钢铁企业中水回用分析

赵宏亮

(河北省唐秦水文水资源勘测局,河北唐山 063000)

钢铁企业中水回用分析

赵宏亮

(河北省唐秦水文水资源勘测局,河北唐山 063000)

简述了中水回用的概念及其重要作用,以唐山国丰钢铁有限公司中水回用为例,分析中水经过深度处理工艺处理以后在钢铁企业各生产车间的综合应用,并从水资源短缺、保护环境、钢铁产业发展以及经济社会可持续发展四个方面论述了中水回用的必要性。

中水回用;污水处理;必要性

1 概况

所谓中水,主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准、可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水,其水质介于上水与下水之间,是水资源有效利用的一种形式[1]。因为它的水质指标低于生活饮用水的水质标准,但又高于允许排放的污水的水质标准,处于二者之间,所以叫做“中水”。中水回用,是解决城市水资源危机的重要途径,也是协调城市水资源与水环境的根本出路[2]。

根据国家《节能减排综合性工作方案》的节能降耗和污染减排要求,唐山国丰钢铁有限公司于 2007年开始进行技术改造工程,拆除 4座 179m3高炉、5座 20 t转炉等落后装备,淘汰炼铁能力 100万 t、炼钢能力 120万 t。新建 2座1 780m3高炉、2台 230m2烧结机和 2套 1450薄板坯连铸连轧生产线等设施;投资 1.1亿元建设公司深度处理站 2座,投资 5 000万元建设公司污水处理站 2座,建设 8座化学除油器等。

2008年 7月唐山国丰钢铁有限公司结束了生产使用地下水的历史,生产用水全部使用中水,成为全国钢铁企业中率先实现工业用地下水“零开采”的企业。

2 中水水源

唐山国丰钢铁有限公司生产用水水源为唐山市西郊污水处理二厂的中水和丰南区利源污水处理有限公司的中水,两个污水处理厂可供给公司中水 2 310万 m3/a。

2.1 唐山市西郊污水处理二厂的中水

唐山市西郊污水处理二厂 2002年开工建设,于 2005年建成通水,占地 11.67 ha,总投资 24 421.44万元,设计处理污水 9.0万 m3/d,污水处理采用 A/O生物脱氮工艺同步实施中水回用。

唐山市西郊污水处理二厂现状处理污水 9.0万 m3/d,产出深度处理再生水 7.2万 m3/d,根据用水协议规定,首先满足西郊热电厂的循环冷却水 1.5万 m3/d,再满足唐山贝氏体钢铁 (集团)有限公司生产用水 1.0万 m3/d,可向唐山国丰钢铁有限公司供水 3万 m3/d,剩余水量排入青龙河作为景观用水。

唐山市西郊污水处理二厂处理的中水水质不能完全满足唐山国丰钢铁有限公司生产用水水质要求见表 1,需经深度处理站进一步处理。

表 1 唐山市西郊污水处理二厂中水水质

2.2 丰南区利源污水处理有限公司的中水

丰南区利源污水处理有限公司于 2005年建成投产,总投资 1.1亿元,设计处理污水 5万 m3/d,生产再生水 4万m3/d。污水处理工艺选用前置厌氧池的氧化沟工艺,其工艺由机械处理和生化处理两部分组成。

丰南区利源污水处理有限公司现状处理污水 5万 m3/d,生产再生水 4万 m3/d,根据用水协议规定,丰南区利源污水处理有限公司向唐山国丰钢铁有限公司供水 4万 m3/d,剩余水量排入银丰渠。

丰南区利源污水处理有限公司处理的中水水质不能完全满足唐山国丰钢铁有限公司生产用水水质要求见表 2,需经深度处理站进一步处理。

表 2 丰南区利源污水处理有限公司中水水质

3 中水、污水处理工艺流程

3.1 中水深度处理工艺流程

唐山国丰钢铁有限公司 2座深度处理站的作用是将唐山市西郊污水处理二厂和丰南区利源污水处理有限公司供给的中水经过深度处理站深度处理,然后向各生产车间输送达标生产用水。

中水深度处理工艺流程:通过先进的西门子超滤、反渗透等处理技术,将唐山市西郊污水处理二厂和丰南区利源污水处理有限公司供给的中水进一步净化成为生产需要的软水,经深度处理后的中水可以满足公司循环冷却水水质要求。对于锅炉补充水,经深度处理后的中水尚不能满足锅炉补给水水质要求,需进一步处理,经深度处理后的再生水经过滤 +二级反渗透 +EDI装置进行脱盐处理。中水深度处理工艺流程见图 1。

图 1 中水深度处理工艺流程图

污水处理厂的中水经深度处理后水质符合中华人民共和国《工业循环冷却水处理设计规范》中循环冷却水和锅炉用水水质标准。

3.2 污水处理工艺流程

唐山国丰钢铁有限公司为减少排放废水对环境的影响,保证废水达到 “零排放”,公司在南北厂区分别建设了污水处理站,将生产废水回收处理后根据不同水质再返回生产工序使用,实现闭路循环。

污水处理工艺流程:首先将污水经格栅去除部分杂物,经提升泵站水泵提升送预沉池去除水中大颗粒悬浮物和浮油,同时加入聚合硫酸铁混凝药剂 (PES)之后,在混合池内将污水药剂充分混合,增强反应效果。经上述预处理后,投加助凝剂 (PAM),使污水中的磷、重金属和以胶体及悬浮物状态存在的有机物以污泥的形式沉淀。沉淀的上清液经过加氯系统消毒之后,通过投加聚合氯化铝 (PAC)和助凝剂(PAM),多次沉淀、过滤,彻底除去污水中的有机物,使水质等到净化后,用加压泵加压送入各生产车间,公司实现废水“零排放”。污水经处理后水质达到污水再生利用工程设计规范 (GB 50335-2005)标准。污水处理工艺流程见图 2。

图 2 污水处理工艺流程图

4 中水回用分析

唐山国丰钢铁有限公司有南北两个厂区,年设备综合利用天数 330 d(7920h),产钢总量 600万 t/a,南厂区包括:第一炼铁厂、第一炼钢厂、第一轧钢厂、热轧薄板厂和第一制氧厂;北厂区包括:第二炼铁厂、第二炼钢厂、第二轧钢厂和第二制氧厂。

公司取水量为 2 412.5m3/h(1 917万 m3/a),其中生产取中水量 2 337.5m3/h(1 851.3万 m3/a),生活取地下水量75m3/h(65.7万 m3/a),见表 3。中水在生产过程中主要用于:原料场 105m3/h、烧结车间 485 m3/h、炼铁车间 508.5 m3/h、炼钢车间 601m3/h、轧钢车间 487m3/h、制氧工程 140 m3/h、公司深度处理站 11 m3/h[3]。公司生产用水初步实现分质供应、分级处理、梯级利用。公司生产用水重复利用率达到 97.57%,吨钢耗水量为 3.20 m3/t,废污水全部回收利用,实现“零排放”。

5 中水回用的必要性

5.1 水资源短缺的需要

唐山市丰南区是河北工业重镇,水资源紧缺形势日趋严峻,地下水开采率较高,深、浅层地下水均已超采,部分区域已形成了地下水位降落漏斗区。丰南的胥各庄镇、银丰镇,唐坊、黄各庄以南的沿海区域均属于地下水超采区,老王庄、杨家泊一带属深层地下水严重超采区。丰南区平原区浅层地下水 (矿化度≤1 g/L区)多年平均总补给量为 9 565万m3/a,多年平均总排泄量 10 411万 m3/a,地下水年亏损 846万m3/a[4]。

唐山国丰钢铁有限公司用中水代替地下水用于企业生产需水,实现工业用地下水“零开采”,公司 31眼地下水井停用29眼,保留 2眼用于生活用水,减少地下水开采量 1 549.9万 m3/a,丰南区地下水位每年可回升 1m左右,大大缓解丰南区地下水资源用水紧张趋势。中水回用是解决丰南区水资源短缺问题的必要措施。

5.2 保护环境的需要

唐山市西郊污水处理二厂和丰南区利源污水处理有限公司年处理污水 5 110万 m3/a,回用污水量达到 3 468万 m3/a。唐山市丰南区将污水处理后经深度处理直接回用于工业用水,使得城市污水处理产生直接的收益和经济效益,既减少了污染排放,保护了生活和工作环境,又节约了有限的水资源,达到了国家要求的节能减排的目的。

中水是城市稳定的淡水资源,唐山市丰南区中水回用减少了城市对自然水的需求量,削减了对水环境的污染负荷,减弱了对水自然循环的干扰,维持健康的水循环。中水回用是保护环境的需要。

5.3 钢铁产业发展的需要

水是钢铁工业可持续发展的重要环境影响评价指标。《钢铁产业发展政策》(国家发改委令第 35号)明确指出:“最大限度地提高废气、废水、废物的综合利用水平,力争实现“零排放”,建立循环型钢铁工厂”。随着国家对现有钢铁企业和新建企业的工业污水排放提出的要求更为严格,在现有常规处理工艺的基础上将全厂工业污水做进一步深度脱盐处理制成工业新水、脱盐水、软化水及纯水等用于生产,已成为提高钢铁工业新水有效利用率和企业节水水平的有效措施。

唐山国丰钢铁有限公司投资 1.1亿元建设公司深度处理站 2座,投资 5 000万元建设公司污水处理站 2座,利用 2座污水处理站和 2座深度处理站将生活污水、生产废水以及雨水回收处理后根据不同水质再返回生产工序使用,使生产用水初步实现了分质供应、分级处理、梯级利用,实现了闭路循环。唐山国丰钢铁有限公司废水“零排放”和工业用地下水“零开采”,提高了水的重复利用率,减少工业新水取水量,降低吨钢耗水,节约了宝贵的水资源。

表 3 唐山国丰钢铁有限公司取用水量统计表

5.4 经济社会可持续发展的需要

中水可应用到城市绿化、冲厕、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工、冷却、洗涤、观赏性景观、湿地等方面使用,也可在钢铁厂、化工厂、热电厂等企业作为生产用水使用。唐山市丰南区中水的回用置换出城一定范围内生产使用的地下水,保护地下水资源;同时,使用中水的企业向污水处理厂支付的中水使用费,减轻了维持污水处理厂运转的财政负担,也有效解决了污水处理厂建成后运转的难题。中水回用是水资源有效利用的一种形式,是区域经济社会可持续发展保障。

6 结语

中水回用是污水处理后的再利用,是污水处理的延伸和开发。为推动城市污水的综合利用,保证中水回用事业更好地发展,完善和提高可用水源在水循环中的使用效率,更好地实现水资源的循环和利用,政府和水行政部门应以最大力度推广中水。中水的集水、净化处理、供水、计量、检测设施以及其他附属设施的规划、建设、管理等,应按照“谁投资、谁受益”的原则,鼓励单位和个人以独资、合资、合作等方式建设中水设施,从事中水经营活动。

[1]沈光范,徐强 .积极稳妥地开展中水回用工作[J].中国给水排水,2001,17(4):31-32.

[2]武贵桃.大力推广中水回用 实现污水资源化[J].人口?资源与环境,2003,13(2):120-121.

[3]唐山国丰钢铁有限公司技改工程建设项目水资源论证报告[R].石家庄:河北省水利水电第二勘测设计研究院.2009.

[4]唐山市水资源评价报告[R].唐山:唐山市水务局 .2005.

TV 213.9

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1004-1184(2010)03-0078-02

2009-12-03

赵宏亮(1977—),男,河北乐亭人,工程师,主要从事水文水资源分析与评价工作。