鋼鐵企業綜合廢水處理回用工程實例思路構建

李東升

（酒鋼集團榆中鋼鐵有限責任公司，甘肅 蘭州 730100）

鋼鐵工業是用水量較大的行業之一，其廢水的排放對環境和水資源造成嚴重影響。廢水處理回收利用可以減少鋼鐵工業對水資源的消耗，降低用水成本，同時保護水資源和環境。隨著國家不斷推進環保政策的實施，鋼鐵企業面臨著更大的環保壓力和更嚴格的排污要求，實行廢水處理回收利用是其可持續發展的必要條件之一。鋼鐵工業廢水處理回收利用的必要性越來越明顯，也是企業實現可持續發展的重要手段。

1 廢水綜合利用的意義

廢水是指工業、農業、城市等各個領域排放的含有有害物質的水。廢水中的污染物質不僅會污染地下水、河流和海洋等自然資源，還會對生態環境和人類健康造成極大威脅。因此，對廢水進行綜合利用是保護環境和促進可持續發展的重要手段[1]。

首先，廢水綜合利用有助于保護水資源，通過廢水綜合利用，我們可以將其中有用的物質提取出來，減少對自然水資源的開采和消耗，從而保護水資源的可持續利用。其次，廢水綜合利用有助于促進資源循環利用，廢水中含有許多有用的物質，如氨氮、磷酸鹽、鉀等。這些物質可以通過綜合利用的方式進行回收，再次利用到工農業生產等領域中。通過這種方式，可以有效減少對原材料的消耗和浪費，降低資源的開采成本，促進循環經濟的發展。廢水綜合利用還有助于保護生態環境，廢水中的污染物質對生態環境的影響是不可忽視的，這些污染物質會對土壤、植被和野生動物等造成極大危害[2]。而通過廢水綜合利用，可以將其中的有用物質提取出來，減少對生態環境的污染和破壞，有利于保護生態環境的穩定和可持續發展。除此之外，廢水綜合利用有助于促進經濟發展。廢水綜合利用可以提高企業的資源利用效率，降低企業的生產成本，從而提高企業的競爭力和盈利能力；還可以促進新技術和新產品的研發和應用，推動環保技術和環保產業的發展，為經濟發展注入新動力。

2 廢水處理回用的技術方法

隨著工業化和城市化的加速發展，水資源短缺和環境污染等問題日益突出，如何對廢水進行綜合利用已經成為全球關注的熱點問題。廢水綜合利用是指將含有有用物質的廢水進行處理，將其中的有用物質提取出來進行回收利用，同時將廢水中的污染物質降解掉，以實現水資源的可持續利用和環境保護的雙重目標。

2.1 物理方法

2.1.1 沉淀法

沉淀法是廢水綜合利用中的一種物理方法，是指通過使廢水中的污染物質與沉淀劑發生反應，使污染物質形成沉淀并分離的過程。沉淀劑通常是一種能與廢水中的污染物質發生反應并形成不溶性物質的化學物質。在一定的條件下，如調節pH值、溫度等，可以使污染物質與沉淀劑發生反應，形成沉淀后被分離出來，從而達到凈化水質的目的。常用的沉淀劑有氫氧化鈣、氯化鐵、硫酸鋁等，不同的沉淀劑適用于不同類型的廢水處理。沉淀法適用于處理廢水中含有大量懸浮物和濁度高的水體，可用于處理工業廢水、農業廢水和生活污水等。沉淀法具有操作簡便、成本低、處理效果好等優點，但也存在一些缺點，如反應時間長、沉淀劑投加量難以控制等。相關人員在實際應用中需要根據具體情況選擇合適的沉淀劑，并優化處理參數，以提升沉淀效果和降低處理成本[3]。

2.1.2 過濾法

過濾法是廢水綜合利用中的一種物理方法，是指使廢水通過過濾材料，將其中的固體顆粒和懸浮物質進行分離的過程。過濾法的原理是利用過濾材料的孔隙和表面作用將廢水中的懸浮物質攔截下來，從而實現凈化水質的目的。常用的過濾材料有砂石、炭屑、濾紙等，其中砂石過濾常用于工業廢水和污水處理，而炭屑過濾則常用于飲用水處理。過濾法適用于處理廢水中含有懸浮物質的水體，可以去除廢水中的懸浮物、泥沙、膠體等。過濾法具有處理效果好、不會產生二次污染等優點，但也存在一些缺點，如需要經常更換過濾材料、過濾材料需要維護等。因此，在實際應用中，相關人員需要根據具體情況選擇合適的過濾材料，并優化處理參數，以提升過濾效果并降低處理成本。

2.1.3 膜分離法

膜分離法是一種高效的廢水綜合利用方法，其原理是利用膜的分離作用將廢水中的物質進行分離和回收，常用的膜包括微濾膜、超濾膜、反滲透膜等。在膜分離法中，廢水被壓力推進膜管或膜板，水中的微小顆粒和溶質通過膜孔，而較大的分子則被截留在膜表面，從而實現廢水的凈化和回收。膜分離法適用于處理廢水中含有有機物、重金屬等難以分離的物質的水體，可以實現對水體的高效處理和回收利用。相比于傳統的化學處理方法，膜分離法具有凈化效果好、回收率高、對環境的污染較少等優點。此外，膜分離法還可以對廢水進行深度處理，徹底去除水體中的有害物質，從而使廢水達到可重復利用的標準[4]。

2.2 化學方法

2.2.1 氧化法

氧化法是一種將廢水中的污染物質氧化分解來凈化水體的技術。該方法通過添加氧化劑使污染物質發生氧化反應，進而轉化為無害物質或易于去除的物質，從而實現凈化廢水的目的。氧化法適用于處理廢水中含有有機物的水體，例如處理印染廠、制藥廠、化工廠廢水等，常見的氧化劑有過氧化氫、臭氧、高錳酸鉀等。

過氧化氫是一種常用的氧化劑，可以將其加入廢水中，使其與有機物質發生氧化反應，形成二氧化碳和水等物質。過氧化氫的使用具有高效、簡單、經濟等優點，但同時也存在氧化副產物對環境的污染及處理難度大等問題。臭氧是一種強氧化劑，可以將廢水中的污染物質氧化為無害物質，例如將苯、甲苯、乙苯等有機物質氧化為二氧化碳和水。臭氧氧化法的優點在于能夠去除難以去除的難降解有機物、消除異味、殺滅微生物等，但同時也存在操作復雜、設備成本高、臭氧副產物的排放等問題。高錳酸鉀氧化法是一種常用的化學氧化法，具有氧化能力強、適用范圍廣等優點。該方法將高錳酸鉀加入廢水中，與有機物質進行氧化反應，使其最終轉化為二氧化碳和水等無害物質。

2.2.2 還原法

還原法是一種將廢水中的污染物質還原為無害物質的方法。還原法是通過還原劑與廢水中的氧化物發生反應，使其還原成為無害的物質。常用的還原劑有亞硫酸鹽、硫氫化鈉等。還原法適用于處理廢水中含有氧化物的水體，例如含有重金屬離子和某些有機物質的廢水。還原法對于一些難以降解的有機物質也有較好的去除效果。此外，還原法是一種相對環保、安全的廢水處理方法，其廢物的排放量相對較小，在處理過程中不會產生二次污染。但是，還原法需要嚴格控制反應條件，避免還原劑過量使用，否則會產生新的污染物，影響環境質量。所以，還原法需要相關人員在實際應用中，根據廢水的污染物種類和濃度、反應條件等因素進行調整，才能取得最佳的去除效果[5]。

2.2.3 中和法

中和法是廢水處理的一種常見方法，其原理是通過加入酸堿中和劑，將廢水中過高或過低的酸堿度調節至中性范圍內。常用的酸堿中和劑有氫氧化鈉、氫氧化鈣等，這些中和劑能夠與廢水中的酸性或堿性物質發生化學反應，使得廢水中的酸堿度得到調節。中和法適用于處理廢水中含有酸性或堿性物質的水體，比如工業生產廢水中的強酸、強堿廢水等。在中和的過程中，中和劑與廢水中的酸堿物質反應生成鹽和水等化合物，這些產物大多數都是相對安全的，不會對環境造成污染。除此之外，中和法還能有效控制廢水的pH值，保護廢水處理設備不被腐蝕，同時也可以提升后續處理工藝的效果。需要注意的是，中和法只能處理酸堿度過高或過低的廢水，對于廢水中含有有機物、重金屬等其他污染物質的情況，中和法并不適用。

2.3 生物方法

2.3.1 生物膜法

生物膜法是一種利用微生物的生長代謝作用來降解廢水中污染物質的方法，這種方法常常采用生物濾池、旋轉生物接觸器等裝置。生物膜法的工作原理是將含有污染物質的廢水通過生物膜的過濾作用，將微生物固定在濾材表面形成生物膜，然后利用微生物的代謝作用將污染物質轉化為無害物質，從而達到凈化水質的目的。在生物膜法中，微生物是最為核心的組成部分，微生物在生物膜中不斷生長、繁殖，分解廢水中的有機物質和其他污染物質，釋放出二氧化碳和水，最終將廢水凈化。因此，生物膜法是一種高效、可持續、經濟的廢水處理方法，生物膜法的適用范圍主要是處理含有有機物質的廢水。這種方法可以有效降解污染物質，同時也可以回收一定量的資源，具有很高的經濟效益。生物膜法工藝簡單、操作方便、投資成本較低，在一些中小型企業和鄉村地區的廢水處理中得到廣泛應用。生物膜法的優點在于可以處理廢水中含有的高濃度有機物質和難以分解的化合物，同時也可以處理一些含有重金屬、氮、磷等污染物質的廢水。此外，生物膜法的生物膜可以自我修復，具有很好的抗沖擊負荷能力，而且不會造成二次污染，對環境友好。

2.3.2 生物吸附法

生物吸附法是一種通過微生物的吸附作用，將廢水中的污染物質吸附在微生物表面，從而實現廢水凈化的方法。相比于化學吸附劑，生物吸附材料具有生物活性，對環境友好。常用的生物吸附材料有活性炭、海綿等，這些材料具有很大的比表面積和孔隙結構，提供了大量的吸附位點，可以有效吸附廢水中的有機物和重金屬等難以分解的物質。

在生物吸附過程中，微生物可以通過吸附和生長代謝等多種方式，將廢水中的污染物質去除或降解，相比于其他傳統的處理方法，生物吸附法具有處理效率高、運行成本低等優點。同時，生物吸附法還可以與其他處理方法進行組合，如生物膜法、活性污泥法等，形成更加完善的廢水處理系統。生物吸附法適用于處理廢水中含有重金屬等難以分解的物質的水體。例如，含有銅、鉻等重金屬的廢水可以通過微生物的吸附作用，將重金屬離子固定在生物材料表面，從而達到廢水凈化的目的。此外，生物吸附法還可以處理廢水中的苯、甲苯等有機物，通過微生物的代謝作用將其分解及降解，有效去除廢水中的污染物質[6]。

2.3.3 活性污泥法

活性污泥法是一種利用活性污泥微生物的代謝作用來降解廢水中有機物質的處理方法。在這種方法中，活性污泥微生物被用作催化劑，通過對有機物質的分解代謝來實現廢水的凈化。這種方法的關鍵在于活性污泥微生物的種類和數量，以及對環境條件的控制。常用的活性污泥反應器有A/O工藝、SBR工藝等。A/O工藝是一種利用硝化和反硝化作用，將廢水中的氨氮和有機物質進行分解及降解的方法；SBR工藝則是一種利用SBR反應器來進行污水處理的方法，可以實現廢水的生物除磷和除氮。活性污泥法適用于處理廢水中含有有機物質的水體，特別是工業廢水中的高濃度有機物質。相比其他廢水處理方法，活性污泥法具有處理效果好、運行穩定、操作簡單等優點，被廣泛應用于廢水處理領域。

3 鋼鐵 企業綜合廢水處理回用工程實例

3.1 廢水水量與水質

污水處理工程的主要構成包括預處理單元、深度處理單元和相應的輔助設施。此工程旨在處理每日28×100 m3的廢水。表1展示了污水處理工程的設計進水和出水水質指標。

表1 進出水水質

3.2 工藝流程

工藝流程：（1）將廢水送入預處理單元，經過格柵、沉砂池、氣浮池等預處理設施去除大顆粒物、泥沙等雜質。（2）將處理后的水送入生物處理單元，通過曝氣池、好氧/厭氧池等生物反應器，使有機物質被微生物分解及降解，產生較為清潔的水體。（3）經過生物處理后，將水體送入深度處理單元，采用吸附劑、氧化劑等物質對廢水進行進一步凈化處理，去除廢水中余留的重金屬離子、難降解的有機物質等。此外，為了達到回用要求，對處理后的一級RO產水和二級RO產水進行調整酸堿度、硬度、pH值等處理，保證水質達到回用標準。（4）最后將處理后的水經過RO膜處理，將水中的溶解固體、離子、有機物質、微生物等分離出來，產生干凈的水體。

3.3 預處理

主要設施包括：（1）格柵是預處理單元的第一道設施，設立柵格主要是阻擋廢水中較大的顆粒物，避免其對后續處理單元造成堵塞和損壞。（2）除油池是針對廢水中的油污染物進行處理的設施，主要是利用物理和化學方法去除廢水中的油類物質，以達到排放標準。（3）集水井收集格柵和除油池處理后的水體集中輸送給調節池，實現污水的調節和穩定化。（4）調節池對廢水進行調節和穩定化處理，使得后續處理單元的處理效果更好。（5）高效沉淀池和V型濾池是預處理單元的核心設施，其主要通過化學反應和物理過濾等方式，去除廢水中的顆粒物和有機物，同時去除大部分的重金屬離子。（6）預處理產水池對處理后的水進行收集，為后續的處理單元提供水源。

3.4 深度處理

3.4.1 過濾器壓泵

過濾器 壓泵是廢水處理的第一道關口，主要用于去除廢水中的固體顆粒和懸浮物。過濾器采用粗濾和細濾相結合的方式，壓泵負責將過濾后的水送入下一道處理工序，同時確保廢水在整個處理過程中的穩定供給。

3.4.2 多介質過濾器

經過濾器壓泵處理后，廢水中仍存在一些難以去除的有機物和微生物。多介質過濾器采用多種介質材料，如石英砂、活性炭等去除廢水中的有機物、微生物等。同時，多介質過濾器也能去除廢水中的重金屬、氯離子等有害物質，確保回用水的質量符合國家標準。

3.4.3 超濾

超濾是一種分離技術，超濾膜的孔徑小于一般細菌和病毒的大小，可以將廢水中的微生物、有機物、膠體顆粒等物質分離出來。超濾后的產水具有高純凈度，可以直接作為回用水使用，也可以作為后續處理工藝的進料水。

3.5 運行效果

該工程于2019年7月開始進水調試，經過約半年時間的試運行，于2020年初正式完成并移交用戶驗收。24小時連續運行表明，該污水處理廠具有良好的穩定性，所有處理單元產水水質優良，達到了出水用戶所要求的水質標準。運行效果如表2所示。

表2 各單元產水回收率

通過表2數據可以發現，即使污水處理廠深度處理單元需要處理的廢水量會受到用戶用水需求和水量負荷波動的影響，該系統仍能夠有效應對水質水量的沖擊。一級RO單元、二級RO單元和EDI單元的產水回收率都能夠滿足設計要求，表明該工藝適用于鋼鐵冶金等工業廢水的處理。

3.6 效益分析

工程總投資為6 590萬元，該工程在實際運營后，節省水費4元/m3，每年可為企業節約至少2 500萬元；經過反滲透和EDI生產的除鹽水、超純水外供生產則經濟效益價值更高。

鋼鐵企業綜合廢水處理回用，除了帶來環境效益之外，還帶來了顯著的經濟效益。首先，廢水回用可以減少企業的用水成本，對廢水進行深度處理后，回收的水可以直接用于生產過程中的冷卻、洗滌等用途，避免了需要購買淡水的情況。其次，廢水回用還能減少企業的排污費用，在廢水回用的情況下，企業需要排放的廢水量大幅減少，從而降低了排污費用。此外，廢水回用還能提升企業的形象和競爭力，符合國家環保政策和能源節約減排的要求，樹立了良好的企業形象和信譽度，增強了企業的競爭力。

4 結論

鋼鐵企業綜合廢水處理回用的意義在于減少水資源消耗，保護環境，提升企業經濟效益和社會形象。鋼鐵企業用水量較大，而廢水處理回用可以有效節約用水，降低用水成本，減少廢水排放，保護水資源和環境。除此之外，廢水處理回用還有助于提升企業的經濟效益和社會形象，使企業更具競爭力和可持續發展性，符合國家的節能減排和環保要求。