钢铁工业园水网络优化综述(3)

综上所述，目前钢铁企业水网络研究存在不足，缺乏对多尺度水网络的整体优化设计。如果结合实际用水、排水以及水处理特点建立单元模型、系统模型等，钢铁工业园水网络优化将极大的帮助钢铁企业提高用水效率、减少污水排放。

参考文献略

1.引言钢铁企业是耗水排污大户，根据相关资料统计表明，目前我国钢铁行业的年用水总量在250亿m3左右，吨钢耗新水量为3.25m3，其行业总耗水量占我国国内工业总耗水量14%左右，排水量约占20%。近年来，随着国家对钢铁行业化解过剩产能的要求日趋严格，对钢铁企业节能减排与环境保护工作的要求也日益提高。“十三五”钢铁工业调整升级主要指标中提出，到2020年吨钢耗新水量要降低0.05m3以上。此外，从2015年开始钢铁企业执行新的废水排放标准，即《钢铁工业水污染物排放标准》（GB -2012），新标准较以往标准污染物控制指标有较大提高，排污总量大幅减少。所以，提高钢铁企业用水效率、减少废水排放，充分发掘钢铁企业节水减排潜力，对我国水资源匮乏及水污染问题严峻的现状具有重要意义，也是钢铁企业的重要任务。2.钢铁企业用水特点钢铁企业按其用水形式可分为直流用水和循环用水两种，其中直流用水是指进水经用水系统一次使用后排出该系统；循环用水是指用水系统排出的水直接或经适当处理后循环回用于该系统，钢铁企业循环用水量占总水量97%以上。循环冷却水系统是以水为冷却介质并循环使用的系统，这种系统一般由换热设备（如换热器、冷凝器等）、冷却设备（冷却塔、空冷器等）、水泵、管道及其他相关设备组成。使用后的冷却水的水质、水温均会发生变化，循环使用前必须进行处理。根据用水系统对冷却水水质、水温的要求，使用后的冷却水的处理包括降温、改善水质和补水等措施。循环水系统水量大，而系统补水量、蒸发量与排水量相对较小。循环水系统作为钢铁生产的重要辅助单元，满足了生产工艺的要求，因此围绕循环冷却水的节水，始终是各钢铁企业节水的重点。目前钢铁企业循环冷却水系统数量多，系统的组成各具特点，但普遍存在水质差等问题，造成系统浓缩倍数偏低，直接影响了钢铁工业水资源的充分利用。研究表明，新型水处理药剂可实现高浓缩倍数的运行，使钢铁企业可实现较大程度的节水。此外，在实际操作中，为了便于操作通常固定循环水系统的补水量及补水水质，从系统节水的角度考虑，固定补水量和水质可能限制了循环水的进一步回用，造成水资源的浪费，因此循环水系统的补水水量和水质可根据系统层面优化方案进行调节。对于不同系统用水品质的差异，钢铁各生产环节可实行废水梯级利用，如净环的排水可用于浊环的补水，也可用于水质要求不高的直流用水单元，可减少废水处理量，减少用水成本。为满足各个系统对不同水质的要求，钢铁厂内一般制备多种水源，包括新水、软水、脱盐水、中水，供应全厂用水系统。3.钢铁企业水处理特点钢铁企业用水系统对水质要求各异，为满足不同用户的需求，一般会对原水或污水进行适当处理，制取不同品质的水，统一供给各工序用水系统，包括工业新水、软水和脱盐水等。同时，钢铁企业在制备新水、软水和脱盐水时也会产生相应的废水。例如，厂区原水经絮凝沉淀处理后会产生一定量的污泥；制取软水和脱盐水时，在预处理阶段会生成含有较高浓度悬浮物的污水，脱盐阶段会产生浓盐水，含盐量较高。《钢铁企业给水排水设计规范》（GB -2011）中对于水处理过程产生的废水提出了明确的要求，指出这部分污水需再经处理达标后排放。其中，絮凝、沉淀以及过滤操作过程中产生的废水，一般经厂内污泥处理系统或单独处理后形成泥饼。而浓盐水由于盐度较高，限制了其回用。研究表明，浓盐水的排放会对生态环境造成危害，其处理成本也较高，所以浓盐水的处理和回用是目前企业关注的重点。除水处理产生的废水外，钢铁企业的废水还包括焦化废水、含油及乳化液废水、含酸废水、含碱废水、含铬废水、平整液废水等特殊废水，以及净环排水、浊环排水和其他直流水系统排污水等一般废水。焦化废水主要是指蒸氨废水，主要来源是煤气净化和化工产品精制过程中从工艺介质中分离出的高浓度废水。废水中包含酚类、苯系物等多种有机污染物，并且氨氮含量、含盐量较高，是一类难处理的工业废水。工业中一般将这种废水与氨水系统一同处理，通常要经过过滤出油和溶剂脱酚，然后进行蒸氨，最终以蒸氨废水形式进入生化处理装置处理。生化处理包括生物脱酚氰和生物脱氮处理，处理后的水中化学需氧量（COD）含量仍然较高，还需深度处理。深度处理方法主要包括臭氧氧化法，其出水可满足国家一级排放标准的要求。若要实现焦化废水零排放，可考虑膜法，即经过超滤和反渗透膜，其出水水质可满足循环水水质标准。冷轧废水种类较多，包括含油及乳化液废水、含酸废水、含碱废水、含铬废水以及平整液废水等。含油及乳化液废水可采用化学破乳、超滤或其他处理工艺，处理系统产生的浓油需单独收集和处理，经破乳或超滤处理的出水应进入含碱废水处理系统。平整液废水经预处理后进入含碱废水处理系统。含铬废水经多级还原，再经中和、沉淀后排放或回用。含酸废水主要经过中和、曝气和沉淀处理后排放或回用。含碱废水主要经过中和、絮凝、气浮和生化处理。其废水处理后再进行深度处理，目前冷轧废水可满足回用水标准。净环和浊环的水系统中有相应的水处理措施，以维持冷却水的正常循环使用。净环水系统中一般会采取过滤等处理方法控制循环水中悬浮物浓度。在浊环水系统中，由于水中含有大量的固体颗粒和油类，为使冷却水循环使用，水质稳定处理包括去除固体悬浮物、控制水垢、污垢、控制腐蚀及微生物等多方面措施。浊循环水的使用、处理和水质稳定措施差别较大，其水质标准应根据工程实践确定。此外，净环和浊环循环水系统的水处理过程产生的废水也需要经过再处理后方可回用。通常在工序内设置污泥处理系统，用以处理净环的反洗水、浊环的系统排水和反洗等废水以及直流系统的排污水，这些废水经处理后再排向综合废水处理中心再度处理，处理后的水可满足回用标准。除以上所述的对污水进行单独处理的水处理系统，以及分布于各个工序的污泥处理系统外，钢铁企业内通常还设置集中式水处理系统，如综合废水处理中心。综合废水的来水包括循环水的排水、直流水系统的排水以及在工序内经污泥处理后的排水等。综合废水处理中心主要用于降低总悬浮物浓度（TSS）、COD以及含油量等污染物指标，其出水达到回用水标准，可与新水、软水和脱盐水一起作为全厂水源，统一供水，可替代部分新水，减少新水消耗和污水排放。综上所述，钢铁企业内包括新水、中水以及用新水或中水制取的软水、脱盐水等多个水源，统一供应全厂用水；每个系统可能有多种排水，例如循环冷却水系统有排污水与反洗水两种排水，且不同系统的排水水质可能不同，给水的串级使用提供了可能。4.钢铁企业水网络优化分析钢铁联合企业包含多个生产工序，每个工序的水网络相对独立，工序排水一般进入综合废水处理中心处理后回用。此外，部分钢铁企业采用综合废水处理中心的出水（企业内称为中水）脱盐制取水质较好的水。各个水网络的排水经集中处理后，部分中水再经脱盐系统处理成软水、脱盐水回用于各水网络。所以，典型钢铁联合企业的水网络是由多个工序水网络以间接集成形式连接构成。钢铁工业园水网络包括多个工序子水网络，且各子水网络用水是由预处理子网络统一供水以及废水处理中心和中水脱盐系统统一处理回用的复杂水网络。各工序水网络通常包括软环、净环、浊环和直流等用水单元，以及污泥处理等水处理单元。相对于综合废水处理中心的集中式水处理系统，工序内水处理系统可认为是分散式水处理系统。工序内净环和浊环系统均会产生两种不同流股的排水，其中净环循环水排水部分回用，其余排入下水道进入废水处理中心处理后回用，反洗废水等排水进入污泥处理系统处理后外排，而浊环的两种排水均需处理后再排放，工序内其他涉水单元间存在少量的串接使用。工序内主要用水策略为循环和处理后排放，其中循环用水策略是钢铁工业园水网络中最主要的节水策略，在工程中通常采用提高循环系统浓缩倍数的方法提高循环率，减少系统外排和补水。目前，钢铁企业工序水网络中尚未充分考虑串接使用、处理后回用等用水策略，例如净环循环水排水的回用、污泥处理系统出水的回用等。另外，目前水网络也没有充分考虑双出口系统（净环、浊环、水处理单元）所有流股的回用。工序水网络的排水通常进入废水处理中心集中序列式处理，序列处理包括混凝、沉淀、过滤等操作，处理后成为中水供应全厂。中水脱盐过程产生的软水以及浓盐水等也作为全厂水源供应各水网络，而过程产生的反洗废水需进入废水处理中心处理。所以钢铁工业园集成中心水处理网络为单入口、多出口水处理网络，水处理单元之间存在回用流股。此外，钢铁工业园水网络中通常考虑预脱盐系统，通过新水脱盐制取软水和脱盐水，产生的浓盐水也可部分被用水单元消纳，反洗废水需进入废水处理中心处理。这种预脱盐系统可以是集中式的，也可以分布于各个工序内部。由全水网络概念可知，预脱盐系统即为预处理系统，所以，钢铁工业园水网络为工业园层面的全水网络。典型钢铁工业园水网络是由预处理子网络、各工序子水网络和集中式水处理子网络构成，其中预处理子网络包括新水和预脱盐系统，集中式水处理子网络包括综合废水处理中心和中水脱盐系统。工序子水网络中包含多个水系统，各水系统通过循环、回用等方式实现工序内的节水减排。钢铁工业园水网络是包含了工序内水系统、工序子水网络以及工业园水网络三个尺度水平的水网络，且各工序子水网络通过预处理子网络以及废水处理中心间接连接，工序内各水系统通过循环、回用等方式节水减排。总体水网络规模庞大，系统复杂，为充分挖掘钢铁工业园水网络节水减排潜力，实现企业用水的“大、中、小”循环，需要根据钢铁工业园用水、排水及水网络特点，采用水网络优化法从系统层面对典型钢铁工业园水网络进行优化设计。三个尺度水平的子水系统即单元、工序和工业园，由于水网络复杂、规模庞大等原因，目前对其水网络优化研究工作较少。综上所述，目前钢铁企业水网络研究存在不足，缺乏对多尺度水网络的整体优化设计。如果结合实际用水、排水以及水处理特点建立单元模型、系统模型等，钢铁工业园水网络优化将极大的帮助钢铁企业提高用水效率、减少污水排放。参考文献略

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