钢铁企业综合废水处理回用工程实例思路构建

李东升

（酒钢集团榆中钢铁有限责任公司，甘肃 兰州 730100）

钢铁工业是用水量较大的行业之一，其废水的排放对环境和水资源造成严重影响。废水处理回收利用可以减少钢铁工业对水资源的消耗，降低用水成本，同时保护水资源和环境。随着国家不断推进环保政策的实施，钢铁企业面临着更大的环保压力和更严格的排污要求，实行废水处理回收利用是其可持续发展的必要条件之一。钢铁工业废水处理回收利用的必要性越来越明显，也是企业实现可持续发展的重要手段。

1 废水综合利用的意义

废水是指工业、农业、城市等各个领域排放的含有有害物质的水。废水中的污染物质不仅会污染地下水、河流和海洋等自然资源，还会对生态环境和人类健康造成极大威胁。因此，对废水进行综合利用是保护环境和促进可持续发展的重要手段[1]。

首先，废水综合利用有助于保护水资源，通过废水综合利用，我们可以将其中有用的物质提取出来，减少对自然水资源的开采和消耗，从而保护水资源的可持续利用。其次，废水综合利用有助于促进资源循环利用，废水中含有许多有用的物质，如氨氮、磷酸盐、钾等。这些物质可以通过综合利用的方式进行回收，再次利用到工农业生产等领域中。通过这种方式，可以有效减少对原材料的消耗和浪费，降低资源的开采成本，促进循环经济的发展。废水综合利用还有助于保护生态环境，废水中的污染物质对生态环境的影响是不可忽视的，这些污染物质会对土壤、植被和野生动物等造成极大危害[2]。而通过废水综合利用，可以将其中的有用物质提取出来，减少对生态环境的污染和破坏，有利于保护生态环境的稳定和可持续发展。除此之外，废水综合利用有助于促进经济发展。废水综合利用可以提高企业的资源利用效率，降低企业的生产成本，从而提高企业的竞争力和盈利能力；还可以促进新技术和新产品的研发和应用，推动环保技术和环保产业的发展，为经济发展注入新动力。

2 废水处理回用的技术方法

随着工业化和城市化的加速发展，水资源短缺和环境污染等问题日益突出，如何对废水进行综合利用已经成为全球关注的热点问题。废水综合利用是指将含有有用物质的废水进行处理，将其中的有用物质提取出来进行回收利用，同时将废水中的污染物质降解掉，以实现水资源的可持续利用和环境保护的双重目标。

2.1 物理方法

2.1.1 沉淀法

沉淀法是废水综合利用中的一种物理方法，是指通过使废水中的污染物质与沉淀剂发生反应，使污染物质形成沉淀并分离的过程。沉淀剂通常是一种能与废水中的污染物质发生反应并形成不溶性物质的化学物质。在一定的条件下，如调节pH值、温度等，可以使污染物质与沉淀剂发生反应，形成沉淀后被分离出来，从而达到净化水质的目的。常用的沉淀剂有氢氧化钙、氯化铁、硫酸铝等，不同的沉淀剂适用于不同类型的废水处理。沉淀法适用于处理废水中含有大量悬浮物和浊度高的水体，可用于处理工业废水、农业废水和生活污水等。沉淀法具有操作简便、成本低、处理效果好等优点，但也存在一些缺点，如反应时间长、沉淀剂投加量难以控制等。相关人员在实际应用中需要根据具体情况选择合适的沉淀剂，并优化处理参数，以提升沉淀效果和降低处理成本[3]。

2.1.2 过滤法

过滤法是废水综合利用中的一种物理方法，是指使废水通过过滤材料，将其中的固体颗粒和悬浮物质进行分离的过程。过滤法的原理是利用过滤材料的孔隙和表面作用将废水中的悬浮物质拦截下来，从而实现净化水质的目的。常用的过滤材料有砂石、炭屑、滤纸等，其中砂石过滤常用于工业废水和污水处理，而炭屑过滤则常用于饮用水处理。过滤法适用于处理废水中含有悬浮物质的水体，可以去除废水中的悬浮物、泥沙、胶体等。过滤法具有处理效果好、不会产生二次污染等优点，但也存在一些缺点，如需要经常更换过滤材料、过滤材料需要维护等。因此，在实际应用中，相关人员需要根据具体情况选择合适的过滤材料，并优化处理参数，以提升过滤效果并降低处理成本。

2.1.3 膜分离法

膜分离法是一种高效的废水综合利用方法，其原理是利用膜的分离作用将废水中的物质进行分离和回收，常用的膜包括微滤膜、超滤膜、反渗透膜等。在膜分离法中，废水被压力推进膜管或膜板，水中的微小颗粒和溶质通过膜孔，而较大的分子则被截留在膜表面，从而实现废水的净化和回收。膜分离法适用于处理废水中含有有机物、重金属等难以分离的物质的水体，可以实现对水体的高效处理和回收利用。相比于传统的化学处理方法，膜分离法具有净化效果好、回收率高、对环境的污染较少等优点。此外，膜分离法还可以对废水进行深度处理，彻底去除水体中的有害物质，从而使废水达到可重复利用的标准[4]。

2.2 化学方法

2.2.1 氧化法

氧化法是一种将废水中的污染物质氧化分解来净化水体的技术。该方法通过添加氧化剂使污染物质发生氧化反应，进而转化为无害物质或易于去除的物质，从而实现净化废水的目的。氧化法适用于处理废水中含有有机物的水体，例如处理印染厂、制药厂、化工厂废水等，常见的氧化剂有过氧化氢、臭氧、高锰酸钾等。

过氧化氢是一种常用的氧化剂，可以将其加入废水中，使其与有机物质发生氧化反应，形成二氧化碳和水等物质。过氧化氢的使用具有高效、简单、经济等优点，但同时也存在氧化副产物对环境的污染及处理难度大等问题。臭氧是一种强氧化剂，可以将废水中的污染物质氧化为无害物质，例如将苯、甲苯、乙苯等有机物质氧化为二氧化碳和水。臭氧氧化法的优点在于能够去除难以去除的难降解有机物、消除异味、杀灭微生物等，但同时也存在操作复杂、设备成本高、臭氧副产物的排放等问题。高锰酸钾氧化法是一种常用的化学氧化法，具有氧化能力强、适用范围广等优点。该方法将高锰酸钾加入废水中，与有机物质进行氧化反应，使其最终转化为二氧化碳和水等无害物质。

2.2.2 还原法

还原法是一种将废水中的污染物质还原为无害物质的方法。还原法是通过还原剂与废水中的氧化物发生反应，使其还原成为无害的物质。常用的还原剂有亚硫酸盐、硫氢化钠等。还原法适用于处理废水中含有氧化物的水体，例如含有重金属离子和某些有机物质的废水。还原法对于一些难以降解的有机物质也有较好的去除效果。此外，还原法是一种相对环保、安全的废水处理方法，其废物的排放量相对较小，在处理过程中不会产生二次污染。但是，还原法需要严格控制反应条件，避免还原剂过量使用，否则会产生新的污染物，影响环境质量。所以，还原法需要相关人员在实际应用中，根据废水的污染物种类和浓度、反应条件等因素进行调整，才能取得最佳的去除效果[5]。

2.2.3 中和法

中和法是废水处理的一种常见方法，其原理是通过加入酸碱中和剂，将废水中过高或过低的酸碱度调节至中性范围内。常用的酸碱中和剂有氢氧化钠、氢氧化钙等，这些中和剂能够与废水中的酸性或碱性物质发生化学反应，使得废水中的酸碱度得到调节。中和法适用于处理废水中含有酸性或碱性物质的水体，比如工业生产废水中的强酸、强碱废水等。在中和的过程中，中和剂与废水中的酸碱物质反应生成盐和水等化合物，这些产物大多数都是相对安全的，不会对环境造成污染。除此之外，中和法还能有效控制废水的pH值，保护废水处理设备不被腐蚀，同时也可以提升后续处理工艺的效果。需要注意的是，中和法只能处理酸碱度过高或过低的废水，对于废水中含有有机物、重金属等其他污染物质的情况，中和法并不适用。

2.3 生物方法

2.3.1 生物膜法

生物膜法是一种利用微生物的生长代谢作用来降解废水中污染物质的方法，这种方法常常采用生物滤池、旋转生物接触器等装置。生物膜法的工作原理是将含有污染物质的废水通过生物膜的过滤作用，将微生物固定在滤材表面形成生物膜，然后利用微生物的代谢作用将污染物质转化为无害物质，从而达到净化水质的目的。在生物膜法中，微生物是最为核心的组成部分，微生物在生物膜中不断生长、繁殖，分解废水中的有机物质和其他污染物质，释放出二氧化碳和水，最终将废水净化。因此，生物膜法是一种高效、可持续、经济的废水处理方法，生物膜法的适用范围主要是处理含有有机物质的废水。这种方法可以有效降解污染物质，同时也可以回收一定量的资源，具有很高的经济效益。生物膜法工艺简单、操作方便、投资成本较低，在一些中小型企业和乡村地区的废水处理中得到广泛应用。生物膜法的优点在于可以处理废水中含有的高浓度有机物质和难以分解的化合物，同时也可以处理一些含有重金属、氮、磷等污染物质的废水。此外，生物膜法的生物膜可以自我修复，具有很好的抗冲击负荷能力，而且不会造成二次污染，对环境友好。

2.3.2 生物吸附法

生物吸附法是一种通过微生物的吸附作用，将废水中的污染物质吸附在微生物表面，从而实现废水净化的方法。相比于化学吸附剂，生物吸附材料具有生物活性，对环境友好。常用的生物吸附材料有活性炭、海绵等，这些材料具有很大的比表面积和孔隙结构，提供了大量的吸附位点，可以有效吸附废水中的有机物和重金属等难以分解的物质。

在生物吸附过程中，微生物可以通过吸附和生长代谢等多种方式，将废水中的污染物质去除或降解，相比于其他传统的处理方法，生物吸附法具有处理效率高、运行成本低等优点。同时，生物吸附法还可以与其他处理方法进行组合，如生物膜法、活性污泥法等，形成更加完善的废水处理系统。生物吸附法适用于处理废水中含有重金属等难以分解的物质的水体。例如，含有铜、铬等重金属的废水可以通过微生物的吸附作用，将重金属离子固定在生物材料表面，从而达到废水净化的目的。此外，生物吸附法还可以处理废水中的苯、甲苯等有机物，通过微生物的代谢作用将其分解及降解，有效去除废水中的污染物质[6]。

2.3.3 活性污泥法

活性污泥法是一种利用活性污泥微生物的代谢作用来降解废水中有机物质的处理方法。在这种方法中，活性污泥微生物被用作催化剂，通过对有机物质的分解代谢来实现废水的净化。这种方法的关键在于活性污泥微生物的种类和数量，以及对环境条件的控制。常用的活性污泥反应器有A/O工艺、SBR工艺等。A/O工艺是一种利用硝化和反硝化作用，将废水中的氨氮和有机物质进行分解及降解的方法；SBR工艺则是一种利用SBR反应器来进行污水处理的方法，可以实现废水的生物除磷和除氮。活性污泥法适用于处理废水中含有有机物质的水体，特别是工业废水中的高浓度有机物质。相比其他废水处理方法，活性污泥法具有处理效果好、运行稳定、操作简单等优点，被广泛应用于废水处理领域。

3 钢铁 企业综合废水处理回用工程实例

3.1 废水水量与水质

污水处理工程的主要构成包括预处理单元、深度处理单元和相应的辅助设施。此工程旨在处理每日28×100 m3的废水。表1展示了污水处理工程的设计进水和出水水质指标。

表1 进出水水质

3.2 工艺流程

工艺流程：（1）将废水送入预处理单元，经过格栅、沉砂池、气浮池等预处理设施去除大颗粒物、泥沙等杂质。（2）将处理后的水送入生物处理单元，通过曝气池、好氧/厌氧池等生物反应器，使有机物质被微生物分解及降解，产生较为清洁的水体。（3）经过生物处理后，将水体送入深度处理单元，采用吸附剂、氧化剂等物质对废水进行进一步净化处理，去除废水中余留的重金属离子、难降解的有机物质等。此外，为了达到回用要求，对处理后的一级RO产水和二级RO产水进行调整酸碱度、硬度、pH值等处理，保证水质达到回用标准。（4）最后将处理后的水经过RO膜处理，将水中的溶解固体、离子、有机物质、微生物等分离出来，产生干净的水体。

3.3 预处理

主要设施包括：（1）格栅是预处理单元的第一道设施，设立栅格主要是阻挡废水中较大的颗粒物，避免其对后续处理单元造成堵塞和损坏。（2）除油池是针对废水中的油污染物进行处理的设施，主要是利用物理和化学方法去除废水中的油类物质，以达到排放标准。（3）集水井收集格栅和除油池处理后的水体集中输送给调节池，实现污水的调节和稳定化。（4）调节池对废水进行调节和稳定化处理，使得后续处理单元的处理效果更好。（5）高效沉淀池和V型滤池是预处理单元的核心设施，其主要通过化学反应和物理过滤等方式，去除废水中的颗粒物和有机物，同时去除大部分的重金属离子。（6）预处理产水池对处理后的水进行收集，为后续的处理单元提供水源。

3.4 深度处理

3.4.1 过滤器压泵

过滤器 压泵是废水处理的第一道关口，主要用于去除废水中的固体颗粒和悬浮物。过滤器采用粗滤和细滤相结合的方式，压泵负责将过滤后的水送入下一道处理工序，同时确保废水在整个处理过程中的稳定供给。

3.4.2 多介质过滤器

经过滤器压泵处理后，废水中仍存在一些难以去除的有机物和微生物。多介质过滤器采用多种介质材料，如石英砂、活性炭等去除废水中的有机物、微生物等。同时，多介质过滤器也能去除废水中的重金属、氯离子等有害物质，确保回用水的质量符合国家标准。

3.4.3 超滤

超滤是一种分离技术，超滤膜的孔径小于一般细菌和病毒的大小，可以将废水中的微生物、有机物、胶体颗粒等物质分离出来。超滤后的产水具有高纯净度，可以直接作为回用水使用，也可以作为后续处理工艺的进料水。

3.5 运行效果

该工程于2019年7月开始进水调试，经过约半年时间的试运行，于2020年初正式完成并移交用户验收。24小时连续运行表明，该污水处理厂具有良好的稳定性，所有处理单元产水水质优良，达到了出水用户所要求的水质标准。运行效果如表2所示。

表2 各单元产水回收率

通过表2数据可以发现，即使污水处理厂深度处理单元需要处理的废水量会受到用户用水需求和水量负荷波动的影响，该系统仍能够有效应对水质水量的冲击。一级RO单元、二级RO单元和EDI单元的产水回收率都能够满足设计要求，表明该工艺适用于钢铁冶金等工业废水的处理。

3.6 效益分析

工程总投资为6 590万元，该工程在实际运营后，节省水费4元/m3，每年可为企业节约至少2 500万元；经过反渗透和EDI生产的除盐水、超纯水外供生产则经济效益价值更高。

钢铁企业综合废水处理回用，除了带来环境效益之外，还带来了显著的经济效益。首先，废水回用可以减少企业的用水成本，对废水进行深度处理后，回收的水可以直接用于生产过程中的冷却、洗涤等用途，避免了需要购买淡水的情况。其次，废水回用还能减少企业的排污费用，在废水回用的情况下，企业需要排放的废水量大幅减少，从而降低了排污费用。此外，废水回用还能提升企业的形象和竞争力，符合国家环保政策和能源节约减排的要求，树立了良好的企业形象和信誉度，增强了企业的竞争力。

4 结论

钢铁企业综合废水处理回用的意义在于减少水资源消耗，保护环境，提升企业经济效益和社会形象。钢铁企业用水量较大，而废水处理回用可以有效节约用水，降低用水成本，减少废水排放，保护水资源和环境。除此之外，废水处理回用还有助于提升企业的经济效益和社会形象，使企业更具竞争力和可持续发展性，符合国家的节能减排和环保要求。