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钢铁工业用水分析

　我国是水资源短缺的国家。

水资源短缺已经成为我国部分地区钢铁企业生存和发展的制约因素。

国外专家和学者们认为，运用目前先进的技术和方法，完全可以在不影响经济发展和降低生活质量的前提下，工业可节水40%~60%。

目前，国外钢铁企业吨钢耗新水先进值是：

日本鹿岛为2.1m3/t，阿萨洛为2.4m3/t，德国蒂森克虏伯为2.6m3/t。

2007年我国吨钢耗新水先进值的企业有：

国丰2.55m3/t，日照2.66m3/t，天钢3.26m3/t，莱钢3.20m3/t，津西3.25m3/t，石钢3.32m3/t，济钢3.36m3/t，青钢3.40m3/t，首钢3.63m3/t，承钢3.70m3/t等。

　2006年全国重点钢铁企业（105家）各工序水耗和耗新水平均值见表1.

表12006年全国重点钢铁企业各工序水耗、耗新水情况

选矿

烧结

球团

炼铁

焦化

炼钢

转炉

电炉

钢加工

热轧

冷轧

镀层

涂层

钢丝

铁合金

耐火

工序水耗，m3/t

7.06

0.54

1.13

29.65

5.91

17.06

12.29

38.99

19.44

18.28

30.46

20.90

8.61

26.10

21.40

9.83

耗新水，m3/t

0.88

0.26

0.42

2.38

2.09

2.05

0.93

2.27

2.02

2.47

1.61

0.89

0.73

6.54

17.62

2.07

表1-1

2007年全国重点钢铁企业水重复利用率达96%。

大型高炉采用先进工艺技术装备节水效益显著。

2007年四季度攀钢2000m3高炉耗新水为0.12m3/t，首迁2560m3高炉为0.276m3/t，抬杠4350m3高炉为0.35m3/t，宝钢4706m3高炉为0.56m3/t，天钢3200m3高炉为0.49m3/t，邯钢2000m3高炉为0.58m3/t，马钢4000m3高炉为0.63m3/t，鞍钢7号3200m3高炉为0.65m3/t等。

1.1钢铁工业用水、供水

钢铁工业几乎离不开水：

烧结废水中污染物成分简单，主要是悬浮物，经处理后可以循环使用或外排。

主要用水特点是串级使用率较高，可以提高循环用水率；

有益矿物含量高，回收利用价值较高；

外排废水的水量与水质的随机性大；

废水pH值较高，属结垢性废水。

焦化废水主要是装入焦炉的炼焦煤中水和化产、湿法熄焦过程中使用水和蒸汽所形成的废水；

其特点是水质成分复杂、污染物浓度高、毒性大、水量和水质波动大。

炼铁废水主要是高炉煤气洗涤水、冲渣废水、铸铁机废水等；

废水特点是生产工艺过程用水，含有多种有害物质，必须经过很好处理才能循环使用。

炼钢废水根据生产工艺不同，废水来源也不同，主要分转炉炼钢废水、电炉炼钢废水、连铸废水，其成分和性质随冶炼周期的变化而变化。

轧钢废水分为热轧废水和冷轧废水。

热轧废水主要特点是用水量大，含有大量的氧化铁皮和油，经沉淀、冷却处理后可循环使用。

冷轧废水主要包括含酸污水、含碱污水、含油污水等。

含酸污水中有各种酸类及相应的铁盐和重金属离子等。

含碱污水除含有碱性物质外，还含有悬浮物、油类等。

含油污水中含有各种油类、乳化液、悬浮物和氧化铁皮等。

废水的主要特点是种类多、成分复杂、废水量变化大、含油及乳化液废水需要单独处理。

钢铁工业用水系统基本由净循环用水系统、浊循环用水系统、串接水系统、少量直流水系统、污泥处理系统、污水处理系统以及少量回用水系统、密闭循环用水系统等构成。

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（如轧钢除鳞等）。

冶金长流程生产工艺过程，每生产1吨钢材，约要用水160m3，表1中已列出各工序生产过程中的工序水耗和耗新水。

但是，因我国钢铁工业是处于不同生产结构、多种层次，先进指标与落后指标并存的阶段。

所以各企业之间的工序水耗和耗新水的差距特别大，存在多方面的不可比性。

建议企业进行对口对标活动。

只有在相近条件下，用水和节水指标才有可比性。

一切先进指标均是要有一些技术、装备条件来支撑。

在对标活动中要研究好技术装备条件有几个，并且要抓着权重大的条件来进行科学分析才能取得良好的对标效果。

1.2、钢铁工业用水种类

由国家发改委环境与资源综合利用司组织编写的“工业企业取水定额国家标准实施指南

（一）”（中国标准出版社2003年8月出版）规定钢铁联合企业取水量范围包括：

“取自企业自建或合建的取水设施，地区或城镇供水工程，发电厂尾水以及外购水量。

不包括企业自取的海水，苦碱水和企业排出厂区的废水回用水”。

钢铁工业用水种类包括：

工业用水、生活用水、地下水、矿井废水、城市污水、雨水、海水等

1.3、钢铁用水原则

改变过去“按需供水”的概念，要实现科学供水。

按水质和水温进行优化供水。

建立企业的生活水循环系统，浊水循环系统，污水循环处理系统，软水密闭循环系统和清水循环系统等。

不搞企业水系统的大循环，实行专用水专供，最大限度减少污水处理量。

钢铁用水原则：

节约与开源并重，节流优先，治污为本，取消直排水，提高用水效率，实现多级、串级使用，提高水的循环利用率。

实现企业用水和节水的科学管理

中国钢铁工业飞速发展，随着各部门及产业多元化，各钢铁公司在能源利用及管理上都加大力度。

但中国在社会主义下的经济不均衡，大小企业管理部统一。

我国大中型钢铁企业一般均设立企业专职能源管理部门，建立了企业内部的能源管理体系；

建立健全企业能源管理方面的规章制度，能源仪器仪表配置齐全，完好率和周检率达到国家《用能单位计量器具和管理通则》标准；

企业能源统计管理科学、健全，所有能源介质的统计数据做到齐全、准确、及时、可靠；

充分发挥出ERP的功能，不少钢铁企业实行能源消耗定额管理的办法，有效地促进企业节能。

但对于许多小型钢企来说，大量环境资金周转不顺和对环境及资源不重视未免造成水资源利用不合理和污染。

所以，用科学发展观来指导企业的用水和节水工作，根据各工序生产特点来实现优化供应，增加回收，减少浪费。

实现可持续发展。

主要管理理念包括：

2.1设立专职司水机构，拥有一定专业知识的专业人员，建立企业水管理系统网络

2.2建立健全企业水管理的规章制度，包括公司一级、二级厂矿一级，以至车间班组的管理办法和实施措施

　设立企业水管理的奖惩办法，充分调动企业全体员工的积极性、主动性、创造性，实现企业的全员节水局面。

　钢铁企业的用水和节水工作实行标准化、规范化运行，消除人为因素的影响。

2.3水系统的仪器仪表配置率、完好率、周检率要在95%以上

　这是企业水管理的基础性工作，公司、二级厂矿主要耗水设备要有完善的仪表配置。

2.4建立浊水、净循环水系统和废水回用系统的在线监测工作制度

　针对不同工作目标，采取不同的监测方式、手段和内容，这样可以节能节水和使水资源得到充分合理地利用。

目前钢铁企业普及率在20%。

2.4.1 

在线监测设备λ

常用水质监测设备：

PH计、TB、COD、BOD、DO、COND、NH3-N、TCN、TOC等单项或多项监测设备。

水质污浊多参数综合分析仪：

分光度计、色—质谱联机

水质自动监测系统：

自动采样、自动记录。

将监测结果由遥测系统从现场传递至控制室，保存数据，由计算机进行数据分析。

2.4.2在线监测范围与内容λ　

（1）水量监测：

生产总用水量、循环用水量、耗新水量、排水量、废水经处理后再生用水量，重复用水量等。

（2）水质监测：

新水水质、用后水质、废水处理后水质、外排废水水质等。

　（3）设备运行状态监测：

是否正常运转、安全保护装备状态。

2.5统计工作要科学、准确、认真执行国家和行业标准

　统计部门提供的用水数据要科学、准确、及时、稳定，并定期提供技术分析报告。

2.6建立企业用水定额管理办法

　将企业用水、节水总指标分解到各工序、各岗位，实行定期检查、考核、评价，促进企业节水进步。

2.7制定企业节水发展规划

钢铁企业发展规划中要有节水发展的内容，并要与企业的技术改造，新建设施等工作结合起来。

节水规划要有目标，有措施，有工期，并资金和人力要落实。

钢铁工业节水技术

吨钢取水量指标是评价标准的核心内容，是企业生产过程中取水量管理的一项硬指标，它是考核和衡量一和企业在节水工作效评判的科学依据。

3.1、节水技术的核心是提高水的利用效率

主要内容是：

首先企业要消灭直排水λ　

根据各工序、各设备的对水需求采用不同供水方式λ　

采用多级、串级供水，可有效地提高水的利用效率λ　

优化污水处理工艺技术，可有效地提高水的循环利用率λ　

3.2、积极推广应用少水或不用水的工艺技术装备

不用水技术装备：

　3.2.1、采用节水型的工艺技术与装备，如干熄焦技术、高炉（转炉）干法除尘等　焦炉热导油传热技术

干熄焦是在密闭系统内完成熄焦过程，可基本消除酚、HCN、H2S、NH3的排放，减少焦尘排放，与传统的湿法熄焦相比，每吨焦炭可节水0.45m3。

高炉煤气全干法除尘技术省却了湿法除尘的洗涤塔和沉降池等，全干法除尘工艺在除尘过程中不需要使用水洗和冷却，只是在炉尘输送过程中加湿时使用极少量的水，节水效果显著。

转炉煤气干法除尘回收技术可回收转炉冶炼过程产生的煤气，并对烟气进行净化，将含尘浓度由150～200mg/m3降至10mg/m3，可大幅降低转炉炼钢工序能耗，系统阻损小，煤气发热值高。

该系统全部采用干法处理，节约水资源，有利于保护环境。

高炉煤气和转炉煤气干法除尘技术：

节电70%，节水约9m3/t，回收煤气显热11.3~21.7kgce/t，除尘效率在99%以上。

3.2.2高炉炉底风冷技术等

少用水技术装备：

　转轮法处理高炉和转炉渣技术、炉渣风淬技术、轧钢加热炉气化冷却技术，进行软水秘书循环冷却，喷雾型冷却塔等。

3.3、多元化取水

优选和合理布置水资源是一项十分重要的工作。

钢铁企业应积极开发利用非常规水资源，如城市污水、地下采矿废水、雨水、海水等。

3.3.1南方地区的钢铁企业应健全对雨水的收集处理和利用设施，可有显著的效益。

雨水质量好，处理费用低，节水效果显著。

3.3.2沿海地区钢铁厂取海水炼钢。

据《中国矿业报》报道，据中国钢铁工业协会专家介绍，我国一些沿海地区的大型钢铁企业开始将海水利用作为今后企业用水方向，以此来应对淡水资源日趋短缺的局面。

　钢铁企业在生产中需要消耗大量的新水资源。

据2006年统计资料，中国每生产1吨钢平均消耗新水6.56立方米，而国外一些先进钢铁企业2005年吨钢耗新水只有3．36立方米。

　来自中国钢铁工业协会的专家在3日举行的全国冶金行业节水会议上介绍说，当前，中国海水直接冷却和海水淡化已是成熟工艺，在天津、大连、上海、青岛等沿海城市电力、石油、化工等行业均成功应用。

根据中国钢铁产业政策，以后新建钢铁厂将更多靠近丰水地区和沿江、沿海地区。

为鼓励企业开发利用非专统的水资源，中国企业自取的海水和苦咸水水量不纳入定额计量管理的范围。

　目前，首钢曹妃甸工程已考虑引用海水工程，宝钢的湛江工程也在积极探索海水利用。

但专家提醒，海水淡化工程要研究浓盐水的产出，最好供给当地生产海盐的单位，以免外排后对海域环境生态带来影响。

3.4、强化串级用水，进行水的闭路循环利用

串级供水和污水综合处理回用可使钢铁企业水的重复利用率得到有效提高，如冷却水可供煤气洗涤除尘用水，再供冲水渣用水和原料场的洒水等。

关键环节是要进行水的科学合理的串级供应和优化污水处理工艺技术设备，使回用的水可以满足不同用途的各种需求标准。

水的多级利用，可有效地提高水的利用效率。

如净水先去用于冷却，冷却后的水供给轻污染的设备，再去共给污染重的设施。

宝钢、济钢等企业已经实现水的4级以上利用。

推行小半径循环和水质稳定技术。

例如：

自2002年起，莱钢集团就大胆尝试并率先在冶金行业探索实施了高炉煤气全干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦技术“三干”技术，其中，仅高炉煤气全干法除尘技术的应用，莱钢一年就节水达484万立方米。

为了最大限度地提高水资源利用率，莱钢按照水质实施了串级工业用水连接利用技术，实现了一水多用，水的重复利用率达到了97.14%。

同时，集团还组织实施了“废水零排放工程”，采取多种有效技术手段，对用水工艺进行综合技术改造和节水技术攻关。

2006年，莱钢在烧结、焦化、炼钢、动力等主体工序中皆实现了废水零排放。

在过去的5年间，莱钢通过大力发展循环经济，积极推进节能减排清洁生产，累计投资13亿元，实施了87个节水改造项目，形成了具有莱钢特色的“三干、多串、零排放”节水模式，在向社会贡献4000万吨钢、140亿元利税的同时，累计节水达3.23亿立方米，节水总量足可以灌满3个雪野水库。

钢铁企业是能源资源消耗大户，同时也是污染大户，其耗水量占全国总消耗的14%。

莱钢创造性地实施了生产系统的水串级循环利用，炼铁系统的8座高炉全部实现了零排放。

目前，莱钢焦化、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢、热电等主要工序均实现了内部多级串级利用，水的重复利用率达到了97.14%。

采用串级利用技术，实现一水多用，使莱钢的主体工序连续五年实现了废水零排放。

3.5、建立企业多水种的循环系统

不搞钢铁企业用水的大循环，建立根据用户要求的不同，有生活水循环、浊水循环、污水循环、工业水循环、净水循环等系统。

每个系统之间要有科学的衔接。

建立系统管理部门，责任到部门；

加强管理和检测，做到不达标不排放，不干净不如河。

定期抽查检查。

为企业负责，为人民负责。

3.6、加强对蒸汽系统冷凝水回收的工作力度

蒸汽系统的冷凝水实际上是宝贵的纯净水，在钢铁企业生产中应用面广，且价高。

目前钢铁企业产生冷凝水的点多面广，有些点产生的量少，造成难以全面回收。

所以企业管理者要看到长远利益，充分认识到冷凝水的重要作用。

加大资金投入留住资源。

污水处理技术

4.1污水处理原则

　污水处理的原则：

优化污水处理工艺流程（处理量要减量化、个性化处理，实现高效和安全），提高水处理浓缩倍数，提高废水处理率和达标率，实现废水“零排放”。

　《中国节水技术大纲》中提出：

在敞开式循环冷却系统，推广浓缩倍数大于4.0的水处理运行技术，2006年淘汰浓缩倍数小于3.0的水处理技术。

在使用高硬度水质情况下高炉煤气洗涤系统浓缩倍率9.4，转炉除尘水系统为5.4，其它系统在2.5~3.0之间。

　钢铁企业供水要实现优质优供，水处理总量应低于用水总量的50%，只有通过多级、串级利用才能实现。

钢铁企业的污水处理要针对不同水质、采用不同的污水处理工艺技术，处理后的水供给不同的用户。

不搞总的污水处理设施，分而治之。

这样代价小，处理量小，经济效果大。

专供水系统布局小，管路短，处理量少，运行费用低。

4.2.重点加强焦化废水处理、轧钢废水处理回用技术与膜法水处理技术等

焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。

其组成复杂，含有大量有机污染物，还含有有毒有害物质，污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水，一直是国内外废水处理领域的难题。

目前，国内外应用最广泛的当属生物处理技术，正逐步由过去的活性污泥法向A-A-O-O法，即厌氧-缺氧-好氧-好氧法过渡。

轧钢过程中产生大量的含油废水，其中以冷轧乳化液废水的处理最为困难，较为成熟的处理技术是采用电化学催化氧化（ECO）、膜生物反应器（MBR）、气能絮凝（GEF）和超滤（UF），尤其是电化学催化氧化法可以提供充足能量打断持久性有机污染物的化学键，使之氧化分解，甚至彻底矿化。

膜法水处理技术是一种强化的自然水净化过程，经过微滤、超滤、纳滤和反渗透等技术可以去除废水中的杂质。

其最大优势在于对杂质的去除率高，处理后的水质不仅以达标排放为目的，且可以实现废水回用。

膜分离技术在循环水处理中应用也比较广泛，特别是反渗透技术，可以脱除水中99%的盐分，经过反渗透处理的水基本不会造成管道和设备的结垢和腐蚀。

4.3、含尘泥的污水处理

　含尘泥的污水主要采取沉降法来处理，对微细颗粒尘泥可采取加药剂絮凝工艺。

济钢对炼钢污水采用斜桶沉降，占地小，脱尘泥效果好。

大多数企业采用多级沉淀池。

4.4、含油、有机物等物质的处理

含油、有机物等物质的污水可采用膜处理（包括反渗透技术），以及微波和超声波处理废水，还可以加入不同的药剂进行综合处理；

含油污水要先静止，利用油上浮后进行撇除；

对微细油粒加药破乳后用矾华吸附。

COP通过混凝沉淀和过滤去除。

4.5、焦化废水处理

焦化废水处理采用专有的脱氧、氨、氮技术，采用氨氮微生物硝化—反硝化治理技术，简称A/O生物脱氨工艺。

此法要有足够的曝气时间和必须补充一定量的碱度。

曝气所用的氧气最好采用变压吸附制氧工艺设备，氧气成本低，含量在80%左右就可以。

结论

5.1、串级供水和污水综合处理回用可使钢铁企业水的重复利用率得到有效的提高。

关键环节是要进行水的科学合理的串级供应和优化污水处理工艺技术设备，使回用的水可以满足不同用户的各种需求标准。

制定和建立钢铁企业《给排水系列技术标准》体系，是当务之急的大事。

企业的水管理工作者要从技术上的明白人向专家型方向转变。

主要内容要包括，供水和污水治理设计规范，给排水运作指标体系，各生产工序用水定额，不同水质的标准等。

　5.2、钢铁联合企业，生产过程中耗水程度依次为炼铁、炼钢、轧钢焦化、烧结。

但是采用了先进节水技术之后（干熄焦、干法除尘、少水粒化渣等），耗水的大户就改为轧钢。

5.3、钢铁企业用水和耗新水最大值与最小值的差距太大，说明企业节水潜力大

结束语

我国水资源短缺日益严重，已成为制约今后国民经济和社会发展的瓶颈因素之一，是实施可持续发展战略和循环经济亟待解决的一个难题。

钢铁工业作为高耗水行业，必须承担起促进全社会资源永续利用和环境持续改善的重要责任。

坚持节约发展、清洁发展、可持续发展的理念，将节能减排作为发展的硬约束，纳入钢铁企业总体发展战略，始终坚持走低投入、低消耗、低排放和高效率的发展道路，积极推进循环经济和清洁生产。

如何最大限度地合理使用有限的水资源，是钢铁企业节能降耗工作的重要组成部分，也是企业降低成本、提高产品市场竞争力的重要途径。

钢铁工业必须由“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统发展模式，向“资源一产品一废弃物一再生资源”的反馈式循环模式转轨。

国家已对钢铁等高耗水行业实行强制性用水定额管理，并出台发展政策，今后推行强制性节水技术应用也将成为必然趋势。

钢铁企业是资源消耗大户也是污染大户，现代污染不仅仅是存留在水污染，大气污染，固体废弃物污染，化学污染等许多环境问题是我们急需解决的难题。

地球只有一个，家园只有一个，绿色家园要靠我们大家共同努力。

钢铁企业不仅要重视水污染更要重视其他污染及能源浪费问题，在炼钢炼铁烧结成型轧钢等环节更加重视资源节约与环境的治理。

在发展经济的同时更加重视科学的发展观。

参考文献

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[8]莱钢新闻网

[9]ynkmsrh2007个人博客

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致谢

对给予指导、各类资助和协助完成毕业设计（论文）工作以及提供各种对毕业设计（论文）工作有利条件的单位及个人表示感谢。

冶金学院

2009年11月26日