城市生活污水作为钢铁工业水源的可行性探讨

　　城市生活污水作为钢铁工业水源的可行性探讨金亚飚 (上海宝钢工程技术有限公司上海201900) 摘要近年来，我国钢铁工业处于高速发展阶段，其巨大的用水需求势必对地区的用水带来巨大的压力。如何合理的解决日益增长的钢铁工业用水需求与城市生活用水需求之间的矛盾，需要加以细致的研究。从总体角度对钢铁工业用水和城市生活用水之间的关系作了初步的分析，就城市生活污水作为钢铁工业水源的可行性进行了探讨，供参考。关键词钢铁工业城市生活污水应用 1.前言中国的人均淡水资源拥有量仅为世界平均水平的四分之一。多年来，中国很多地区的水资源短缺、水污染严重的问题日益突出。随着我国工业化、城市化进程的加快，水资源已短缺已经成为制约经济发展的瓶颈，影响到城市的可持续发展以及公众健康和生活水平。钢铁工业是用水大户，据统计，德国和日本等工业发达国家钢铁工业用水量占工业总用水量的12%左右，我国钢铁工业用水的比例会比这个数高一些，因为我国钢产量已占世界钢产量的37%左右。近年来，我国钢铁工业处于高速发展阶段，年钢产量增幅在15%-22%。2007 年全国钢铁产量达到4.89 亿吨，比上年增长15.66%。随着科学技术进步，不断采用各种先进的工艺、技术装备和加强对用水、节水的管理，我国钢铁工业用水量已从高速增长逐步转变为缓慢增长。我国重点钢铁企业2005-2007 年吨钢耗新水量分别为8.6m 3 /t、6.43 m 3 /t、5.31 m 3 /t，就充分说明了这个发展趋势。2007 年我国吨钢耗新水先进值的企业有：国丰2.55 m 3 /t，日照2.66 m 3 /t，天钢3.26 m 3 /t，莱钢3.20 m 3 /t，津西3.25 m 3 /t，石钢3.32 m 3 /t，济钢3.36 m 3 /t，青钢3.40 m 3 /t，首钢3.63 m 3 /t，承钢3.70 m 3 /t等。但从用水量总体而言，钢铁企业的用水量仍很大，水资源短缺也已经成为我国部分地区钢铁企业生存和发展的制约因素。在合适的城市建设大型联合钢铁企业，可直接带动整个城市的崛起，直接影响其经济地位和未来的发展，具有举足轻重的作用。目前，国内即将兴建新的大型联合钢铁企业，其年产量均在1000 万吨以上。但即便是按照吨钢耗新水量为2.55m 3 /t的国内先进指标，大型联合钢铁企业其年总用新水量也将达到2550 万m 3 /a。而根据国家相应规范，特大城市居民生活用水定额也仅为最高日180-270L/(人??d)，其巨大的用水需求势必对地区的城市生活用水带来巨大的压力。

　　如何合理的解决日益增长的钢铁工业用水需求与城市生活用水需求之间的矛盾， 2 需要加以细致的研究。与民争水，不应成为钢铁企业满足其自身用水需求的措施；钢铁企业也不应作为一个单纯的污染大户、耗水大户屹立于城市之中。和谐发展，协调发展，注重环保，应是钢铁企业水系统设计时所需要注重的。本文从总体角度对钢铁工业用水和城市生活用水作了初步的分析，就城市生活污水作为钢铁工业水源的可行性进行了探讨，供参考。 2.城市生活污水的特点城市生活污水来源，主要是人们日常洗刷、洗澡、洗衣用水、排泄物及冲洗水等几个方面。城市生活供水的80%都转化为了污水，城市生活污水主要为有机物，目前生物处理方法已经非常成熟。经过城市市政污水处理厂出水水质一般执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18919-2002)二级标准。表1 基本控制项目最高允许排放浓度(日均值) 单位：mg/L 序号基本控制项目二级标准备注 1 化学需氧量(COD) 100 2 生化需氧量(BOD5) 30 3 悬浮物(SS) 30 4 动植物油5 5 石油类5 6 阴离子表面活性剂2 7 总氮(以N 计) - 8 氨氮(以N 计) 25(30) 9 总磷(以P 计) 3 10 色度(稀释倍数) 40 11 pH 6-9 12 粪大肠菌群数(个/L) 10 4 3.钢铁工业用水分析钢铁工业生产过程中水的作用主要有：设备和产品的冷却，热力供蒸汽，除尘洗涤和工艺用水（如连铸喷雾、轧钢除鳞等）以及直流冲渣、冲洗地坪等。 3.1 钢铁工业用水分类钢铁工业按用水水质来分，可分为工业新水、纯水、软化水、生活水、回用水、敞开式净循环水、密闭式纯水或软化水循环水、浊循环水等。其中，工业新水、纯水、软化水、生活水等水质要求高，敞开式净循环水、密闭式纯水或软化水循环水、浊循环水等为循环使用的水体，回用水水质要求较低。 3 3.2 目前钢铁企业常规用水方式介绍钢铁企业工业新水主要用于敞开式循环水系统的补充水。纯水、软化水主要用于密闭式循环冷却水系统的补充水以及锅炉、蓄热器等的用水。回用水主要用于冲洗地坪、场地洒水、设备轴封冲洗水、煤气水封补水、冲渣等，也有作为浊循环水系统补充水使用的。密闭式纯水或软化水循环水常用于炼铁、炼钢、连铸等单元如炉体、氧枪、结晶器等关键设备的间接冷却，循环水基本与外界隔绝，以确保水质。敞开式净循环水常用于炼铁、炼钢、连铸、热轧、制氧、冷轧等单元工艺设备的间接冷却及作为板式换热器的冷媒水。浊循环水系统常用于炼铁、炼钢、连铸、热轧等单元的煤气清洗、冲渣、火焰切割、喷雾冷却、淬火冷却、精炼除尘等。在循环水系统中，常采用敞开式净循环水系统的强制排污水作为浊循环水系统补充水。回用水主要是用于渣处理以及冲洗地坪等。按照目前钢铁企业的常规用水方式，已经贯彻了串级用水的方式。即工业新水用于净循环补充水，净循环排污水用于浊循环补充水，全厂回用水为最差水体，用于对水质要求较低的用户。 3.3 钢铁工业用水量分析从用水量分析来看，钢铁工业用水主要是指工业新水用水，钢铁企业吨钢新水耗水量主要是指工业新水用量。如果能降低工业新水用量，可直接降低钢铁行业对外界的用水需求。 4.钢铁工业污水特点及目前常见回用方式 4.1 钢铁工业污水的特点钢铁工业循环用水量占总用水量的比例往往在95%以上，其工业污水也主要来源于浊循环水系统的排污水(敞开式净循环水系统的排污水一般作为浊循环水系统的补充水、冷轧、焦化工业废水等特种工业污水通常单独处理)。工业污水中含悬浮物、杂质、油等，另外其含盐量较高，就浓缩倍数而言，通常可达到工业新水的5-6 倍以上(本文以氯离子含量来计算水系统的浓缩倍数及含盐量的变化)，这是工业污水重要的特点，也是影响其回用的重要因素。 4.2 钢铁企业工业污水的主要污染物分析钢铁企业全厂工业污水一般具有以下主要污染物：浊度、COD、硬度与碱度、油类、盐类等。表2 是列举的国内几个钢厂工业污水的主要水质参数表。表2 国内钢厂工业污水水质参数举例表水质参数项目钢铁厂甲钢铁厂乙钢铁厂丙钢铁厂丁 pH 7-8 7.8-8.8 11.14 6-9 4 浊度(NTU) 30-40(最大到100) 37-244 45 200 电导率μs/cm <3300 614-669 / 2000 SiO2 18 / 9 / 总硬度(mg/L) 1200(最大到2200) 194-282 325 500 钙硬度(mg/L) 1100(最大到2000) 148-214 207 330 碱度(mg/L) 130 50-120 171 200 硫酸根(mg/L) 540 / 878 / 氯化物(mg/L) 280(最大到700) / 464 300 铁(mg/L) 3-6 4.88-18.8 0.36 0.4 油(mg/L) 5-10 0.133-1.244 / 10 COD(mg/L) 30-40(最大到60) 30.44-107.9 114.2 150 4.3 钢铁工业污水目前常见回用方式目前工业污水回用的常见方式为将工业污水收集后处理制成回用水、脱盐水、软化水或纯水等用于生产。 4.3.1 工业污水经过普通处理成回用水工业污水经过常规水处理工艺(如混凝、沉淀、除油、过滤等)处理后制成回用水，原工业污水中的悬浮物、杂质、油等均得到了有效的去除，但其含盐量并没有降低，其含盐量远高于工业净循环水和浊循环水。 4.3.2 工业污水经脱盐制成脱盐水、软化水及纯水脱盐水、软化水及纯水，常用于钢铁企业炼铁、炼钢、连铸等单元关键设备的间接冷却密闭式循环水系统以及锅炉、蓄热器等的补充用水。随着全膜法水处理系统造价和运行成本的日益降低，超滤加二级反渗透工艺，已广泛应用于钢铁企业脱盐水的制取。 4.3.3 工业污水回用方式的发展趋势-将工业污水脱盐制取工业新水节能减排是整个国家的战略目标，钢铁工业作为重点能耗行业之一，是节能减排的重点。节约工业新水用量，减少工业污水的排放量，是钢铁企业水系统所追求的目标。节能减排既节省了大量珍贵地表水或地下水资源，降低生产成本、降低吨钢新水耗量，同时又是钢铁企业在其发展过程中作为保护环境和防治污染不可推卸的责任与义务。即将实行的新版《钢铁工业水污染物排放标准》对现有企业和新建企业的工业污水排放提出了更为严格的要求，对于烧结、炼铁、炼钢单元，提出了总排口零排放。工业污水经过普通水处理工艺(如混凝、沉淀、过滤等)处理后制成的回用水，原工业污水中的悬浮物、杂质、油等均得到了有效的去除，但其含盐量并没有降低，只能用于烧结、炼铁、炼钢、轧钢等工艺单元的直流喷渣或是浇洒地坪等，无法用于循环水系统的补充水，而直流喷渣或是浇洒地坪这部分的用水量是相当有限的。将工业污水制成脱盐水、软化水及 5 纯水等用于生产，这部分水量也仅占工业污水量的很小一部分。因此将全部工业污水采取脱盐制成工业新水，将成为未来发展的趋势。工业污水回用脱盐制取工业新水，将产生约占工业污水量40%左右的浓盐水(这部分浓盐水也只能用于直流喷渣或是浇洒地坪)，并且在生产过程中已经有大量的水被蒸发，因此工业污水制取的工业新水，从水量角度，只能满足生产约40%的需求量，仍须另行补充大量工业新水。 4.3.4 钢铁工业污水用于制取工业新水的不足目前国内大型钢铁企业，如首钢、济钢、太钢等，均建设了工业污水采用双膜法制取脱盐水回用的水处理设施。从实际运行效果来看，在不同程度上存在着系统污堵快、清洗频繁以及由于频繁清洗造成的反渗透脱盐率下降、频繁更换保安过滤器滤芯等现象。这主要是由于进入脱盐深度处理系统的原水含有油及一定的COD 造成的。据统计，由这些有机物造成的反渗透系统故障占全部系统故障的60~80%。一般反渗透膜要求进水油的含量应低于0.5mg/L，COD 不大于20mg/L(采用低污染膜)。由于工业污水经过常规处理后，其出水的COD、油含量虽然很难满足反渗透要求但已经处于低值，COD 含量一般为每升水几十毫克，油含量一般为1~5mg/L，因此采用生化处理或是气浮法等均难以取得令人满意的效果。针对上述情况，一般在现有工业污水常规处理后