非常規(guī)水替代地下水作為鋼廠生產補水的可行性分析

河北燕山鋼鐵集團有限公司技術部 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

城市中水是將人們在生活中用過的排水及生活中產生的污水經(jīng)集流再處理后回用的水，其水質指標介于城市生活用水與允許排放污水水質標準之間。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)水補水當中，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。補水全部采用城市中水，生產排水全部處理成軟水回用。

（2）赤峰遠聯(lián)鋼鐵。補水50%左右采用城市中水，50%采用地下水，生產排水全部處理成軟水回用。

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

（二）遷安城市污水處理廠工藝及運行情況

遷安市污水處理廠于2001年開工建設，2004年通水運行，總占地面積140畝，進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，并按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級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，曝氣池內微生物在反應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養(yǎng)源。工藝如下：

城市排污→粗格柵→細格柵→旋流塵沙池（沉淀分離大顆粒無機物）→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，進一步去除濁度和懸浮物）。

遷安市污水處理廠目前基本滿負荷運行，進水泵3用1備，每臺水泵流量為1445m3/h，每天日處理水量7.5萬噸以上，進水COD及氨氮采用在線監(jiān)測，濃度較低，進水COD為182.4mg/L，進水氨氮為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A排放標準；二沉池出水50%進行再生，再生水從外觀觀察無異于飲用水，因為二沉池出水已經(jīng)達到一級A標準，再生水不再進行監(jiān)測，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中的污泥外運至垃圾填埋廠進行填埋。

（三）遷安城市中水水質化驗結果及分析

1.水質化驗結果：（表1）

表1 水質化驗結果

2.分析：

對比本次水樣化驗結果，分析如下：

（1）pH值、濁度、懸浮物，一次水和城市中水基本相當。

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

（3）城市中水較一次水電導率、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）旋轉掛片試驗評定

利用旋轉掛片試驗，評定城市中水、一次水不同濃縮倍率下的結垢速度和腐蝕速度。

1.試驗條件

試驗濃縮倍率設定為2.0、2.5、3.0、3.5。

根據(jù)濃縮倍率配置試驗用水，試驗水質如下：（表2）

掛片材質：A3碳鋼、黃銅。

試驗溫度：45℃。

試驗時間：115小時。

試驗蒸發(fā)水用蒸餾水補充。

2.試驗結果（表3）

表3 試驗結果

計算方法：

評定結果分析：

（1）從結垢角度分析：濃縮倍率控制在2.0以下城市中水結垢傾向低于一次水；濃縮倍率大于2.0城市中水結垢傾向迅速升高，且控制倍率越高城市中水結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。

（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）綜合評定

從本次取樣分析，城市中水可替代一次水，但需加強阻垢和殺菌滅藻工作。

（六）建議

城市中水引入燕鋼后應進行適量處理。包括：

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

（2）適量加酸，調整水的pH值，降低堿度。對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難度，保證各水系統(tǒng)的正常運行。

（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,處理方法簡單等優(yōu)點,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，燕鋼自建兩個雨水收集池，蓄水總能力為130萬噸，雨季時，新北區(qū)污水站回水管路均變?yōu)榕潘苈?，最終實現(xiàn)兩區(qū)四臺水泵向尾礦庫排水，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下水道、5#門口、5、6#門外停車場自流進入大坑，最大雨水收集量為6萬噸/次；大坑內設置雨水收集泵、清理周邊雜物，水泵吸口設濾網(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、熱軋二廠東側均設置排水泵，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，新北區(qū)均嚴重積水，通過跟蹤觀察，新區(qū)積水消退時間約24小時，北區(qū)積水消退時間大于72小時，極大影響了廠內交通及職工上下班。積水原因主要是排水疏口與雨水收集設施總和遠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，暴雨時將下水道閥門打開，快速將下水道內積水外排至廠外下水道，緩解廠區(qū)積水狀況。同時啟動六號門口雨水回收泵，將雨水回收至污水處理廠。

（2）對新區(qū)六號門外停車場進行優(yōu)化，使標高低于六號門外側道路0.5米，降雨時新區(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：降雨時對新北區(qū)進入涵洞的水進行攔截，減少進入涵洞的雨水量；新增兩臺大流量（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水水質，受水質提升影響，污水廠藥劑成本下降明顯，與2021年1-6月份平均成本對比（出庫+維修費用），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)約成本總費用為818108.04元。合計污水廠節(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)積水消退時間由24小時縮短為4小時。北區(qū)積水消退時間由72小時縮短為24小時內。

三、結論

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

（2）雨水回收作為鋼廠生產補水，節(jié)水效益顯著。