節(jié)能減排是整個國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，鋼鐵工業(yè)作為重點能耗行業(yè)之一，是節(jié)能減排的重點。節(jié)約工業(yè)新水用量，減少工業(yè)污水的排放量，是鋼鐵企業(yè)水系統(tǒng)所追求的目標(biāo)。鋼鐵企業(yè)水系統(tǒng)現(xiàn)普遍采用循環(huán)—串級供水體制、限制工業(yè)新水的直流用水。將工業(yè)污水收集后處理制成回用水、工業(yè)新水、脫鹽水、軟化水或純水等用于生產(chǎn)，是目前鋼鐵企業(yè)回用工業(yè)污水、實現(xiàn)污水資源化的常見方式。但在詳細(xì)實施工業(yè)污水處理和回用時，很多企業(yè)卻面臨著工業(yè)污水量遠(yuǎn)大于回用水量，處理后的工業(yè)污水因缺少用戶只能外排而同時還需引入大量的工業(yè)新水的尷尬局面。要實現(xiàn)節(jié)能減排不僅要研究水處理工藝，更重要的是要實現(xiàn)工業(yè)污水排放量和回用水量之間的平衡。作者針對在不同的生產(chǎn)工藝（長流程和短流程）中，工業(yè)污水的回用方式和回用率的不同，分析了工業(yè)污水的回用方式、并探討了提高回用率的技術(shù)措施。
1 工業(yè)污水的主要來源及特點分析
鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水主要來源于濁循環(huán)水系統(tǒng)的排污水（敞開式凈循環(huán)水系統(tǒng)的排污水一般作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，焦化、冷軋等特種工業(yè)污水通常單獨處理）。工業(yè)污水中含懸浮物、雜質(zhì)、油等，另外其含鹽量較高，就濃縮倍數(shù)而言，通?？蛇_(dá)到工業(yè)新水的5～6倍以上（以Cl-含量來計算水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)及含鹽量的變化），這是工業(yè)污水重要的特點，也是影響其回用的重要因素。
2 工業(yè)污水目前常見回用方式
目前工業(yè)污水回用的常見方式為將工業(yè)污水收集后處理制成回用水、工業(yè)新水、脫鹽水、軟化水或純水等用于生產(chǎn)。
2.1工業(yè)污水經(jīng)過普通處理成回用水
工業(yè)污水經(jīng)過常規(guī)水處理工藝（如混凝、沉淀、除油、過濾等）處理后制成回用水，原工業(yè)污水中的懸浮物、雜質(zhì)、油等均得到了有效的去除，但其含鹽量并沒有降低，其含鹽量遠(yuǎn)高于工業(yè)凈循環(huán)水和濁循環(huán)水。
2.2工業(yè)污水經(jīng)脫鹽制成脫鹽水、軟化水及純水
脫鹽水、軟化水及純水，常用于鋼鐵企業(yè)煉鐵、煉鋼、連鑄等單元關(guān)鍵設(shè)備的間接冷卻密閉式循環(huán)水系統(tǒng)以及鍋爐、蓄熱器等的補充用水。隨著全膜法水處理系統(tǒng)造價和運行成本的日益降低，超濾加二級反滲透工藝，已廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)脫鹽水的制取。但在制成脫鹽水、軟化水及純水的同時，也將產(chǎn)生約占脫鹽水、軟化水及純水水量40～50%左右的濃鹽水，濃鹽水的含鹽量將更高，按常規(guī)工業(yè)污水反滲透的回收率約為75%計算，濃鹽水針對工業(yè)污水的濃縮倍數(shù)將達(dá)到4倍以上，其含鹽量針對工業(yè)新水而言達(dá)到了20倍以上。
2.3工業(yè)污水全部經(jīng)脫鹽制成工業(yè)新水
如果將全部工業(yè)污水脫鹽制成工業(yè)新水，其生產(chǎn)成本將大幅度提高，在短期內(nèi)缺乏實施的可操作性，同時制成工業(yè)新水的同時將產(chǎn)生更多的反滲透濃水。
3 鋼鐵企業(yè)主生產(chǎn)工藝對各類水 的需求分析
3.1鋼鐵企業(yè)主生產(chǎn)工藝分類
我國鋼鐵工業(yè)按其生產(chǎn)產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝流程可分為長流程生產(chǎn)和短流程生產(chǎn)兩類。長流程的生產(chǎn)流程主要包括燒結(jié)（球團(tuán)）、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序；短流程的生產(chǎn)流程主要包括煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序。長流程的煉鋼工藝一般是轉(zhuǎn)爐，短流程的煉鋼工藝一般是電爐。
3.2長流程生產(chǎn)工藝用水需求
煉鐵、煉鋼、連鑄、冷軋等單元如爐體、氧槍、結(jié)晶器等關(guān)鍵設(shè)備的間接冷卻密閉式循環(huán)水系統(tǒng)以及鍋爐、蓄熱器等的補充用水一般采用脫鹽水、軟化水及純水。
燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等單元一般設(shè)備的間接冷卻循環(huán)水系統(tǒng)補充水一般采用工業(yè)新水。各主工藝單元濁循環(huán)水系統(tǒng)由凈循環(huán)強制排污水補水，水量不夠的采用工業(yè)新水。
燒結(jié)的一次混合和二次混合用水以及渣處理等直流用戶或是澆灑地坪等一般采用回用水，反滲透系統(tǒng)的濃水也可采用。燒結(jié)一次混合和二次混合的用水量一般為每小時十幾到幾十立方米；高爐爐渣粒化如采用沖渣方式，其噸渣耗水量約為8～12 m3，如采用泡渣方式，其噸渣耗水量約為1.0～1.5 m3；轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量較大，一般采用淺熱潑渣盤工藝，耗水量約為噸渣1.2 m3[1]。
從用水需求量來看，由于存在一次混合和二次混合用水以及渣處理等工藝用戶，回用水量較大，與工業(yè)新水用量接近，甚至大于工業(yè)新水用量，其次是脫鹽水、軟化水及純水。
3.3短流程生產(chǎn)工藝用水需求
短流程工藝用水需求總的來說與長流程類似，但是沒有煉鐵、燒結(jié)單元，因此也沒有燒結(jié)的一次混合、二次混合和煉鐵的爐渣?；然赜盟脩?，另外電爐爐渣處理也與轉(zhuǎn)爐爐渣處理工藝不同，回用水需求量遠(yuǎn)小于長流程生產(chǎn)工藝。
從用水需求量來看，工業(yè)新水量是最大的，其次是脫鹽水、軟化水及純水，而回用水用水量的需求更少。
4.工業(yè)污水回用方式探討
4.1長流程生產(chǎn)工藝污水回用
對于長流程生產(chǎn)工藝的鋼鐵企業(yè)，鑒于回用水需求量較大，建議將部分工業(yè)污水制成脫鹽水、軟化水或純水用于生產(chǎn)，將反滲透濃水和其他由工業(yè)污水制成的回用水回用至燒結(jié)的一次混合和二次混合用水以及渣處理等直流用戶或是澆灑地坪。
4.2短流程生產(chǎn)工藝污水回用
對于短流程生產(chǎn)工藝的鋼鐵企業(yè)，工業(yè)污水排放量和回用水量之間不平衡的矛盾比較突出。首先是回用水用戶少，回用水需求量也少；而工業(yè)污水經(jīng)過常規(guī)處理制成的回用水含鹽量高，無法用于循環(huán)水系統(tǒng)做補充水，回用水無法有效地消耗；另外，在制取脫鹽水、軟化水及純水過程中將產(chǎn)生含鹽量更高的反滲透濃水。
5.解決短流程生產(chǎn)工藝水量平衡問題的探討
解決工業(yè)污水量與回用水量之間不平衡的方法有兩種：一是增加回用水用戶，二是降低工業(yè)污水量。增加新的回用水用戶受到鋼鐵企業(yè)主生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格限制，較為難以實施，因此如何有效地控制工業(yè)污水的排水量是研究的主要內(nèi)容。而要控制工業(yè)污水量，就要從源頭抓起，從工業(yè)新水和循環(huán)水系統(tǒng)（敞開式凈循環(huán)水系統(tǒng)和濁循環(huán)水系統(tǒng)）本身入手加以研究。筆者將結(jié)合某鋼鐵企業(yè)的工程實例加以分析。如何提高短流程生產(chǎn)工藝污水回用率是急須解決的問題。
5.1某鋼鐵公司全廠給排水現(xiàn)狀及面臨的問題
某鋼鐵公司已有工業(yè)新水處理站、污水處理站。全廠工業(yè)用新水取自運河地表水，經(jīng)工業(yè)新水處理站處理后，供公司工業(yè)水總管網(wǎng)，作各工藝單元（燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、制氧等）的工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)補充水用。全公司污水集中回流至污水處理站，經(jīng)處理后供各工藝單元（主要是燒結(jié)的一次和二次混合用水以及煉鋼熱潑渣用水）及消防水系統(tǒng)等，多余的處理后的污水排放至運河。
根據(jù)集團(tuán)及公司的總體規(guī)劃，公司將新建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和配套工程，工程建設(shè)完成后，將提出新的工業(yè)新水、回用水、純水用水以及工業(yè)污水排水的要求。原有的工業(yè)新水處理站、污水處理站已經(jīng)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，必須建設(shè)新的水處理站。同時，根據(jù)《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和環(huán)保部門的相關(guān)要求，應(yīng)實現(xiàn)總排放口的零排放。
為實現(xiàn)總排放口零排放，本工程擬將新建工程所產(chǎn)生的工業(yè)污水制成純水供生產(chǎn)使用。多余的工業(yè)污水采取常規(guī)處理后和在制取純水過程中產(chǎn)生的濃鹽水一起作為回用水使用。但經(jīng)過全廠水量平衡計算，排放的工業(yè)污水全部處理回收是完全可行的。但是由于原先已建的廠區(qū)工業(yè)污水量大于回用量，新建工程為短流程生產(chǎn)工藝，沒有燒結(jié)的混合用水和煉鋼熱潑渣等直流用戶（該部分用水與物料直接接觸，大部分被蒸發(fā)），進(jìn)一步加大了工業(yè)污水與回用水量之間的差值。即便已經(jīng)將部分工業(yè)污水用于純水的制取，但工業(yè)污水量仍遠(yuǎn)大于回用水量，無法實現(xiàn)總排放口零排放。如果將剩余工業(yè)污水全部脫鹽制后供生產(chǎn)使用，成本太高。
5.2 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及其補充水分析
5.2.1 凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)
凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水一般采用廠區(qū)工業(yè)新水。
在進(jìn)行凈循環(huán)水補充水的計算前，先設(shè)定如下參數(shù)：凈循環(huán)冷卻水含鹽量為B，凈循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)值設(shè)定為N1；凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水用廠區(qū)工業(yè)新水，工業(yè)新水含鹽量設(shè)定為C。N1=B/C。[2][3]
凈循環(huán)冷卻水含鹽量B應(yīng)符合所需冷卻的工藝設(shè)備的最低限度要求，即可認(rèn)為B是恒定值。在這種條件下，如果工業(yè)新水的含鹽量越低（水質(zhì)好），則相應(yīng)的濃縮倍數(shù)也越大，扣除蒸發(fā)因素外所需補充的水量也就越少，其強制排污的水量也越少，所需的補充工業(yè)新水量也越少。
某鋼鐵公司新建項目工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)與工業(yè)新水含鹽量降低率的關(guān)系曲線，工業(yè)凈循環(huán)水含鹽量為設(shè)定值（Cl-為180 mg/L）。
可以看出，隨著工業(yè)新水含鹽量降低率的升高，濃縮倍數(shù)的趨勢也在變大，而且變大的幅度更大。
5.2.2 濁循環(huán)冷卻水補充水的分析
濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水通常采用敞開式凈循環(huán)冷卻水的強制排污水，在凈循環(huán)強制排污水量無法滿足需求的情況下，采用工業(yè)新水作為補充水源。
在進(jìn)行濁循環(huán)水補充水的計算前，先設(shè)定如下參數(shù)：以經(jīng)處理后的濁循環(huán)水含鹽量A為濁循環(huán)濃縮倍數(shù)計算的參照量，濁循環(huán)濃縮倍數(shù)值設(shè)定為N2；相關(guān)凈循環(huán)冷卻水含鹽量設(shè)定為B，凈循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)值設(shè)定為N1；凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水采用廠區(qū)工業(yè)新水，工業(yè)新水含鹽量設(shè)定為C。
N1=B/C，N2=A/B→N2= A/（C·N1）
由上面的計算可以得出以下推論：
①如果C越低，則N2也越高，說明當(dāng)凈循環(huán)排污水量已經(jīng)無法滿足濁循環(huán)補水需求，采用工業(yè)新水作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補水時，降低工業(yè)新水的含鹽量，也可以提高濁循環(huán)水濃縮倍數(shù)，減少強制排污水量，從而降低補充水量；
②通常情況下A＞C，理論計算上來說，當(dāng)A/C＜N1，則N2<1，當(dāng)A/C＞N1，則N2＞1，但當(dāng)N2<1時，濃縮倍數(shù)沒有意義；一般敞開式凈循環(huán)水濃縮倍數(shù)N1=4~5，也就是說只有在濁循環(huán)水含鹽量A是工業(yè)新水含鹽量C的4~5倍以上時，濁循環(huán)水濃縮倍數(shù)才可能＞1，濁循環(huán)說濃縮倍數(shù)才有意義；反之，當(dāng)濁循環(huán)水的含鹽量不是工業(yè)新水含鹽量的4~5倍以上時，不應(yīng)使用凈循環(huán)強制排污水作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，而應(yīng)考慮采用水質(zhì)更加好的工業(yè)新水。
5.2.3 補充水水質(zhì)對于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響
從上述理論分析的結(jié)果來看，可以得出以下初步結(jié)論：
工業(yè)新水作為循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，含鹽量的降低確實可以有效的減少循環(huán)水系統(tǒng)強制排污水量，從而控制整個鋼廠工業(yè)水系統(tǒng)的排污量和補水量，采用水質(zhì)較好的工業(yè)新水，對節(jié)能減排有利。
某鋼鐵公司項目在新建的工業(yè)新水處理中加入不同純水量后所得的全廠總的工業(yè)新水量、工業(yè)污水量、純水量及回用水量的曲線圖（按年平均量）。
可以看出，改善工業(yè)新水水質(zhì)后，工業(yè)新水總用水量下降，工業(yè)污水與回用水水量之間的差距也逐步變小。提高工業(yè)新水水質(zhì)對于促進(jìn)工業(yè)水系統(tǒng)的節(jié)能減排確實有效。但從數(shù)據(jù)的比較分析來看，采取提高工業(yè)新水水質(zhì)的措施，其負(fù)面影響就是純水用量變大、工業(yè)污水排放量變大，回用水量也變大。另外，添加入原工業(yè)新水的脫鹽水、軟化水或純水占原工業(yè)新水比例不能超過30%時。當(dāng)超過這個比例時，會造成純水用量過大，導(dǎo)致在制取純水過程中所排濃鹽水量大幅度上升，濃鹽水排放量在工業(yè)污水總量中的比例上升，而這部分濃鹽水回用只能直流潑渣或是澆灑地坪；同時造成了對回用水的需求量也變大，而這部分需求量的增大無法通過濃鹽水排放回用量的增大加以解決。
6 短流程生產(chǎn)工藝鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水回用方式
由以上分析可知，在工業(yè)新水中加入純水降低工業(yè)新水含鹽量，可以起到減少工業(yè)污水排放量的作用。
因此，在短流程生產(chǎn)工藝的鋼鐵企業(yè)，將工業(yè)污水制成脫鹽水、軟化水或純水除供煉鋼、連鑄等單元關(guān)鍵設(shè)備的間接冷卻密閉式循環(huán)水系統(tǒng)以及鍋爐、蓄熱器等的補充用水外，另外制取一部分脫鹽水、軟化水或純水直接補入工業(yè)新水系統(tǒng)。
7 小結(jié)
針對不同的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝（長流程和短流程），采用不同的工業(yè)污水的回用方式，對于提高工業(yè)污水的回用率有著積極的意義。在詳細(xì)實施時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況進(jìn)行詳細(xì)的理論計算和分析。
