钢铁企业降低工业废水排放量的研究

2020-06-25罗利民

天津冶金 2020年3期

罗利民

（河钢集团邯钢公司河北056003）

0 引言

钢铁企业主要生产工艺包括烧结、炼铁、炼钢、轧钢及公辅设施，生产过程中需要补充大量的工业新水，同时还要产生大量不同类别的工业废水，这些工业废水是不允许直接排放的。产生的废水种类多、数量大，处理工艺复杂，不但增加生产成本，同时还有造成环境污染事故的风险[1]。经过多年的研究、探索和实践邯钢公司总结出一系列行之有效的节水减排措施：水处理设施的升级改造、工业水串级使用、工业水分质综合管控、优化系统浓缩倍数和高效水质稳定剂的应用等，这些措施的实施有效的减少了邯钢公司生产中工业新水的耗量和工业废水的外排量，为实现工业废水零排放夯实了基础。实现工业废水零排放是钢铁企业重要的课题，是实现钢铁企业清洁生产和绿色发展的重要途径，代表着企业科学技术发展水平和可持续发展的能力。

1 水处理设施的升级改造

1.1 冷却塔设备升级

通过对冷却塔淋水密度、配水装置及通风结构的设计改造及节能型填料的应用，融合“高效、安全、节能、环保、全天候”的设计理念，在满足生产的同时，降低能源消耗。杜绝因冷却设施缺陷造成的补充或置换新水。

选用新型PVC材质的IC-B薄膜填料，该填料为最新高热力性能填料，专为淋水密度大的冷却塔所设计，填料高度1.5 m，使得冷却效果明显提升，主要表现在以下两方面。

（1）高效低阻：同等条件下，其冷却能力是常规填料的1.3倍以上。该填料采用主波和次波设计形式，主波采用梯形设计，次波采用波浪形设计，使水气的传热、传质增强。

（2）高效防堵设计：在结构设计上波形采用平滑过渡的设计思想，在成型工艺上加速脱模，有效的降低填料片表面的粗糙度和毛边的生成，使填料在物理结构上不易被污垢附着。

1.2 过滤器滤网改造

钢铁企业的循环水系统，大量投运自清洗过滤器，采用定压差或定时反洗的方式，去除水中的泥沙等大颗粒杂质，反洗次数和反洗时间决定了废水排放量。

1.2.1 过滤器滤网现状

当过滤器滤网阻塞值达到设定值时，自动反洗排污，若滤网选择不当或工况变化后，没能及时改变滤网选型，会造成反洗排污频次增多、时间增长。在日常检修过程中发现，净环系统的自清洗过滤器楔形滤网的缝隙中卡进了塑料碎片，由于塑料碎片卡的很深，使得清污器的子无法将塑料碎片清除，造成了网面堵塞。经过对这一现象的分析认为，原有滤网结构形式有缺陷。

楔形滤网的结构主要是由1.6毫米的纬线构成，经线很少，其纬线间隔0.2毫米，经线间隔25毫米，而污物的尺寸是10至20毫米的不规则塑料碎片，碎片凹凸不平，其厚度是0.1至0.2毫米。所以导致碎片很容易镶嵌进楔形网中。由于碎片是镶嵌在楔形网的缝隙中，刷毛无法将碎片拔出，导致滤网堵塞，必须改进滤网结构，防止类似问题发生。改造前滤网外形结构如图1所示，改造前滤网内部结构如图2所示。

图1 改造前滤网外形图

图2 改造前滤网内部结构图

1.2.2 改进方案及效果

（1）现将原有的楔形网改为不锈钢平织网、复合UPVC骨架滤网。平织网的结构是经线间隔0.2毫米，纬线间隔也是0.2毫米，碎片不会进到平织网中，只能停留在网的表面，所以刷毛很容易将塑料碎片刷除，通过排污阀排出。

（2）不锈钢平织网复合UPVC骨架滤网的有效过滤面积是楔形网的1.5倍以上，这样就可以使过滤器的抗堵塞能力大大增强，从而减少压力损失，保障出水口压力，同时还可减少反冲次数，降低排污损失。

（3）过滤器原有的反冲洗是分成两部分，第一部分是两个滤芯反冲，第二部分是三个滤芯反冲。改造后反冲洗分为五部分，每部分是一个滤芯反冲。这样对水压的波动影响最小，达到了稳定连续供水的要求。

（4）过滤器滤网改造后，反洗频次降低近一半，反洗时间缩短三分之一，单台过滤器减少反洗排水100吨/天以上。

改造后滤网外形结构如图3所示，改造后滤网内部结构如图4所示。

图3 改造后滤网外形图

图4 改造后滤网内部结构图

2 优化工业水串级使用

（1）针对设有软水密闭循环系统（简称软环）的循环水站，软环系统由纯软水构成，其运行水质稳定，排水量小，原设计这部分排水排入下水道，经过重新规划管道布线，将软环系统排水全部回收至净环水系统利用。

（2）钢铁企业循环水系统安装有很多自清洗过滤器，根据压差或时间设定值，自动反洗排污，原设计反洗水排至生产废水管网，改造后直接作为各浊环水系统的生产水补水，可以满足生产需要，实现了污废水在站区内部重复利用，降低新水消耗。

（3）在水处理站内部实施改造，推行串级用水和内部“小循环”，将自清洗过滤器的排污水收集至旋流井集中处理再利用，将层流系统反洗水改为热轧浊环补水，并以此为鉴，根据供水水质，制定串级用水的上下游关系，将串级用水模式在其它站区推行。

（4）推行“按需分配”的“预算式”区域水平衡方式，有效控制水质过剩以及排污浪费，改造后系统排污量减少，节水显著，而供水水质合格率维持稳中有进。

3 实施工业水分质综合管控

（1）利用分质供水工艺，实现水系统减量排放。采取全工序水量及水质统一控制调整，根据用户对水质的实际需求，合理安排供水水源，避免高品质水资源浪费，减少废水排放。净环过滤反洗水用于超滤系统的原水，超滤系统的反洗排水直接进入中水产水箱，供给浊环系统补水。工业再生水主要用于低品质水系统补充水、料场洒水、地面冲洗、高炉冲渣等低水质要求用户。净循环系统排污水用于循环水系统中浊循环补充水、路面冲洗等。工业新水主要用于敞开式循环水系统和制备过滤水。生活水主要用于厂区饮用及洗澡等用水。逐步实行以上措施后，厂区内废水排放总量均大幅降低。

（2）分质收集区域排水，提高水质控制能力。对排水系统进行改造，实行污废水分区域收集，含盐量较高的污废水收集至一区处理，含盐量较低的污废水送到二区处理，然后各自独立外供至不同用户使用，实现中水的分质处理与分质供应，将回用水站一期的含盐较高的中水送至深度脱盐水站用于制备软水，有效避免了高盐中水补充循环系统造成硬度增加的弊端[2]。

4 优化水系统浓缩倍数

浓缩倍数的分析与设定以满足生产为前提。浓缩倍数是衡量循环水系统节水的一个重要指标，浓缩倍数越高，所补充水量和排水量就越少，节水效果越好。以水量10 000 m3/h，温差10℃的系统为例，对比浓缩倍数与补水、排污关系，如表1所示。

表1 浓缩倍数与排污量关系 /万吨

由表1可知，浓缩倍数由1.5提高到5.0，年节水170.57万吨，节水率57%，减排量172.75万吨，减排率87%。净环与浊环系统的浓缩倍数一般均不高于4.0。

钢铁企业专门设有化验部门，对水质进行连续跟踪化验，检测水质的稳定性，确保满足用户需求。河钢邯钢邯宝公司根据《能源公辅介质质量标准》，制定补水及排水控制方案，化验硬度、氯离子等控制指标，进行配水动态调整，并据此协调软水的产、供、配。

根据用户需求，不断调整浓缩倍数，循环水系统补水量逐年呈下降趋势，系统排污量同步降低，节水效益显著，而整体的供水水质合格率基本维持稳定。

5 高效水质稳定剂的应用

由于污废水循环利用，水中杂质不断增加，溶解盐浓度升高，细菌滋生也更严重，水处理难度加大，对水质稳定剂要求更高。

（1）水质稳定剂的选择主要根据式（7-1）、（7-2）、（7-3），以朗格利尔饱和指数Is和稳定指数Rs判断水质结垢与腐蚀的倾向[3]。

式中：A：总溶解固体常数；B：温度常数；C：钙硬度常数；D：总碱度常数。

当Is=0.5～2.5，稳定；Is＜0.5，腐蚀；Is＞2.5，结垢。

当Rs＜3.7 严重结垢;3.7＜Rs＜6.0 结垢；Rs≈6.0稳定；6.0＜Rs＜7.5 腐蚀；7.5＜Rs＜严重腐蚀。

采用新型的药剂，建立适应高浓缩倍数运行的水处理技术体系，通过控制Is与Rs数值范围，以实现循环冷却水节水降耗与水质稳定[4]。

（2）缓蚀阻垢剂的选择。由于在高浓缩倍数运行情况下系统排污量减少，药剂的停留时间延长。普通药剂分解10%大约要经过24～30 h，专用药剂分解10%可延长至100～150 h，抗分解能力是普通药剂的3倍以上，适应循环水高浓缩倍数运行时药剂停留时间长的特点。具有钙离子容忍度高的特点。通常普通磷系药剂的钙离子容忍度为500～600 mg/l，钙离子浓度过高，会形成有机瞵钙垢，使浊度增加，同时药剂消耗增大[5]。而专用药剂的钙离子容忍度为1 000～1 300 mg/l，且配伍性好，适应水质波动，并有优良的协同效应，对碳酸钙、磷酸钙、锌垢、铁氧化物等成垢粒子具有优良的阻垢分散作用，药剂主要成分具有很好的生物降解性。总磷含量低，且不含有机磷，抗氧化能力强，稳定性好，绿色环保。