钢铁企业污废水综合平衡利用技术研究王海东

钢铁企业污废水综合平衡利用技术研究王海东(中冶建筑研究总院有限公司环境保护事业部,北京r00088)摘要我国钢铁企业节水减排工作已经取得显著进展。本文介绍了我国钢铁行业污废水综合平衡利用技术研发成果,分析了钢铁企业节水与废水资源化利用技术现状及问题,指出钢铁企业废水零排放技术研究与应用的重点发展方向。关键词钢铁企业污废水综合平衡零排放TechnologyofSteelEnterPrisesWasetwaterIntegratedBalanceandUitlizingWangHaidong(EnvironmentalPorteetionDepartment,CentralReseacrhInstituteofBuildingandConsturetion,MCCGROUP,Beijing100088)AbstraetIthasbeenmadesigniifeantporgerssesinsteelenteprriseswater一savingandemissionerdue-tion.Inthispaper,theresearehersultsofteehnologyofsteelindust叮wastewaterintesartedbalaneeandUtilizinginehina;theteehniquestatusandexistedProblemsaeranalyzed,Meanwhile,thefoeusdevel-oPmentdireetionofwastewaterzeroemissionteehnolo盯researehingandaPPlieationareindieated.KeywordsSteelEnte甲rises;Wastewater;IntegratedBalanee;ZeorEmission1背景资源环境制约是当前我国经济社会发展面临的突出矛盾。钢铁工业作为高耗水、高污染行业,其节水减排工作始终承受较大压力。在我国钢产量已经占到全球总产量将近50%的时代背景下,钢铁工业水污染控制及资源化利用技术开发直接关系到国家节能减排战略的落实和钢铁工业可持续发展。2012年,我国重点钢铁企业平均吨钢取新水量3.75澎,吨钢外排废水量1.26耐,吨钢取水、排水指标等均已经达到国际先进水平川。近年来钢铁企业用水情况如表1、表2所示〔’〕。表12008一2012年钢铁企业取新水量情况表单位:m3t/年度20082009201020112012企业合计5.184.504.113.903.75宝钢5.204.274.024.314.40*鞍钢5.474.814.554.384.32武钢4604.354.253.954.05*马钢7.265.825.014.414.30*宝钢、武钢2012年数据为集团数据,2011年前为有限公司数据。如表所示,随着钢产量的持续增长,我国钢铁企业用水总量也随之增加,但是企业的新水取用量却趋于稳定,同时废水排放量显著降低,表明我国钢铁企业节水减排工作取得了显著进展。表22008一2012年钢铁企业产量与用水、排水量情况表年度粗钢产量(万吨)总用水量(万吨)新水用量(万吨)废水排放量(万吨)36336.7238884.2843833.6945171.364429355346015902650.026505355.226987286.586711000188262,61174932.30180192.69181416.7016609991283.6579950.4872495.0262793.2453807·数据来源:《中国钢铁工业环境保护统计》但是,随着我国水资源的短缺与工农业用水的矛盾不断加剧,环境形势越来越严峻,对我国钢铁企业用水与排水的要求必然更加严格。2012年我国粗钢产量为7.27亿吨,据统计粗钢产能已达9一10亿吨,行业用水及排水总量仍然巨大。钢铁工业“十二五”发展规划提出钢铁企业吨钢耗新水量低于4.0立方米,吨钢化学需氧量下降7%〔’〕,但是很多地方省市对于钢铁行业的环保要求更加严格。环保水平是钢铁工业综合竞争力的最直观体现,未来严格的水资源以及水环境总量及效率双控管理措施必然成为淘汰过剩产能、优化产业布局的重要抓手。因此,以大型钢铁联合企业水污染全程控制及资源化利用为主线,采用综合水污染控制技术,废水资源化利用技术,大力推进非常规水资源在钢铁企业中的应用,对重点污染源进行污水无害化处理利用,建立钢铁企业污废水综合平衡利用与零排放技术体系,是钢铁企业现阶段的必然选择。2钢铁企业水污染控制及水资源化利用技术研究基础在“十五”以及“十一五”期间,国家环境保护钢铁工业污染防治工程技术中心依托单位中冶建筑研究总院有限公司联合我国大型钢铁企业如首钢总公司、宝山钢铁股份有限公司、日照钢铁控股集团有限公司、攀枝花钢铁(集团)公司、唐山钢铁集团有限责任公司、济南钢铁集团总公司等,承担了国家科技部下达的“十五”国家重点科技攻关计划项目“水安全保障技术研究”课题“钢铁企业用水处理与污水回用技术集成研究与工程示范”以及“十一五”国家科技支撑计划项目“重点耗水行业节水技术开发与示范”课题“大型钢铁联合企业节水技术开发”。这两个国家计划项目课题成果主要有:创新研发并集成了钢铁企业综合污水处理与回用技术工艺体系,并建立了指导我国钢铁企业综合污水处理回用的水质指标体系与实施指南;研发集成了钢铁企业原水水质调控与循环水高浓缩倍数运行技术;自主研发了利用低品质能源进行海水淡化制取除盐水技术;创新建立了具有普遍指导意义的我国大型钢铁联合企业分质供水技术模式,以上科研成果已在我国钢铁企业实施了成果转化,极大地推动了我国钢铁行业的节水减排工作顺利进行[`、,1。3钢铁企业污废水综合平衡利用技术研发成果3.1技术路线①以企业用水和废水排放少量化为核心,以规范企业用水定额、循环用水、废水处理回用的水质指标以及相应的先进处理技术为研究内容,实现企业水循环的目标;②以配套和建立企业用水系统平衡为核心,以水量平衡、温度平衡、悬浮物平衡和水质稳定与溶解盐的平衡为主要研究内容,实现最大限度的将废水分配和消纳于各级生产工序的目标。③以保障钢铁企业综合污水安全回用为核心,以经济有效的处理新工艺与配套设备和以出厂水脱盐为主要研究内容,最终实现钢铁企业污废水“零排放”的目标;④以保障落实国家发改委《焦化行业准人条件》中“焦化废水不得外排”为核心,以焦化废水无污染安全回用和消纳途径为主要研究内容,最终实现焦化废水“零排放”的目标;⑤以缓解缺水地区水资源供需矛盾为核心,以市政污水再生回用、海水淡化与海水直接利用、雨水、矿井水利用等处理及保障技术为研究内容,实现钢铁企业多种非常规水资源利用的目标;l53.2技术成果项目通过钢铁企业从原水处理到中间用水环节以及最后污、废水处理回用的全过程有效控制,使得钢铁企业整体达到用水的最少量化。3.2.1以大型钢铁联合企业水污染控制及资源化利用的技术模式为先导。为我国不同地域新建、改扩建大型钢铁联合企业实现原水水质调控、循环水高浓缩倍数运行、综合污水安全回用与零排放等节水减排工作提出了可靠的支撑技术及科学合理的应用模式,能够为国家行业管理部门进行节水减排建设、决策提供技术依据。(l)缺水地区钢铁企业水污染控制及资源化利用技术模式。此模式提出三种不同的水污染控制及资源化利用形式:①常规处理和深度处理后的回用水统一进人全厂工业水管网;②回用水中的一部分进行深度处理,用于高端用户;③单独建设回用水管网,分别送至不同用户。此三种形式基本涵盖我国大部分老钢铁联合企业的生产用水系统实际及其改造需要,企业可以根据自身现状进行选择,或将其组合应用。此种模式已经应用于指导首钢老厂区、迁安钢铁等企业节水减排项目。项目实施后企业水重复利用率均可达到97.6%以上。(2)用于指导我国在临海新建大型钢铁联合企业的水污染控制及资源化利用支撑技术及其模式。如图1所示。这个模式基本内容是建立科学分质供排水体系,合理开发海水等非常规水资源,并以原水分质调配、循环水高浓缩倍数、外排水回用、污水综合平衡为重点,利用大型化、现代化工艺装备优势和科学管理,厂区废水零排放。利用此模式,指导建设了首钢搬迁建设项目—首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂整体的供排水系统。多项“十五”、“十一五”科研成果在工程中进行了实际应用。首钢京唐钢铁厂通过水污染控制及资源化利用技术模式的应用,全厂水的重复利用率达97.6%,吨钢取新水量为2.52m,t/。图1临海新建大型钢铁联合企业水污染控制及资源化利用技术模式系统框图3.2.2钢铁企业原水水质调控与循环水高浓缩倍数运行技术以此为支撑进行钢铁企业节水建设与管理。主要包括:(l)原水水质调控:本成果运用源头控制技术,在生产新水供水处理系统对水质进行硬度、碱度等的处理调控,为减少污水外排奠定了基础。(2)循环水水质稳定。本成果针对处理后的工业新水水质,配套开发了不同循环水系统水质稳定处理药剂,保障各循环水系统的安全稳定运行,将钢铁企业水系统的浓缩倍数提高到4以上。3.2.3钢铁企业多种污、废水的综合平衡利用技术主要包括:(l)创新集成了以具有自主知识产权的多流向强化澄清池等为核心的主体处理工艺以及包括超滤/反渗透双膜法脱盐及用水含盐量控制等技术组成的综合污水处理及资源化利用工艺及成套装备,最大限度提高污水回用率,实现污水零排放。采用多流向强化澄清池+V型滤池的核心工艺,占地面积仅为常规工艺占地的12/左右,并节约了投资和运行费用,提高了处理效率,保证了出水水质;预处理工艺具有均质、均量和除油功能,均衡了来水水质、水量;采用了自动化加药系统和污泥回流技术,可以根据水量的变化,按比例调节加药量,节省了药剂费用;采用超滤一反渗透膜除盐工艺,保证了回用水水质。关键设备国产化,实现替代进口,设备投资仅为国外同类设备23/;工艺装备系列化、成套化,施工周期大大缩短;药剂反应充分,减少药剂消耗量20%,降低处理成本;可控性污泥回流系统,使抗冲击负荷能力强,出水水质稳定;排泥浓度高,无需再浓缩或加药,降低污泥处理费用。技术工艺达到国际先进水平。如图2。该技术已在国内多家钢铁企业推广应用,工程实践表明,污水减排率达到80%以上,吨钢新水用量下降率达20%以上,全厂水的重复利用率可达到97.5%以上。该成果已拓展到矿井废水处理与回用领域。图2钢铁企业综合污水处理与回用技术工艺流程图(2)成功开发了钢铁企业污水安全回用水质保障技术。以用水安全为核心,应用回用水深度处理及脱盐技术对回用水盐分及污染物量进行比例控制,并以回用水用于钢铁企业循环水系统的水质稳定技术来保障钢铁企业污水处理后的安全回用。使循环水溶解固体达到30O0mg/L以上仍保持稳定状态。(3)开发并实施了钢铁企业多种污、废水的综合回收利用技术运用污水“分质排水、分质处理,分质回用”的理念,在大型钢铁联合企业首次实现了全厂多种污、废水的综合平衡。根据钢铁厂各工序位置的不同进行区域划分,并结合不同工序的排水特点及用水特点进行水质、水量平衡计算,按计算结果分类处理。其中焦化污水单独处理并回用于烧结混料等用户;冷轧污水单独处理回用;高炉转炉等其它污水单独处理并回用替代工业新水。在大型钢铁联合企业首次实现了多种综合污水的回收利用,为实现全厂“零排放”提供条件与保障。4钢铁企业节水与废水资源化利用技术现状及问题钢铁企业节水与废水资源化利用在“十五”、“十一五”期间有较大的进展,一些节水减排技术措施已经作为共识已经应用或正在建设。4.1节水与废水资源化利用的系统优化管理技术(l)水夹点技术的应用水夹点技术采用水系统集成的方法来处理用水,将企业的整个用水系统作为一个有机整体对待,将用水操作简化为一个从富含杂质的过程流股到水流股之间的质量传递,使系统中水的复用率达到最大,而废水的排放量最小〔`川。本质是数学分析方法,其极限数据的获得途径和准确性是技术应用的制约因素,用水网络的优化和实用性仍受经验影响。(2)物质流分析在一个国家或一个地区范围内,对特定的某种物质进行工业代谢研究的有效手段