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            鋼鐵工業污水回用方式及提高回用率的技術分析

            作者:  來源:  添加時間:2013-10-5 11:17:16

            節能減排是整個國家的戰略目標,鋼鐵工業作為重點能耗行業之一,是節能減排的重點。節約工業新水用量,減少工業污水的排放量,是鋼鐵企業水系統所追求的目標。鋼鐵企業水系統現普遍采用循環—串級供水體制、限制工業新水的直流用水。將工業污水收集后處理制成回用水、工業新水、脫鹽水、軟化水或純水等用于生產,是目前鋼鐵企業回用工業污水、實現污水資源化的常見方式。但在詳細實施工業污水處理和回用時,很多企業卻面臨著工業污水量遠大于回用水量,處理后的工業污水因缺少用戶只能外排而同時還需引入大量的工業新水的尷尬局面。要實現節能減排不僅要研究水處理工藝,更重要的是要實現工業污水排放量和回用水量之間的平衡。作者針對在不同的生產工藝(長流程和短流程)中,工業污水的回用方式和回用率的不同,分析了工業污水的回用方式、并探討了提高回用率的技術措施。

            1 工業污水的主要來源及特點分析

            鋼鐵企業工業污水主要來源于濁循環水系統的排污水(敞開式凈循環水系統的排污水一般作為濁循環水系統的補充水,焦化、冷軋等特種工業污水通常單獨處理)。工業污水中含懸浮物、雜質、油等,另外其含鹽量較高,就濃縮倍數而言,通??蛇_到工業新水的5~6倍以上(以Cl-含量來計算水系統的濃縮倍數及含鹽量的變化),這是工業污水重要的特點,也是影響其回用的重要因素。

            2 工業污水目前常見回用方式

            目前工業污水回用的常見方式為將工業污水收集后處理制成回用水、工業新水、脫鹽水、軟化水或純水等用于生產。

            2.1工業污水經過普通處理成回用水

            工業污水經過常規水處理工藝(如混凝、沉淀、除油、過濾等)處理后制成回用水,原工業污水中的懸浮物、雜質、油等均得到了有效的去除,但其含鹽量并沒有降低,其含鹽量遠高于工業凈循環水和濁循環水。

            2.2工業污水經脫鹽制成脫鹽水、軟化水及純水

            脫鹽水、軟化水及純水,常用于鋼鐵企業煉鐵、煉鋼、連鑄等單元關鍵設備的間接冷卻密閉式循環水系統以及鍋爐、蓄熱器等的補充用水。隨著全膜法水處理系統造價和運行成本的日益降低,超濾加二級反滲透工藝,已廣泛應用于鋼鐵企業脫鹽水的制取。但在制成脫鹽水、軟化水及純水的同時,也將產生約占脫鹽水、軟化水及純水水量40~50%左右的濃鹽水,濃鹽水的含鹽量將更高,按常規工業污水反滲透的回收率約為75%計算,濃鹽水針對工業污水的濃縮倍數將達到4倍以上,其含鹽量針對工業新水而言達到了20倍以上。

            2.3工業污水全部經脫鹽制成工業新水

            如果將全部工業污水脫鹽制成工業新水,其生產成本將大幅度提高,在短期內缺乏實施的可操作性,同時制成工業新水的同時將產生更多的反滲透濃水。

            3 鋼鐵企業主生產工藝對各類水 的需求分析

            3.1鋼鐵企業主生產工藝分類

            我國鋼鐵工業按其生產產品和生產工藝流程可分為長流程生產和短流程生產兩類。長流程的生產流程主要包括燒結(球團)、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產工序;短流程的生產流程主要包括煉鋼、軋鋼等生產工序。長流程的煉鋼工藝一般是轉爐,短流程的煉鋼工藝一般是電爐。

            3.2長流程生產工藝用水需求

            煉鐵、煉鋼、連鑄、冷軋等單元如爐體、氧槍、結晶器等關鍵設備的間接冷卻密閉式循環水系統以及鍋爐、蓄熱器等的補充用水一般采用脫鹽水、軟化水及純水。

            燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等單元一般設備的間接冷卻循環水系統補充水一般采用工業新水。各主工藝單元濁循環水系統由凈循環強制排污水補水,水量不夠的采用工業新水。

            燒結的一次混合和二次混合用水以及渣處理等直流用戶或是澆灑地坪等一般采用回用水,反滲透系統的濃水也可采用。燒結一次混合和二次混合的用水量一般為每小時十幾到幾十立方米;高爐爐渣?;绮捎脹_渣方式,其噸渣耗水量約為8~12 m3,如采用泡渣方式,其噸渣耗水量約為1.0~1.5 m3;轉爐煉鋼渣量較大,一般采用淺熱潑渣盤工藝,耗水量約為噸渣1.2 m3[1]。

            從用水需求量來看,由于存在一次混合和二次混合用水以及渣處理等工藝用戶,回用水量較大,與工業新水用量接近,甚至大于工業新水用量,其次是脫鹽水、軟化水及純水。

            3.3短流程生產工藝用水需求

            短流程工藝用水需求總的來說與長流程類似,但是沒有煉鐵、燒結單元,因此也沒有燒結的一次混合、二次混合和煉鐵的爐渣?;然赜盟脩?,另外電爐爐渣處理也與轉爐爐渣處理工藝不同,回用水需求量遠小于長流程生產工藝。

            從用水需求量來看,工業新水量是最大的,其次是脫鹽水、軟化水及純水,而回用水用水量的需求更少。

            4.工業污水回用方式探討

            4.1長流程生產工藝污水回用

            對于長流程生產工藝的鋼鐵企業,鑒于回用水需求量較大,建議將部分工業污水制成脫鹽水、軟化水或純水用于生產,將反滲透濃水和其他由工業污水制成的回用水回用至燒結的一次混合和二次混合用水以及渣處理等直流用戶或是澆灑地坪。

            4.2短流程生產工藝污水回用

            對于短流程生產工藝的鋼鐵企業,工業污水排放量和回用水量之間不平衡的矛盾比較突出。首先是回用水用戶少,回用水需求量也少;而工業污水經過常規處理制成的回用水含鹽量高,無法用于循環水系統做補充水,回用水無法有效地消耗;另外,在制取脫鹽水、軟化水及純水過程中將產生含鹽量更高的反滲透濃水。

            5.解決短流程生產工藝水量平衡問題的探討

            解決工業污水量與回用水量之間不平衡的方法有兩種:一是增加回用水用戶,二是降低工業污水量。增加新的回用水用戶受到鋼鐵企業主生產工藝的嚴格限制,較為難以實施,因此如何有效地控制工業污水的排水量是研究的主要內容。而要控制工業污水量,就要從源頭抓起,從工業新水和循環水系統(敞開式凈循環水系統和濁循環水系統)本身入手加以研究。筆者將結合某鋼鐵企業的工程實例加以分析。如何提高短流程生產工藝污水回用率是急須解決的問題。

            5.1某鋼鐵公司全廠給排水現狀及面臨的問題

            某鋼鐵公司已有工業新水處理站、污水處理站。全廠工業用新水取自運河地表水,經工業新水處理站處理后,供公司工業水總網,作各工藝單元(燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼、制氧等)的工業凈循環水系統補充水用。全公司污水集中回流至污水處理站,經處理后供各工藝單元(主要是燒結的一次和二次混合用水以及煉鋼熱潑渣用水)及消防水系統等,多余的處理后的污水排放至運河。

            根據集團及公司的總體規劃,公司將新建產品結構調整和配套工程,工程建設完成后,將提出新的工業新水、回用水、純水用水以及工業污水排水的要求。原有的工業新水處理站、污水處理站已經滿負荷運轉,必須建設新的水處理站。同時,根據《鋼鐵工業水污染物排放標準》和環保部門的相關要求,應實現總排放口的零排放。

            為實現總排放口零排放,本工程擬將新建工程所產生的工業污水制成純水供生產使用。多余的工業污水采取常規處理后和在制取純水過程中產生的濃鹽水一起作為回用水使用。但經過全廠水量平衡計算,排放的工業污水全部處理回收是完全可行的。但是由于原先已建的廠區工業污水量大于回用量,新建工程為短流程生產工藝,沒有燒結的混合用水和煉鋼熱潑渣等直流用戶(該部分用水與物料直接接觸,大部分被蒸發),進一步加大了工業污水與回用水量之間的差值。即便已經將部分工業污水用于純水的制取,但工業污水量仍遠大于回用水量,無法實現總排放口零排放。如果將剩余工業污水全部脫鹽制后供生產使用,成本太高。

            5.2 敞開式循環冷卻水系統及其補充水分析

            5.2.1 凈循環冷卻水系統

            凈循環冷卻水系統補充水一般采用廠區工業新水。

            在進行凈循環水補充水的計算前,先設定如下參數:凈循環冷卻水含鹽量為B,凈循環水系統濃縮倍數值設定為N1;凈循環冷卻水系統補充水用廠區工業新水,工業新水含鹽量設定為C。N1=B/C。[2][3]

            凈循環冷卻水含鹽量B應符合所需冷卻的工藝設備的最低限度要求,即可認為B是恒定值。在這種條件下,如果工業新水的含鹽量越低(水質好),則相應的濃縮倍數也越大,扣除蒸發因素外所需補充的水量也就越少,其強制排污的水量也越少,所需的補充工業新水量也越少。

            某鋼鐵公司新建項目工業凈循環水系統濃縮倍數與工業新水含鹽量降低率的關系曲線,工業凈循環水含鹽量為設定值(Cl-為180 mg/L)。

            可以看出,隨著工業新水含鹽量降低率的升高,濃縮倍數的趨勢也在變大,而且變大的幅度更大。

            5.2.2 濁循環冷卻水補充水的分析

            濁循環冷卻水系統的補充水通常采用敞開式凈循環冷卻水的強制排污水,在凈循環強制排污水量無法滿足需求的情況下,采用工業新水作為補充水源。

            在進行濁循環水補充水的計算前,先設定如下參數:以經處理后的濁循環水含鹽量A為濁循環濃縮倍數計算的參照量,濁循環濃縮倍數值設定為N2;相關凈循環冷卻水含鹽量設定為B,凈循環水系統濃縮倍數值設定為N1;凈循環冷卻水系統補充水采用廠區工業新水,工業新水含鹽量設定為C。

            N1=B/C,N2=A/B→N2= A/(C·N1)

            由上面的計算可以得出以下推論:

            ①如果C越低,則N2也越高,說明當凈循環排污水量已經無法滿足濁循環補水需求,采用工業新水作為濁循環水系統的補水時,降低工業新水的含鹽量,也可以提高濁循環水濃縮倍數,減少強制排污水量,從而降低補充水量;

            ②通常情況下A>C,理論計算上來說,當A/C<N1,則N2<1,當A/C>N1,則N2>1,但當N2<1時,濃縮倍數沒有意義;一般敞開式凈循環水濃縮倍數N1=4~5,也就是說只有在濁循環水含鹽量A是工業新水含鹽量C的4~5倍以上時,濁循環水濃縮倍數才可能>1,濁循環說濃縮倍數才有意義;反之,當濁循環水的含鹽量不是工業新水含鹽量的4~5倍以上時,不應使用凈循環強制排污水作為濁循環水系統的補充水,而應考慮采用水質更加好的工業新水。

            5.2.3 補充水水質對于循環冷卻水系統的影響

            從上述理論分析的結果來看,可以得出以下初步結論:

            工業新水作為循環水系統的補充水,含鹽量的降低確實可以有效的減少循環水系統強制排污水量,從而控制整個鋼廠工業水系統的排污量和補水量,采用水質較好的工業新水,對節能減排有利。

            某鋼鐵公司項目在新建的工業新水處理中加入不同純水量后所得的全廠總的工業新水量、工業污水量、純水量及回用水量的曲線圖(按年平均量)。

            可以看出,改善工業新水水質后,工業新水總用水量下降,工業污水與回用水水量之間的差距也逐步變小。提高工業新水水質對于促進工業水系統的節能減排確實有效。但從數據的比較分析來看,采取提高工業新水水質的措施,其負面影響就是純水用量變大、工業污水排放量變大,回用水量也變大。另外,添加入原工業新水的脫鹽水、軟化水或純水占原工業新水比例不能超過30%時。當超過這個比例時,會造成純水用量過大,導致在制取純水過程中所排濃鹽水量大幅度上升,濃鹽水排放量在工業污水總量中的比例上升,而這部分濃鹽水回用只能直流潑渣或是澆灑地坪;同時造成了對回用水的需求量也變大,而這部分需求量的增大無法通過濃鹽水排放回用量的增大加以解決。

            6 短流程生產工藝鋼鐵企業工業污水回用方式

            由以上分析可知,在工業新水中加入純水降低工業新水含鹽量,可以起到減少工業污水排放量的作用。

            因此,在短流程生產工藝的鋼鐵企業,將工業污水制成脫鹽水、軟化水或純水除供煉鋼、連鑄等單元關鍵設備的間接冷卻密閉式循環水系統以及鍋爐、蓄熱器等的補充用水外,另外制取一部分脫鹽水、軟化水或純水直接補入工業新水系統。

            7 小結

            針對不同的鋼鐵企業生產工藝(長流程和短流程),采用不同的工業污水的回用方式,對于提高工業污水的回用率有著積極的意義。在詳細實施時,應根據工程實際情況進行詳細的理論計算和分析。

            污泥離心脫水處理成套裝置(臥螺離心機),全稱:臥式螺旋卸料沉降離心機,是城市生活污水處理、自來水生產過程中的污泥處理、工農業污水處理工程中的重要設備。
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