论文部分内容阅读
摘 要：文章对前进钢铁水资源使用中存在的问题进行了分析，介绍了该企业节水减排采取的新举措，主要包括：中水回用、分级供水、串级使用、雨水回收。以上措施优化了公司用水结构、构建了取水、用水、排水三位一体的节水体系，开创了钢铁行业节约用水、减少废水排放的创新模式。该模式值得在钢铁企业推广应用。并提出节水减排是一项持续性工作，不断挖掘企业节水减排潜力对于企业生存发展具有重要意义，后期还可通过耗水设备及工艺方面进行节水规划。
关键词：节水 分级供水 雨水回收 水处理
近年来，水资源短缺及水环境污染问题不断引起国家高度重视。2012年1月国务院颁发了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》；2013年5月，国家环保部、环境保护部、国土资源部、住房和城乡建设部以及水利部联合印发《华北平原地下水污染防治工作方案》。这是中国为解决日益严重的地下水污染问题及水资源短缺迈出的重要一步。钢铁企业作为耗水大户，节水任务仍十分艰巨。水资源短缺和水环境污染必将成为制约钢铁企业发展的瓶颈问题，钢铁工业的节水减排工作的核心是提高用水效率和效益，要与钢铁企业的节能减排和循环经济紧密结合。
一、前钢集团水资源利用存在问题
随着水资源的日益匮乏，企业生产规模的日益扩大。水资源紧缺已经成为制约钢铁行业发展的瓶颈。河北前钢集团水资源面临的主要问题有：
1.水源单一，没有合理挖掘其他水源的使用价值。如蒸汽冷凝水、雨水、废水等，直接外排势必造成水资源的浪费。
2.各环节对水质要求掌握不够且没有合理分级，存在高质低用现象；
3.耗水量大，水的循环利用率低，分厂虽有独立的循环水系统，各系统排放的废水不能很好的得到回用，水的循环使用率低，缺乏总体规划。
4.缺乏有效的节水流程，如串级供水工艺，各系统水质超标后直接外排，优质排水没能排向下一级用水点。造成水资源白白浪费。
二、前钢集团节水减排措施
河北前钢集团自建厂以来不断摸索节约用水、循环利用的经验和技术，本着高度的社会责任意识积极推进循环冷却水高浓缩倍数运行、中水回用、分级供水、串级使用、雨水收集等一系列节水举措开创了水循环利用的新模式，为实现工业用水零開采和废水零排放奠定了基础。
1.投建废水深度处理系统，实施中水回用，减少地下水开采
2009年9月份前钢集团投资建设废水深度处理及综合利用系统（工艺流程图见图1）两套，利用胜芳镇污水处理厂产生的符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18198-2002）一级B标准的中水经2000m3调节池均质杀菌后进入两座处理水量1300m3/h的高密度澄清池进行絮凝沉淀，沉淀后自流进入气水反冲洗快滤池，过滤后的水浊度在5NTU以下进入深度处理车间，首先经过过滤精度为100μm自清洗过滤器过滤后，进入超滤过滤掉水中悬浮的固体小颗粒和有机大分子，最后进入反渗透前的最后一道屏障保安过滤器。反渗透处理后产生优质除盐水及附属品浓盐水。浓盐水用于炼铁和炼钢的冲渣，深度处理车间共设超滤、反渗透机组各8套，单套除盐水产能为90m3/h，其中一级分渗透机组6套，产生除盐水540m3/h，产水电导率小于50μs/cm，作为二级反渗透进水以及炼钢汽化烟道、轧钢加热炉等对水质要求较高的系统补水；二级反渗透机组2套，产生二级除盐水180m3/h，产水电导率小于5μs/cm，用于烧结余热锅炉、煤气发电锅炉的补水。该项目可实现年回收利用中水570万m3，产生一级除盐水270万m3，产生二级除盐水143万m3。该项目的建设大大减少了地下水开采，同时也为公司废水回用奠定了基础。
前钢集团废水深度处理项目设计进出水水质见表1，实际运行出水水质PH7.80～7.93、总硬度9.1～11mg/l、氯离子27～29 mg/l满足《城市污水再利用 工业用水水质》（GB/T19923-2005）水质标要求。
2.实现分级供水、串级使用
2012年5月前钢集团投资建设了分级供水及水循环利用项目，项目建设内容主要包括以下几个方面。
2.1 铺设分级供水及串级使用管网
将公司水源按水质质量差别划分为六个级别：二级除盐水、一级除盐水、冷凝水、备用水、中水、浓盐水、其他水（中亭河水、炼钢废水、雨水），各级别水水质指标见表2，分级供水管网铺设涉及六种管道，一级除盐水DN200主管架空1320米，DN150分支管架空420米；二级除盐水DN150 UPVC管架空1080米；备用水管道DN400地埋4400米，DN300地埋5400米；预处理中水主管DN300碳钢管架空1100米；浓盐水南区冲渣管DN250衬胶架空800米、北区冲渣管DN300地埋1415米；蒸汽冷凝水DN200架空550米。各种管道阀门共计98台。按各系统对水质的不同要求提供相应补水，避免高质低用。
二级除盐水供余热锅炉、煤气锅炉；一级除盐水供炼钢净环、炼钢气化冷却、转炉软水及中宽带加热炉使用，中水供给烧结混合配料、烧结脱硫、烧结压滤机、球团选矿、厂区厕所、烧结厂区预留其他接入点。浓盐水供南北区炼铁冲渣、炼钢冲渣、烧结脱硫；汽化冷却过程中蒸汽冷凝水供给烧结余热发电使用。
分级供水管网的铺设改变了原有供水模式，实现了合理分级，对于发电锅炉等用户供给优质除盐水（二级除盐水）提升了设备用水质量，有效避免了设备腐蚀结垢及事故发生，延长了设备使用寿命，对于反渗透系统附属产物浓盐水及中水进行了回收再利用，减少了地下水的开采量。
分级供水管网铺设同时，对分厂内部循环水系统原有独立的供水排水模式进行改造，尽可能的采用串级供水方式，高要求用户排水至低要求用户，以减少废水的外排量。主要改造内容有：增加炼铁厂净环系统不合格水外排至炼铁浊环系统管路（DN150），增加炼钢净环不合格水外排至浊环系统管路（DN100管道三棵），增加球团循环水不合格外排水至球团选矿管路。通过以上串级管路的铺设，使得炼铁净环、炼钢净环、球团净环水系统基本达到零排污，从而减少了废水外排量。 2.2建设配套水处理设备的中心水泵房
12年底，建设配套水处理设备的中心水泵房（含化学除油器、一体化水处理设备和两座20万m3容积的平流池），提高水处理能力，实现集中供水，同时将净环排水给层流，层流排水给浊环，浊环排水泵送至废水深度处理及综合利用项目处理后回用，实现工业用水的串级使用、循环利用。中心水泵房主要分为净环供水系统、层流供水系统、浊环供水系统。净环供水系统循环水量9000m3/h，层流供水系统处理水量4000m3/h，层流水主要用于打包机、轧辊、卷取机等的直接冷却，其废水中主要污染物为氧化铁皮及润滑油类。系统采用10套一体化高效污水处理设备，经处理后的水含油量在5mg/L以下，悬浮物5mg/L以下；轧钢浊环水主要用于冷却轧机轴辊轴承，废水中均为乳化油，该系统水量大，采用10套化学除油器设施，处理量15000m3/h，通过在废水中投加絮凝剂助凝剂，使油类悬浮物杂质聚凝沉淀在池底排出。经处理后，悬浮物可由50mg/L降至25mg/L以下，含油量可由100mg/L降至10mg/L以下。
2.3建立外排水回收水池
建立外排水回收水池3个：制氧380m3废水池位于制氧循环水泵房地下，主要用于收集北区高炉净环排水、制氧系统排水；炼钢360 m3废水池位于炼钢5#平流池南侧，主要用于收集炼钢连铸浊环、转炉浊环系统排水；余热发电480m3废水池位于余热发电循环水池内，主要收集烧结净环及发电净环系统排水废水池污水通过管道输送。三座外排水回收池总容积为1220m3，各系统排水集中收集后泵送至废水深度处理及综合利用项目处理回用。
上述分级供水及串级使用项目的实施，可实现减少地下水开采90万m3/年，減少废水排放量15万m3/年，同时两座平流沉淀池可回收雨水3.6万m3/年。
3.实施雨水回收，建设雨水收集设施
2010年建设雨水回收设施一套，在钢铁行业率先实现建设雨水回收项目。前进钢铁雨水回收系统设计总收集面积为54万m2，包括道路雨水收集系统和屋顶雨水收集系统。道路雨水收集系统通过雨水收集口及雨水收集井将雨水收集至格栅式雨水收集明渠，各条道路明渠最终将雨水汇集至雨水收集池。屋顶雨水收集系统，是厂房将屋顶雨水全部回收，使其汇流至屋顶下明渠中，所有明渠与马路雨水收集明渠汇流后一起流至6000m3的雨水收集池。雨水处理过程包括：雨水池内收集的雨水经过雨水泵扬升至水处理调节池，与中水勾兑后，作为水处理原水，经废水深度处理及综合利用项目处理后作为厂区循环水补给水使用。以多年平均降雨量502.8mm/年计算，年可回收利用雨水18.9万m3。
三、结论
前钢集团节水减排新模式着重解决了河北前进钢铁集团水资源短缺及水资源不合理利用问题，同时提高了供水系统的自动化与一体化，提高供水效率及质量，进而更好的保证生产平稳运行。
通过以上节水措施的实施，优化了公司用水结构、构建了取水、用水、排水三位一体的节水体系，在实现保护地下水资源、回收处理污水的同时实现了工业园区水循环利用，开创了钢铁行业节约用水、减少废水排放的创新模式。2012年公司吨钢耗新水大大下降，生产废水基本得到回收利用。前钢集团节水减排新模式值得在同类钢铁企业推广应用。
我国钢铁工业节水减排工作应注入新的理念，如开创多元化、少量化、资源化、无害化水处理技术等。节水减排是一项持续性工作，不断挖掘企业节水减排潜力对于企业生存发展至关重要，后期可通过耗水设备及工艺方面进行节水规划。
参考文献
[1]钱小青 葛丽英 赵由才 主编.冶金过程废水处理与利用：北京.冶金工业出版社，2007.
[2]国家环保总局编.工业污染治理技术丛书：废水卷，钢铁工业废水治理.北京：中国环境科学出版社，1992.
[3]刘仁生 何巍 王维兴主编.钢铁工业节能减排新技术：北京.中国科学技术出版社，2009.
[4]张景来，王剑波，常冠钦等主编.冶金工业污水处理技术及工程实例.北京：化学工业出版社，2003.
[5]王笏槽主编.钢铁工业给水排水设计手册.北京：冶金工业出版社，2002.
[6]周本省主编.工业水处理技术.北京：化学工业出版社，2002.
[7]北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册（第二版）第三册：工业排水.北京：中国建筑工业出版社.2002.
[8]北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册（第二版）第七册：城镇防洪.北京：中国建筑工业出版社.2002.
关键词：节水 分级供水 雨水回收 水处理
近年来，水资源短缺及水环境污染问题不断引起国家高度重视。2012年1月国务院颁发了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》；2013年5月，国家环保部、环境保护部、国土资源部、住房和城乡建设部以及水利部联合印发《华北平原地下水污染防治工作方案》。这是中国为解决日益严重的地下水污染问题及水资源短缺迈出的重要一步。钢铁企业作为耗水大户，节水任务仍十分艰巨。水资源短缺和水环境污染必将成为制约钢铁企业发展的瓶颈问题，钢铁工业的节水减排工作的核心是提高用水效率和效益，要与钢铁企业的节能减排和循环经济紧密结合。
一、前钢集团水资源利用存在问题
随着水资源的日益匮乏，企业生产规模的日益扩大。水资源紧缺已经成为制约钢铁行业发展的瓶颈。河北前钢集团水资源面临的主要问题有：
1.水源单一，没有合理挖掘其他水源的使用价值。如蒸汽冷凝水、雨水、废水等，直接外排势必造成水资源的浪费。
2.各环节对水质要求掌握不够且没有合理分级，存在高质低用现象；
3.耗水量大，水的循环利用率低，分厂虽有独立的循环水系统，各系统排放的废水不能很好的得到回用，水的循环使用率低，缺乏总体规划。
4.缺乏有效的节水流程，如串级供水工艺，各系统水质超标后直接外排，优质排水没能排向下一级用水点。造成水资源白白浪费。
二、前钢集团节水减排措施
河北前钢集团自建厂以来不断摸索节约用水、循环利用的经验和技术，本着高度的社会责任意识积极推进循环冷却水高浓缩倍数运行、中水回用、分级供水、串级使用、雨水收集等一系列节水举措开创了水循环利用的新模式，为实现工业用水零開采和废水零排放奠定了基础。
1.投建废水深度处理系统，实施中水回用，减少地下水开采
2009年9月份前钢集团投资建设废水深度处理及综合利用系统（工艺流程图见图1）两套，利用胜芳镇污水处理厂产生的符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18198-2002）一级B标准的中水经2000m3调节池均质杀菌后进入两座处理水量1300m3/h的高密度澄清池进行絮凝沉淀，沉淀后自流进入气水反冲洗快滤池，过滤后的水浊度在5NTU以下进入深度处理车间，首先经过过滤精度为100μm自清洗过滤器过滤后，进入超滤过滤掉水中悬浮的固体小颗粒和有机大分子，最后进入反渗透前的最后一道屏障保安过滤器。反渗透处理后产生优质除盐水及附属品浓盐水。浓盐水用于炼铁和炼钢的冲渣，深度处理车间共设超滤、反渗透机组各8套，单套除盐水产能为90m3/h，其中一级分渗透机组6套，产生除盐水540m3/h，产水电导率小于50μs/cm，作为二级反渗透进水以及炼钢汽化烟道、轧钢加热炉等对水质要求较高的系统补水；二级反渗透机组2套，产生二级除盐水180m3/h，产水电导率小于5μs/cm，用于烧结余热锅炉、煤气发电锅炉的补水。该项目可实现年回收利用中水570万m3，产生一级除盐水270万m3，产生二级除盐水143万m3。该项目的建设大大减少了地下水开采，同时也为公司废水回用奠定了基础。
前钢集团废水深度处理项目设计进出水水质见表1，实际运行出水水质PH7.80～7.93、总硬度9.1～11mg/l、氯离子27～29 mg/l满足《城市污水再利用 工业用水水质》（GB/T19923-2005）水质标要求。
2.实现分级供水、串级使用
2012年5月前钢集团投资建设了分级供水及水循环利用项目，项目建设内容主要包括以下几个方面。
2.1 铺设分级供水及串级使用管网
将公司水源按水质质量差别划分为六个级别：二级除盐水、一级除盐水、冷凝水、备用水、中水、浓盐水、其他水（中亭河水、炼钢废水、雨水），各级别水水质指标见表2，分级供水管网铺设涉及六种管道，一级除盐水DN200主管架空1320米，DN150分支管架空420米；二级除盐水DN150 UPVC管架空1080米；备用水管道DN400地埋4400米，DN300地埋5400米；预处理中水主管DN300碳钢管架空1100米；浓盐水南区冲渣管DN250衬胶架空800米、北区冲渣管DN300地埋1415米；蒸汽冷凝水DN200架空550米。各种管道阀门共计98台。按各系统对水质的不同要求提供相应补水，避免高质低用。
二级除盐水供余热锅炉、煤气锅炉；一级除盐水供炼钢净环、炼钢气化冷却、转炉软水及中宽带加热炉使用，中水供给烧结混合配料、烧结脱硫、烧结压滤机、球团选矿、厂区厕所、烧结厂区预留其他接入点。浓盐水供南北区炼铁冲渣、炼钢冲渣、烧结脱硫；汽化冷却过程中蒸汽冷凝水供给烧结余热发电使用。
分级供水管网的铺设改变了原有供水模式，实现了合理分级，对于发电锅炉等用户供给优质除盐水（二级除盐水）提升了设备用水质量，有效避免了设备腐蚀结垢及事故发生，延长了设备使用寿命，对于反渗透系统附属产物浓盐水及中水进行了回收再利用，减少了地下水的开采量。
分级供水管网铺设同时，对分厂内部循环水系统原有独立的供水排水模式进行改造，尽可能的采用串级供水方式，高要求用户排水至低要求用户，以减少废水的外排量。主要改造内容有：增加炼铁厂净环系统不合格水外排至炼铁浊环系统管路（DN150），增加炼钢净环不合格水外排至浊环系统管路（DN100管道三棵），增加球团循环水不合格外排水至球团选矿管路。通过以上串级管路的铺设，使得炼铁净环、炼钢净环、球团净环水系统基本达到零排污，从而减少了废水外排量。 2.2建设配套水处理设备的中心水泵房
12年底，建设配套水处理设备的中心水泵房（含化学除油器、一体化水处理设备和两座20万m3容积的平流池），提高水处理能力，实现集中供水，同时将净环排水给层流，层流排水给浊环，浊环排水泵送至废水深度处理及综合利用项目处理后回用，实现工业用水的串级使用、循环利用。中心水泵房主要分为净环供水系统、层流供水系统、浊环供水系统。净环供水系统循环水量9000m3/h，层流供水系统处理水量4000m3/h，层流水主要用于打包机、轧辊、卷取机等的直接冷却，其废水中主要污染物为氧化铁皮及润滑油类。系统采用10套一体化高效污水处理设备，经处理后的水含油量在5mg/L以下，悬浮物5mg/L以下；轧钢浊环水主要用于冷却轧机轴辊轴承，废水中均为乳化油，该系统水量大，采用10套化学除油器设施，处理量15000m3/h，通过在废水中投加絮凝剂助凝剂，使油类悬浮物杂质聚凝沉淀在池底排出。经处理后，悬浮物可由50mg/L降至25mg/L以下，含油量可由100mg/L降至10mg/L以下。
2.3建立外排水回收水池
建立外排水回收水池3个：制氧380m3废水池位于制氧循环水泵房地下，主要用于收集北区高炉净环排水、制氧系统排水；炼钢360 m3废水池位于炼钢5#平流池南侧，主要用于收集炼钢连铸浊环、转炉浊环系统排水；余热发电480m3废水池位于余热发电循环水池内，主要收集烧结净环及发电净环系统排水废水池污水通过管道输送。三座外排水回收池总容积为1220m3，各系统排水集中收集后泵送至废水深度处理及综合利用项目处理回用。
上述分级供水及串级使用项目的实施，可实现减少地下水开采90万m3/年，減少废水排放量15万m3/年，同时两座平流沉淀池可回收雨水3.6万m3/年。
3.实施雨水回收，建设雨水收集设施
2010年建设雨水回收设施一套，在钢铁行业率先实现建设雨水回收项目。前进钢铁雨水回收系统设计总收集面积为54万m2，包括道路雨水收集系统和屋顶雨水收集系统。道路雨水收集系统通过雨水收集口及雨水收集井将雨水收集至格栅式雨水收集明渠，各条道路明渠最终将雨水汇集至雨水收集池。屋顶雨水收集系统，是厂房将屋顶雨水全部回收，使其汇流至屋顶下明渠中，所有明渠与马路雨水收集明渠汇流后一起流至6000m3的雨水收集池。雨水处理过程包括：雨水池内收集的雨水经过雨水泵扬升至水处理调节池，与中水勾兑后，作为水处理原水，经废水深度处理及综合利用项目处理后作为厂区循环水补给水使用。以多年平均降雨量502.8mm/年计算，年可回收利用雨水18.9万m3。
三、结论
前钢集团节水减排新模式着重解决了河北前进钢铁集团水资源短缺及水资源不合理利用问题，同时提高了供水系统的自动化与一体化，提高供水效率及质量，进而更好的保证生产平稳运行。
通过以上节水措施的实施，优化了公司用水结构、构建了取水、用水、排水三位一体的节水体系，在实现保护地下水资源、回收处理污水的同时实现了工业园区水循环利用，开创了钢铁行业节约用水、减少废水排放的创新模式。2012年公司吨钢耗新水大大下降，生产废水基本得到回收利用。前钢集团节水减排新模式值得在同类钢铁企业推广应用。
我国钢铁工业节水减排工作应注入新的理念，如开创多元化、少量化、资源化、无害化水处理技术等。节水减排是一项持续性工作，不断挖掘企业节水减排潜力对于企业生存发展至关重要，后期可通过耗水设备及工艺方面进行节水规划。
参考文献
[1]钱小青 葛丽英 赵由才 主编.冶金过程废水处理与利用：北京.冶金工业出版社，2007.
[2]国家环保总局编.工业污染治理技术丛书：废水卷，钢铁工业废水治理.北京：中国环境科学出版社，1992.
[3]刘仁生 何巍 王维兴主编.钢铁工业节能减排新技术：北京.中国科学技术出版社，2009.
[4]张景来，王剑波，常冠钦等主编.冶金工业污水处理技术及工程实例.北京：化学工业出版社，2003.
[5]王笏槽主编.钢铁工业给水排水设计手册.北京：冶金工业出版社，2002.
[6]周本省主编.工业水处理技术.北京：化学工业出版社，2002.
[7]北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册（第二版）第三册：工业排水.北京：中国建筑工业出版社.2002.
[8]北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册（第二版）第七册：城镇防洪.北京：中国建筑工业出版社.2002.