%。凈環與濁環系統的濃縮倍數一般均不高于4.0。

鋼鐵企業專門設有化驗部門，對水質進行連續跟蹤化驗，檢測水質的穩定性，確保滿足用戶需求。河鋼邯鋼邯寶公司根據《能源公輔介質質量標準》，制定補水及排水控制方案，化驗硬度、氯離子等控制指標，進行配水動態調整，并據此協調軟水的產、供、配。

根據用戶需求，不斷調整濃縮倍數，循環水系統補水量逐年呈下降趨勢，系統排污量同步降低，節水效益顯著，而整體的供水水質合格率基本維持穩定。

5 高效水質穩定劑的應用

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

（1）水質穩定劑的選擇主要根據式（7-1）、（7-2）、（7-3），以朗格利爾飽和指數Is和穩定指數Rs判斷水質結垢與腐蝕的傾向[3]。

式中：A：總溶解固體常數；B：溫度常數；C：鈣硬度常數；D：總堿度常數。

當Is=0.5～2.5，穩定；Is＜0.5，腐蝕；Is＞2.5，結垢。

當Rs＜3.7 嚴重結垢;3.7＜Rs＜6.0 結垢；Rs≈6.0穩定；6.0＜Rs＜7.5 腐蝕；7.5＜Rs＜嚴重腐蝕。

采用新型的藥劑，建立適應高濃縮倍數運行的水處理技術體系，通過控制Is與Rs數值范圍，以實現循環冷卻水節水降耗與水質穩定[4]。

（2）緩蝕阻垢劑的選擇。由于在高濃縮倍數運行情況下系統排污量減少，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，適應循環水高濃縮倍數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，使濁度增加，同時藥劑消耗增大[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，適應水質波動，并有優良的協同效應，對碳酸鈣、磷酸鈣、鋅垢、鐵氧化物等成垢粒子具有優良的阻垢分散作用，藥劑主要成分具有很好的生物降解性?？偭缀康?，且不含有機磷，抗氧化能力強，穩定性好，綠色環保。

6 結論

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

（2）采取全工序統一控水模式，通過串級用水和分質供水實現了污廢水平衡調配、合理使用，降低了水處理系統的負荷量，減少了工業廢水的外排量。

（3）同時選用綠色高效水質穩定藥劑和緩蝕阻垢劑，合理設定工業循環水系統濃縮倍數，減少了工業新水的補充量，減少了工業廢水排放量，為實現企業清潔生產夯實了基礎。