鋼鐵企業(yè)雨水資源的應(yīng)用前景分析
摘要:鋼鐵企業(yè)是用水大戶，節(jié)約工業(yè)新水量、降低噸鋼耗新水指標(biāo)已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重要任務(wù)之一。雨水作為一種重要的淡水資源，日益受到鋼鐵企業(yè)的重視。開(kāi)發(fā)利用雨水資源是鋼鐵企業(yè)擺脫有限水資源束縛、可持續(xù)發(fā)展的重要出路之一。本文從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)鋼鐵企業(yè)雨水資源應(yīng)用的前景和需要解決的問(wèn)題作了初步的分析。
關(guān)鍵詞:鋼鐵企業(yè),節(jié)能減排,雨水資源
近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)處于高速發(fā)展階段。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼鐵企業(yè)不斷采用各種先進(jìn)的工藝、技術(shù)裝備，并加強(qiáng)對(duì)用水、節(jié)水的管理，使我國(guó)鋼鐵工業(yè)用水量已從高速增長(zhǎng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛鲩L(zhǎng)。但總體而言，鋼鐵企業(yè)的用水量仍很大，水資源短缺已經(jīng)成為我國(guó)部分地區(qū)鋼鐵企業(yè)生存和發(fā)展的制約因素。
根據(jù)國(guó)家提出的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)噸鋼耗新水指標(biāo)，新建≥1000萬(wàn)噸/年的鋼廠，其噸鋼耗新水指標(biāo)應(yīng)控制在4.0m3以下；已建≥1000萬(wàn)噸/年的鋼廠，其噸鋼耗新水指標(biāo)應(yīng)控制在5.0m3以下；其余鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其噸鋼耗新水指標(biāo)應(yīng)控制在6.0m3以下；遠(yuǎn)期目標(biāo)，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的噸鋼耗新水指標(biāo)均應(yīng)控制在4.0m3以下。
隨著新水用量的日益受限，鋼鐵企業(yè)正逐步重視中水回用及雨水的回收利用。開(kāi)發(fā)利用雨水資源是鋼鐵企業(yè)擺脫有限水資源束縛、可持續(xù)發(fā)展的出路。本文從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)鋼鐵企業(yè)雨水資源應(yīng)用的前景和需要解決的問(wèn)題作了初步的分析。
1 雨水資源的特點(diǎn)
1.1 雨水資源在時(shí)程變化上存在周期性和隨機(jī)性
降雨與氣候因素關(guān)系密切，影響降雨的氣候因素有氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)等，而氣候因素具有年、季、日及多年的周期變化規(guī)律，因此雨水資源具有時(shí)程變化的周期性。冬季，我國(guó)在強(qiáng)大的西北氣流控制下，氣候寒冷干燥，全國(guó)降水量少；夏季，西南季風(fēng)和東南季風(fēng)把大量水汽帶入我國(guó)，是全國(guó)雨量最多的季節(jié)；春秋季的降水量介于冬夏季之間。
影響降雨的各因素因時(shí)空分布多變，導(dǎo)致降雨在不同時(shí)間的數(shù)量大小和時(shí)程變化在各周期是不同的，在單日或者小段時(shí)間內(nèi)，降雨具有隨機(jī)性和偶然性，因此雨水資源具有時(shí)程變化的隨機(jī)性。
1.2 雨水水量
我國(guó)全年降雨量分布從東南向西北減少。江南平原及東南沿海地區(qū)是我國(guó)降水量最多的地區(qū)，降水量為1000～2000mm，長(zhǎng)江流域?yàn)?000mm以上，黃河流域?yàn)?00mm左右，華北地區(qū)為500～600mm，東北大興安嶺以東地區(qū)為500～600mm，大興安嶺以西僅為300～500mm。
就全年的雨水總量而言，水量較大，但在鋼鐵企業(yè)實(shí)施雨水資源化的過(guò)程中，必須對(duì)降水的周期性和隨機(jī)性加以考慮。
1.3 雨水水質(zhì)
雨水是大氣降水，其本身水質(zhì)較好。雨水在降落過(guò)程中，空氣中的溶解性氣體、溶解或懸浮狀固體、重金屬及細(xì)菌等會(huì)進(jìn)入其中。但最終地面雨水中的污染物主要來(lái)自降雨對(duì)地面或建筑物頂部的沖刷。所以，地面或建筑物頂部的沉積物是雨水中污染物的主要來(lái)源。地面或建筑物頂部沉積物的組成決定著雨水污染的性質(zhì)。地面或建筑物頂部沉積物包括許多污染物，有固態(tài)廢棄物碎屑、化學(xué)藥品、車(chē)輛排放物等。具有不同土地使用功能的地面沉積物的來(lái)源不同。因此，雨水水質(zhì)會(huì)因地點(diǎn)、時(shí)間的不同而有所差異。
另外，在降雨過(guò)程中，初期雨水污染物含量較高，水質(zhì)較差；隨著降雨的延續(xù)和徑流的持續(xù)，雨水徑流的表面被不斷沖刷，雨水水質(zhì)逐步改善，污染物逐漸減少、濃度穩(wěn)定。
2 鋼鐵企業(yè)用水分析
鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中水的作用主要有：作為設(shè)備和產(chǎn)品的冷卻水、蒸汽鍋爐和蓄熱器等的原水、除塵洗滌和工藝用水（如連鑄噴霧、軋鋼除鱗等）以及直流沖渣、沖洗地坪用水等。
鋼鐵工業(yè)按用水水質(zhì)來(lái)分，可分為工業(yè)新水、純水、軟化水、生活水、回用水等。鋼鐵企業(yè)工業(yè)新水主要作為敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。純水、軟化水主要作為密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水以及鍋爐、蓄熱器等的用水。回用水主要作為沖洗地坪、場(chǎng)地灑水、設(shè)備軸封沖洗水、煤氣水封補(bǔ)水、沖渣等。工業(yè)新水通常是從天然水體（如河流、地下水等）取水后進(jìn)行處理而成的；純水、軟化水等一般是由工業(yè)新水脫鹽制取的；生活水取自市政管網(wǎng)或是自建生活水廠用工業(yè)新水進(jìn)行處理制取。回用水是收集全廠生活污水、工業(yè)廢水后進(jìn)行處理而成的。
從用水量分析來(lái)看，鋼鐵工業(yè)用水主要是工業(yè)新水用水，鋼鐵企業(yè)噸鋼新水耗水量也是指工業(yè)新水用量。如果能降低工業(yè)新水用量，提高回用水用量，可直接降低鋼鐵行業(yè)對(duì)外界的用水需求。
為實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排，鋼鐵企業(yè)將生活污水、工業(yè)廢水收集后處理制成回用水用于生產(chǎn)，但回用水含鹽量較高，無(wú)法作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。因?yàn)槿绻麑⒒赜盟苯友a(bǔ)入循環(huán)水系統(tǒng)，將使循環(huán)水被進(jìn)一步濃縮而提高了含鹽量，易造成系統(tǒng)結(jié)垢。如果將回用水全部脫鹽制成工業(yè)新水，不僅會(huì)大幅度增加成本，還會(huì)產(chǎn)生大量的濃鹽水。因此，淡水水源的缺乏已經(jīng)成為困擾鋼鐵企業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重障礙，也使得工業(yè)新水耗量進(jìn)一步降低的難度越來(lái)越大。
3 鋼鐵企業(yè)雨水系統(tǒng)的特點(diǎn)
3.1 鋼鐵企業(yè)雨水排水系統(tǒng)現(xiàn)狀
現(xiàn)新建的鋼鐵企業(yè)均采用了分流制排水體制，將雨水和生活污水、工業(yè)廢水分別在兩個(gè)以上各自獨(dú)立的管渠系統(tǒng)內(nèi)排出。老企業(yè)也通過(guò)技術(shù)改造，完成了對(duì)原有合流制排水系統(tǒng)的改造。雨水最終以重力流直排天然水體或是設(shè)置雨水排水泵房加壓后排放水體。
鋼鐵企業(yè)雨水排水系統(tǒng)收集廠區(qū)內(nèi)各工業(yè)主廠房（如煉鋼車(chē)間、軋鋼車(chē)間）屋面雨水、配套公輔站（如水處理站、空壓站、鍋爐房、制氧站、制氫站、機(jī)修車(chē)間）房屋面雨水以及整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地坪雨水排水、道路雨水排水等。
從實(shí)際情況分析，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)基本建成了一套完整而獨(dú)立的雨水排水系統(tǒng)。
3.2 鋼鐵企業(yè)雨水水質(zhì)特點(diǎn)
鋼鐵企業(yè)內(nèi)金屬粉塵相對(duì)含量較高，因此雨水中最主要的污染物是金屬粉塵產(chǎn)生的SS，污染物以無(wú)機(jī)物為主。
4 雨水資源在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用前景
4.1 從環(huán)保角度上判斷雨水資源化勢(shì)在必行
鋼鐵企業(yè)內(nèi)的建筑物、構(gòu)筑物、道路眾多，綠地的占地面積相對(duì)較小，廠區(qū)范圍內(nèi)不透水面積大，降雨產(chǎn)生的徑流量大。大量初期雨水如果直排河流，將會(huì)對(duì)河流水體構(gòu)成嚴(yán)重污染，并導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境的日趨惡化。因此將雨水作為一種優(yōu)質(zhì)的水源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用勢(shì)在必行。
4.2 從水質(zhì)上判斷雨水資源作為鋼鐵工業(yè)水源的可行性
雨水是大氣降水，其本身是淡水。因此，雖然在地面徑流的過(guò)程中受到污染，但是總體而言，作為制取工業(yè)新水的原水是非常合適的。
4.3 從水量上判斷雨水資源作為鋼鐵工業(yè)水源的可行性
按噸鋼耗新水量為5m3/t的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，年產(chǎn)鋼500萬(wàn)噸、占地3.2km2的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)年需新水量約為2500萬(wàn)m3，在不同地區(qū)的全年雨水總量為96萬(wàn)～640萬(wàn)m3，雨水總量為工業(yè)新水總需求量的3.84%～25.6%，其使用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效益十分可觀。因此，雨水資源完全可以作為鋼鐵工業(yè)水源的一部分。
4.4 從供水可靠性上判斷雨水資源作為鋼鐵工業(yè)水源的可行性
鋼鐵企業(yè)對(duì)工業(yè)用水水源的可靠性要求較高，生產(chǎn)不允許斷水。而雨水資源具有隨季節(jié)變化的特點(diǎn)。我國(guó)是一個(gè)季風(fēng)氣候明顯的國(guó)家，降水的季節(jié)分配差異較大。每年雨季降水量約占年總量的70%。就大范圍而言，一般南方雨季為4-9月，北方為6-9月。因此，從供水可靠性而言，雨水資源應(yīng)是現(xiàn)有供水水源的補(bǔ)充和備用，而不應(yīng)以雨水資源作為主要的供水水源。
4.5 判斷雨水資源作為鋼鐵工業(yè)水源的具體實(shí)施的可行性
國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)目前已經(jīng)基本建設(shè)了完整而獨(dú)立的雨水排水系統(tǒng)，因此將雨水資源收集、處理并加以利用，是具備可實(shí)施條件的。
5 雨水資源在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用的主要問(wèn)題
5.1 關(guān)于可利用的雨水量的問(wèn)題
雨水資源在實(shí)際利用時(shí)會(huì)受到許多因素的制約，如受到氣候條件、降雨季節(jié)的分配、雨水水質(zhì)情況以及建筑物或構(gòu)筑物的布局和結(jié)構(gòu)等因素的影響。因此所謂的雨水利用，主要是根據(jù)利用的目的，通過(guò)合理的規(guī)劃，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的條件下使降雨量盡可能多地轉(zhuǎn)化為可利用水量。
雨水主要有屋面、地面、綠地三種匯流介質(zhì)。在這三種匯流介質(zhì)中，地面徑流雨水水質(zhì)較差；綠地徑流雨水基本以滲透為主，可收集雨量有限；屋面雨水既便于收集利用，水質(zhì)也相對(duì)較好，其利用價(jià)值最高。
鋼鐵企業(yè)內(nèi)建有大量的工業(yè)廠房，主工藝車(chē)間的屋面面積小則幾千m2，大則十幾萬(wàn)m2。主工藝車(chē)間及附屬公輔配套站房的屋面面積一般占整個(gè)工廠占地面積的1/3以上（按建筑容積率不小于0.3考慮）。地面徑流雨水包括道路雨水和場(chǎng)地地坪雨水。隨著鋼鐵企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)管理的日益加強(qiáng)和環(huán)境的不斷改善，其道路和場(chǎng)地地坪的污染也大為減少。因此，對(duì)于鋼鐵企業(yè)的可利用雨水量應(yīng)包括屋面雨水和地面徑流雨水。但在地面徑流雨水的收集方面，也需要根據(jù)實(shí)際情況區(qū)別對(duì)待。例如對(duì)于鋼鐵企業(yè)內(nèi)的石灰窯區(qū)域的場(chǎng)地雨水應(yīng)直接排入全廠生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)。
5.2 關(guān)于初期雨水的處理問(wèn)題
初期雨水是從水質(zhì)和環(huán)境角度來(lái)講的。如果將初期雨水棄流排入天然水體就會(huì)嚴(yán)重破壞水體生態(tài)環(huán)境，而如果將初期雨水排入全廠生活污水管網(wǎng)或生產(chǎn)廢水管網(wǎng)，會(huì)給生活污水處理設(shè)施或生產(chǎn)廢水處理設(shè)施帶來(lái)較大的沖擊負(fù)荷。
鋼鐵企業(yè)的初期雨水中的污染物含量雖然可能較高，但是多為固體顆粒和無(wú)機(jī)雜質(zhì)（如氧化鐵粉塵顆粒等），經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單沉淀處理后，水質(zhì)是可以達(dá)到較好的標(biāo)準(zhǔn)的。因此，可以考慮將初期雨水引至工業(yè)新水處理設(shè)施加以處理利用。
5.3 關(guān)于雨水處理設(shè)施的問(wèn)題
由于雨水資源在時(shí)程變化上存在周期性和隨機(jī)性，因此單獨(dú)建設(shè)雨水處理設(shè)施對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言是不合適的。雨水的處理應(yīng)和廠區(qū)工業(yè)新水處理統(tǒng)一考慮。
目前國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)一般以天然水體（江河湖水）為工業(yè)水源。工業(yè)新水處理通常采用蓄凝、沉淀、過(guò)濾的處理工藝。下表是某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)工業(yè)新水處理設(shè)施原水水質(zhì)和處理后工業(yè)新水水質(zhì)對(duì)比表。鋼鐵企業(yè)雨水水質(zhì)（包括初期雨水水質(zhì)）以懸浮物為例，一般僅為幾十mg/L，因此按照下表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，雨水符合原水進(jìn)水的要求，采用工業(yè)新水處理設(shè)施處理雨水是合理的。
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5.4 雨水、工業(yè)新水、原水之間的關(guān)系
當(dāng)雨水資源作為工業(yè)新水處理設(shè)施取水的原水后，并不意味著鋼鐵企業(yè)工業(yè)新水處理設(shè)施無(wú)須再?gòu)奶烊凰w中取水，雨水資源只是作為總?cè)∷康囊徊糠帧．?dāng)雨季來(lái)臨時(shí)，大量雨水進(jìn)入工業(yè)新水處理系統(tǒng)，工業(yè)新水處理設(shè)施可以適當(dāng)減少?gòu)奶烊凰w的取水量；當(dāng)雨季結(jié)束時(shí)，工業(yè)新水處理設(shè)施仍應(yīng)按照生產(chǎn)要求從天然水體中取水。雨水、工業(yè)新水、原水三者之間存在著平衡互補(bǔ)的關(guān)系。
5.5 雨水與廠區(qū)回用水的關(guān)系
在鋼鐵企業(yè)，通常把全廠的生產(chǎn)廢水、生活污水處理后做回用水使用。由于回用水含鹽量較高，因此其用途遠(yuǎn)比工業(yè)新水的范圍小，用量也遠(yuǎn)比工業(yè)新水的用量小，另外回用水用水量波動(dòng)性較大。
從技術(shù)上講，將雨水處理用作廠區(qū)的回用水是可行的。但由于降雨量的季節(jié)波動(dòng)性和隨機(jī)性很大，如將雨水與回用水系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，會(huì)加劇回用水系統(tǒng)的波動(dòng)。在這種情況下，要使系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須增大調(diào)蓄設(shè)施。而當(dāng)雨季結(jié)束后，雨水和回用水的系統(tǒng)將無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行。因此不宜將雨水和回用水系統(tǒng)結(jié)合。
5.6 關(guān)于雨水排水系統(tǒng)管理的問(wèn)題
當(dāng)雨水成為鋼鐵企業(yè)的有效水源后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)全廠雨水排水系統(tǒng)的監(jiān)督和管理。在很多企業(yè)，雨水排水系統(tǒng)同時(shí)也會(huì)成為一個(gè)雜排水系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)雨水的資源化，應(yīng)當(dāng)杜絕將一切不符合雨水排水系統(tǒng)的排水排入雨水管網(wǎng)。具體措施如下：
（1）凡不允許直接排放的污水系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的各種水池（槽）和給排水設(shè)備均不得設(shè)置通向雨水排水系統(tǒng)的溢流管和放空管；
（2）受粉塵、油污、酸堿等污染的地坪，其沖洗水未經(jīng)處理，不應(yīng)直接排入雨水排水系統(tǒng)；
（3）在定（年）修時(shí)，有較多污水排出的設(shè)備或設(shè)施，應(yīng)設(shè)置污水收集坑（槽），其污水通過(guò)管道或槽車(chē)送往有能力進(jìn)行處理的單元進(jìn)行處理，而不應(yīng)將該部分污水排入雨水排水系統(tǒng)；
（4）專用的汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)的汽車(chē)沖洗水系統(tǒng)排污水應(yīng)送入全廠含油排水系統(tǒng)集中處理，如確有困難，無(wú)法送入時(shí)，須經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放，不能排入雨水排水系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)：
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