炼钢废水零排放设计探讨

1.前言　　

炼钢主要有转炉氧气炼钢车间、电炉炼钢车间、连铸车间。另外，根据冶炼钢种需要，设置各种炉外精炼设备，形成炼钢-炉外精炼-连铸三位一体的炼钢工艺流程。炼钢的生产辅助车间主要有：铁水预处理、废钢堆场、废钢加工、散状料供应、铁合金库、耐火材料库、备品备件库、炉渣处理、渣场等。炼钢的公用设施主要有水处理设施、氧气站、空压站、乙炔站、锅炉房、总降变电所、机电修等，根据工厂具体情况设置。　　

根据新的《钢铁工业水污染排放标准》，对钢铁企业炼钢单元提出了废水零排放的要求。本文根据炼钢废水零排放的要求，针对炼钢给排水系统的设计方法进行了分析和探讨，可作为实际工程的借鉴和参考。　　

2.炼钢给排水系统介绍　　

炼钢给排水系统主要有：(1)间接循环冷却水系统；(2)直接循环冷却水系统；(3)工业水给水系统；(3)软水给水系统；(5)除盐水给水系统；(6)串接给水系统(或称回用水系统，是将厂区生产废水经常规处理工艺处理后制成的水)；(7)生活、消防给水系统；(8)生产雨水排水系统；(9)生活污水排水系统；(10)污泥处理系统；(11)煤气管道水封排水系统等。　　

3.炼钢废水的种类及来源分析　　

炼钢废水指炼钢生产过程中各主辅生产工序排放的废水，包括冷却水、工艺设备直流用水、地坪冲洗及零星生产废水等所有生产性排水，但不包括生活污水。　　

3.1冷却水排水　　

炼钢是循环冷却水用水大户，循环冷却水系统如同主工艺生产的生命线，对于正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。按循环水介质分类，循环冷却水系统通常可分为以下几类：间接循环冷却水系统(包括纯水或软水密闭式循环水系统、工业净循环水系统)、直接循环冷却水系统(浊循环水系统)。　　

工业净循环水系统为敞开式，系统须设旁滤，使循环水的SS稳定在设计值以下，旁滤所产生的反冲洗含泥废水送污泥处理系统。浊循环水系统通过混凝、沉淀、过滤等手段将炼钢生产过程中所产生的氧化铁等污染物质以污泥的形式送污泥处理系统。各循环水处理系统通常根据循环水的电导率值的高低启动或关闭强制排污，并同时补充新水。为保持各循环水系统的水质稳定，投加防腐防垢剂、分散剂和杀菌灭藻剂等。　　

按照目前的常规做法，工业净循环水系统的强制排污水送往浊循环水系统作补充水，多余部分外排；浊循环水系统以净循环强制排污水作为补充水，不足部分另补工业水或串接水；污泥处理系统对含泥废水进行脱水处理后，泥饼外运，滤液通常也回至浊循环水处理系统。因此，炼钢废水中的冷却水排水主要是指循环水系统排水。　　

3.2工艺设备直流用水　　

在炼钢单元内存在较多的直流用水的工艺设备用户。如转炉烟气处理系统中，汽化冷却烟道与OG喷淋塔的连接的溢流水封，该水封需要大量工业水或串接水作为外接水源，并在生产期间连续使用，排水直接进入了转炉烟气浊循环水系统(OG浊循环水系统)，造成转炉烟气浊循环水系统产生大量废水需要外排；炼钢渣处理的烟道除尘，需要大量工业水或串接水作为外接水源，并在生产期间连续使用，排水直接进入了渣处理浊循环水系统水池，造成大量废水需要外排。　　

3.3地坪冲洗　　

在炼钢单元内存在大量的地坪冲洗水用户，包括炼钢连铸车间内地坪及各层平台、废钢堆场、仓库、渣场、配套小房及生产辅助设施的平台和地坪等。长期以来，地坪冲洗排水一直不受到重视，在水系统的设计和建设上，地坪冲洗水一般也不加以回收，大多直接进入了雨水排水系统。　　

随着国家环保政策的日益加强，钢铁企业地坪冲洗水无须处理、直接排放的状况将被逐步禁止。地坪冲洗废水将被收集并处置。　　

3.4零星生产废水　　

零星生产废水主要有煤气水封排水、蒸汽冷凝水排水以及无法回流的小流量用户排水等。　　

煤气水封排水通常指煤气水封排水，为间歇式定期排水。　　

蒸汽冷凝水排水源自厂区或车间内的热力蒸汽管道疏水器的排水，长期以来，该部分排水也直接进入了雨水排水系统。　　

无法回流的小流量用户一般是指循环水系统末端的空调、风机等冷却水用户，以及水泵的轴封冲洗水等用户。对于空调、风机等冷却水用户而言，由于水力不平衡现象的普遍存在[1]，该部分用户使用了净循环水作为给水，但回水是直接排放于雨水系统。水泵的轴封冲洗水一般采用串接给水，该部分的废水以往也是直接排往雨水系统的。　　

4.废水的收集　　

要实现炼钢单元的废水零排放，首先要注重废水的收集，只有将所有废水收集起来，杜绝无组织排水，再谈废水的零排放才有实际意义。冷却水排水已经得到钢铁企业的高度重视，其收集方式也已经成熟，工艺设备直流用户的废水排放和收集也很明确，因此废水收集的研究重点在于如何收集地坪冲洗水和零星生产废水排水。　　

4.1地坪冲洗水　　

地坪冲洗用户的特点在于数量多而分散。但在设计地坪冲洗用户时，应贯彻尽量集中的原则，避免在偏远、孤立的区域位置设置地坪冲洗点。对于地坪冲洗水的排水优先采用明沟拦截收集的方式，在各种排水方式中，明沟的拦截功能是最强的，同时明沟为敞开式便于清通；对于环境较脏的区域，如渣场等，可以在明沟内设落底坑，便于沉积并清除较大的杂物，另外沿明沟每间隔一定距离可设置冲洗水笼头。对于地面以上各层平台的排水，则可采取地漏收集排水的方式，为避免出现排水立管过多的现象发生，在设计平台冲洗排水时，可以参照建筑给排水的常规设计方法，设置一根排水立管接多个用户。地坪冲洗水使用收集后集中储存于集水池内，用水泵加压送往浊循环水系统加以处理。　　

4.2零星生产废水排水　　

煤气水封排水可考虑采用槽车定期外运。　　

蒸汽冷凝水应该说属于优质废水。蒸汽冷凝水排水点附近一般均设有降温池或降温井，建议将降温池和降温井排水用单独的管道系统收集，收集后储存于集水池内，用水泵加压送往净循环水系统作为补充水。　　

无法回流的小流量用户一般均位于车间边缘或车间外的孤立区域，如果不具备回水入循环水系统的条件，可以将其集中收集后，用水泵加压送入全厂的串接水管网作回用水使用。　　

需要设置轴封冲洗的水泵，一般为浊循环水泵或污泥泵，对轴封冲洗的目的是为了防止轴封被污物堵塞。设置轴封冲洗的水泵通常在浊循环水系统或污泥处理系统，宜对其采用排水沟的方式加以收集，集中后用水泵加压送水处理构筑物，作为浊循环水系统补充水。　　

5.控制废水量　　

另外，要实现废水的零排放，还必须从源头控制废水量，尽量减少炼钢废水的产生。控制废水量主要是控制循环水系统废水量、地坪冲洗和零星生产废水的排水量。　　

5.1控制循环水系统本身产生的废水量　　

5.1.1控制净循环水系统的排水量　　

净循环水系统的冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水要在循环过程中与空气接触，部分水在通过冷却塔时不断被蒸发损失掉，水中各种矿物质和离子含量不断被浓缩增加。为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一定值上，必须对系统补充一定工业新水，并排出一定量的浓缩水即废水。净循环水系统的排水主要是强制排污水。　　

要控制净循环水系统的排水量可以有三种方式，一是控制净循环水系统规模，二是尽可能的提高循环水系统的浓缩倍数，三是改善循环水系统补充新水的水质。　　

1).控制净循环水系统规模　　

在净循环水系统中，有很大一部分循环冷却水是作为板式换热器的二次冷却水使用的，采用蒸发空冷器等新型冷却水设备，将直接减小净循环水系统的循环水量，降低净循环水系统的蒸发量，从而间接减少了净循环水系统的强制排污水量。　　

2).提高循环水系统的浓缩倍数　　

浓缩倍数是循环冷却水的含盐浓度与补充水的含盐浓度之比值。它是敞开式循环冷却水系统日常运行中需要控制的一个很重要的控制和管理指标。浓缩倍数低，耗水量就大，排污水量也大，循环水相对不易结垢；反之，浓缩倍数高，耗水量就小，排污水量也小，循环水相对容易结垢。　　

在目前的钢铁企业实际净循环水系统的运行中，浓缩倍数指标的控制往往是通过控制循环水的电导率来进行的。电导率值间接反应了水中含盐量的高低，以此可以判断循环水的结垢倾向，一般通过电导率来控制循环水系统的强制排污。要使净循环水系统处于高浓缩倍数或是高电导率值的条件下运行，关键在于水质稳定技术。　　

为保持循环水水质稳定，传统的工业净循环水质稳定须投加大量防腐防垢剂和杀菌灭藻剂等化学药剂。AOP(Advanced Oxidation Process)技术是利用臭氧与水作用，溶液中形成OH-等天然的强氧化性物质，使水中有机物分解、断裂，它是利用天然强氧化剂产生高氧化性的溶液进行水处理的一项无化学、无污染、高效率的绿色技术。国外应用AOP技术进行循环水处理已经取得了成功，在国内的电子行业和民用建筑的空调冷却水系统上也已经有所应用。由于AOP工艺杀灭了净循环水中结垢和腐蚀的主导因素微生物，因此使高硬度、高含盐量的水运行于净循环水系统成为可能。根据国内实际项目的资料，在最高电导率达到6000μS·cm，净循环水并无结垢、腐蚀现象发生。采用新型水质稳定技术将可以极大的提高循环水的浓缩倍数，从而减少净循环水系统的排污水量。　　

3).改善循环水系统补充新水的水质　　

如果净循环水系统补充工业新水的含盐量越低，则相应的浓缩倍数也越大，扣除蒸发因素外所需补充的水量也就越少，其强制排污的水量也越少。因此，在条件许可的前提下，可通过提高全厂工业水的水质来提高整个工业用水的循环率，减少废水排放量。　　

在实际工程中，对于一些用水水质要求较高的工艺设备，可以采用纯水(或软水)与普通工业新水共同作为循环水系统补充水的做法，形成的循环水系统可以称为混合水系统。由于混合水系统的含盐量远低于普通工业新水，因此其补充水量和排污水量也远小于常规的净循环水系统。　　

5.1.2控制浊循环水系统的排水量　　

浊循环水系统常用于炼钢单元的煤气清洗、冲渣、火焰切割、喷雾冷却、淬火冷却、精炼除尘等。浊循环水系统通常按照不同的用户采用不同的水处理工艺流程，因此在炼钢单元一般会有多个独立的浊循环水系统存在。　　

浊循环冷却水系统回水经加药、混凝、沉淀、过滤处理后冷却，不断循环使用。冷却水通过沉淀池构筑物、冷却塔时不断蒸发，循环水中的盐类不断被浓缩，含盐量不断增加。浊循环水系统在理论上也须设置强制排污。　　

控制浊循环水系统排水量的关键在于控制补充新水的水质。　　

目前，以回用水作为浊循环水系统的补充水是普遍的串接用水方式。实际上，一般的回用水是由工业污水经过常规水处理工艺(如混凝、沉淀、除油、过滤等)处理后制成的，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。因此，以回用水作为浊循环水系统的补充水，虽然弥补了浊循环水系统因蒸发、风吹、排污、漏损等过程中损失的水量，但是会造成浊循环水含盐量的不断上升，加快管道和设备的结垢，同时也增加了水质稳定药剂的费用，因此，以回用水作为浊循环水系统补充水，并不能实现真正的节能减排。如对浊循环水按照电导率进行强制排污，其排污水量较大[2][3]。　　

另外，如果工业净循环水系统按高浓缩倍数运行，其排出的生产废水的含盐量也较高，从物质平衡的角度分析，也不宜作为浊循环水系统的补充水。　　

因此，从减少浊循环水系统排水量的角度考虑，应当直接采用工业新水作为浊循环水系统补充水。　　

5.1.3控制污泥系统本身产生的废水量　　

污泥系统是对炼钢净循环、浊循环等各循环冷却水系统产生的污泥加以浓缩、脱水，泥饼外运处理，浓缩池上清液和脱水后产生的滤液回水至浊循环水系统。从污泥处理系统本身来说，其水量也是平衡的。但在污泥处理系统中，污泥压滤机往往需另外采用滤布冲洗水，特别是带式压滤机，滤布冲洗水量大且为连续使用。如果滤布冲洗采用工业水、串接水等外接水源，势必造成回水至浊循环水系统的水量增大，导致浊循环水系统的水量不平衡，产生大量的生产废水。因此，要控制污泥系统本身产生的废水量，要尽量采用浊循环水系统和污泥系统本身的水用于水处理生产。　　

5.2控制工艺设备直流用户排水　　

对于诸如转炉烟气处理系统溢流水封、炼钢渣处理的烟道除尘等用户考虑以相应的浊循环水作为其水源使用，将其由独立于循环水系统之外的用水模式改为纳入循环水系统内的用水模式，采取该措施后，相应浊循环水系统的循环水量是增大了，但其多余废水量外排的问题可以得到有效解决，废水排放量也得到了有效控制。　　

5.3控制地坪冲洗水和零星生产废水排水　　

地坪冲洗排水和零星生产废水排水经过收集后均送往循环水系统。如果这些用户采用的是工业新水或串接水，则会导致循环水系统保有水量增加，多余的水将以生产废水的形式外排。要控制地坪冲洗和零星生产废水排水，应考虑以浊循环水系统的水供相应的用户使用。如地坪和各层平台的冲洗，采用已经经过混凝、沉淀、过滤处理后的浊循环水；水泵轴封冲洗水也可以采用已经经过混凝、沉淀、过滤处理后的浊循环水。将上述用户纳入循环水系统的总体水量平衡，对于控制生产废水的产生是至关重要的。　　

6.炼钢废水回用　　

炼钢废水零排放，就意味着炼钢单元补充水量基本上用于补充水系统的消耗，因此炼钢废水的回用就成为实现炼钢废水零排放的关键所在。炼钢废水回用主要是考虑将炼钢废水用于工艺设备的直流用户。　　

炼钢单元内工艺设备的直流用户有炼钢渣处理、LT干法除尘补充用水。　　

炼钢渣处理主要水用户有滚筒冷却、石灰喷涂站、固定环冷却、冷却栈桥、热泼渣箱、链板机喷淋及除尘等。在渣处理各工艺用水中，工艺冷却(滚筒冷却)用水是浊循环水，其余用户是直流用水。各直流用户的排水经蒸发后以明沟回水至沉淀池，沉淀后再进入吸水井，供热泼渣滚筒冷却循环使用。经分析，在直流用户中，冷却栈桥用水和热泼渣箱用水量最大且对供水水质要求相对较低，该部分水80-90%均受热蒸发。如果将冷却栈桥用水和热泼渣箱用水改为采用炼钢废水，可极大消耗炼钢废水量，同时可以大量节约新水(包括工业水或串接水)。　　

LT干法除尘的蒸发冷却补充用水，其对用水水质也要求不高，一般满足悬浮物要求即可，因此也考虑以炼钢废水作为其水源使用。　　

7.小结　　

炼钢水系统的废水零排放是一项复杂的系统工程，需要在统筹考虑，需要进行详细的理论分析和计算。　　

参考文献　　

[1]金亚飚.钢铁企业工业循环冷却水系统水力平衡设计.给水排水.2008,34(3):70~73　　

[2]金亚飚.浅谈钢铁企业工业污水处理现状和存在的问题.中国环保产业.2009,(1):22~26　　

[3]金亚飚.钢铁工业污水回用方式和提高回用率的探讨.工业水处理.2009，29(1):80~83