（环境工程专业论文）包钢（集团）公司污水再生回用工程可行性研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 包银( 集团) 公司污水再生回用工程可行性研究 专 业：环境工程 硕士生：李松汾 指导教师：彭党聪教授 朱新华教授级高工 摘要 全世界水资源紧缺和水环境污染成为主要危机。我国水资源短缺，包钢地处干旱 地区的华东六省。钢铁工业的废水排放量很大，废水中含有大量的污染物质和有害物 质，对水体环境影响较大。因此，治理钢铁工业废水，对解决水体污染，保护和节约 水资源具有重要的意义。将污水经过深度处理净化后，达到一定的水质标准，可在一 定范围内循环使用的j e 饮用水称为蒋生水。再生水资源开始在世界各国逐步得至4 重视。 包钢是五十年代建设的全国特大型钢铁联合企业之一，现已形成年产钢、铁双7 0 0 1 0 4 t 的能力。包钢位于黄河西岸，厂区生产、生活水源是黄河，取水量3 m 3 s 左右， 总排水系统汇集了厂区内各二级单位的生产废水和生活污水，水体中悬浮物、油、重 金属、酚、氰、c o d 等污染因子超标严重且有增长趋势。未经处理的总排水大量排 放，污染了黄河及昆河，尤其对在包钢总排口下游l o k m 处新建成的供包头市屣民生活 饮用水的画匠营子水源地及生活水净水厂造成极大威胁，使包头市人民的生活饮用水 的用水安全受到严重影响。因此，治理舞 放量大、污染成分复杂、水质恶劣、水质交 动幅度太的包钢总排污水，减轻包钢总排污水对黄河水的污染，开发利用废水资源， 节约水资源，保护水源地，进一步提高包钢生产用水的循环使用率及水的重复利用率， 其有重要意义。 本论文遥过对包钢用、排承现状及水质分析，确定了包钢总摊回用水的处理程度、 处理工艺及处理效果，并与回用水标准对比，找出了存在问题，目前的回用水部分用 户对水质要求高，不能直接回用。提出建议：回用水需进一步深度处理及深度处理工 艺方案并确定了技术经济评价。从技经评价可看出，包钢总排再生水的回用，不仅具 有深远的社会效益和较好的经济效益，而且实现了包钢清洁生产，减少了包钢从黄河 取水，提高了包钢工业水重复利用率，可以为包钢在扩大生产规模时提供能源保障。 笑键词；再生污水处理回用深度处理技经评价 论文类型：应用 硬安建筑科技大学硕士学位论文 a f e a s i b i l i t ys t u d yo nw a s t e w a t e rr e u s ee n g i n e e r i n go f b a o g a n gi r o na n ds t e e lc o r p o r i t i o n s p e c i a l i t y ：a r c h i t e c t u r ee n g i n e e r i n g g r a d u a t es t u d e n t ：l is o n g f e n t u t o r ：p e n gd a n g c o n gp r o f e s s o r s h o r t a g eo f w a t e rr e s o u r c ea n dp o l l u t i o no f w a t e re n v k o n m e n ti sm a i nc r i s i si nt h e w h o l ew o r l d o u rc o u n t r yb e l o n g st os h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e b a o g a n gl o c a t e si nh u a d o n g s i xp r o v i n c e so fa r i d i t y w a s t e w a t e rd r a i n e df r o m ai n d u s f i e yw i t hal o to fp o l l u t a n t s i n f l u e n c e si nw a t e rb o d ys e r i o u s l y s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt od e a lt ow a s t e w a t e rf r o ms t e e l i n d u s t r i e s d e e p l yt r e a t m e n tw a s t e w t e rw a t e rr e a c h i n gac e r t a i nq u a l i t ys t a n d a r dw h i c h r e c i r e l ei nc e r t a i n tr a n g ei sd e f i n e dr e c l a i m e dw a t e r i ti sr e g a r d e da sv e r yi m p o r t a n ta l lo f e o u n l r i e si nt h ew o r l d b a o g a n gb u i l d e di n5 0 si so n eo ft h eo v e r s i z ei r o na n ds t e e lu n i t e dc o r p o r a t i o n s ，7 m i l l i o nt o nc a p a b i l i t yo fi r o na n ds t e e lp r o d u c t i o n b a o g a n gl o c a t e sw e s th u a n g h er i v e r , t h e f a c t o r i e sp r o d u c i n ga n dl i v i n gw i t hw a t e rr e s o u r p - 七o fh u a n g h er i v e rf e t c ha b o u t3 m ? i s , t h e d r a i n i n gs y s t e r mi n f l u x e sa l lo fw a s t e w a t e rf r o me a c hs e c o n du n i t 1 1 佗p o l l u t i o ng e n e ss u c h a ss s ，o i l ，h e a v ym e t a la n dh y d y o x b e n z e u n e a n dc y a n o g e ni nt h ew a t e r b o d yo v e r t a k et h e s t a n d a r d n o tt r e a t e dt o t a ld r a i n i n gw a s t e w a t e rp o l l u t i n gh u a n g h ea n dk u n h es p e c i a l l y t h r e a t e n sw a t e r h e a do fh u a j i ac h a nl o c a t e d1 0k mb a c k w a r dt os u p p l yd r i n k i n gw a t e rf o r p e o p l ei nb a o t o u t od e c r e a s et h ep o l l u t i o no ft o t a ld r a i n i n gw a s t e w a t e rt oh u a n g h e d e v e l o pa n d r e u s et h ew a s t e w a t e ra n df u t h e r i m p r o v ec i r c u l a t i n g r a t eo fw a t e r , i t s i m p e r a t i v et ob u i l du pt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h i st h e s i sm a d es n r et ot h et o t a ld r a i n i n go fb gt or e u s et op r o c e s s i n gd e g r e eo f t h ew a t e ra n dh a n d l et h ec m f ta n dh a n d l et h er e s u l tt h r o u g hp r e s e n tc o n d i t i o no fu s i n g ， d m i m u gw a t e ra n da n a l y z i n gw a t e rq u a l i t ya n dw i 也r e c i r c l i n gt h ew a t e rs t a n d a r dc o n t r a s t ， f o u n do u tt oe x i s tt h ep r o b l e m ，r e c l a i m e dw a t e rc u r r e n t l yt or e q u e s th i g h e rt ot h ef l u i dm a t t e r w i t hp a r t so fc u s t o m e r so fw a t e r ，c a n tr e u s ed i r e c t l y p u tf o r w a r dt h es u g g e s t i o nr e c i r c l i n g w a r e rt on e e d e dt h ef u r t h e rp r o c e s s i n gd e e p i n ga n dp r o c e s s i n gd e e p l yc r a f tp r o j e c tt om a k e s u r et h ee c o n o m i ce v a l u a t i o no ft e c h n i q u e c a ns e et h r o u g ht h ee v a l u a t i o nf r o mt h e l i 西安建筑科技大学硕士学位论文 t e c h n i q u e ，b gt o t a ld r a i n i n gt h er e b i r t hi sa q u e o u so fr e u s e ，n o to n l yh a v et h ep r o f o u n d s o c i a lp e f f o r m a v , e ee n dc o m p a r el i k eo fe e o n o m i cp e r f o r m a n c e ，h u ta l s oc a r r i e do u tt ob g t os w e e pt h ep r o d u c t i o n , r e d u c et ob gt ot a k et h ew a t e rf r o mt h ey e l l o wr i v e r , r a i s et o i n d u s t r yw a t e rr e p e t i t i o nu t i l i z a t i o n ，c a l lf o rb g t op r o v i d et h ee n e r g yg u a r a n t e ew h i l ee m e n d p r o d u c t i o ns c a l e k e y w o r d ：r e c l a i m e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tr e u s i n gd c 出a gd e e p l ye c o n o m i cp e r f o r m a n c e t h e s i st y p e ：a p p l i c a t i o n 1 1 i 声明尸明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或 其他人在其他单位已申请学位或为其他用途使用过的成果。与我一同工 作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切耜关责任。 论文作者签名：本幸鼻f 弓、 日期：厕易、弓 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部内容或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名靖枷f 鸣。导师签名：。| ? o 日期：o o 口6 、多 注：请将此页附在论文酋页。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 问题的提出 水是人类生产和生活不可缺少的自然资源，是人类和一切地球生物赖以生存的资 源。水在自然力作用下进行着自然循环，滋润着自然界的生命；千百年来，人类从自 然界取水进行着人类的各种活动，人类社会得以发展和进步，水也是战略性经济资源。 但随着人口的不断增加，工农业的迅速发展，人民生活水平的逐步提高，对水的需要 量与日俱增，相应的城市污水的排放量也相应增加，加上水资源的分布不均和周期性 干旱，使水资源紧缺和水环境污染成为全世界的主要危机。 为了缓解水资源紧缺，人们首先是无节制地开发地表水，抽取河水作为城镇和农 业用水，其次就是无控制地抽吸地下水，水井深度与日俱增，造成地下水位普遍下降。 同时，由于缺乏对污水的治理，生活污水和工业废水通过河流和干涸的河道流入大海， 污染了地表水、地下水和海洋，导致其水质下降。造成水体污染的因素很多，主要有 以下方面：工业生产排放的废水：城市生活污水；农业灌溉排水；雨水将地表上的废 物冲刷，或使固体废物中有害物质溶解而流入水体：工业生产排放的烟尘直接沉降、 或被雨水淋洗而流入水体等现象都对水体造成污染 2 1 。含有各种污染物的工业废水和生 活污水排入水体后，不但使水中原有物质组成发生变化，而且污染物还参与了能量和 物质的转化及循环过程。当水中污染物的浓度超过水体的自净能力肘，就破坏了水体 的品质和用途，甚至危及生态系统；同时使水体的感官指标和水质指标大大超出了地 表水水质标准，从而影响到水资源的开发利用和人民的身体健康。使失去使用价值的 污水资源通过人为处理，满足一定功能的用水要求，可实现污水资源化【 】。因而污水资 源化成为开发新的水资源、解决水资源短缺及保护水环境的有效途径和重要对策之一。 这种将污水经过深度处理净化后，达到一定的水质标准，可在一定范围内循环使用的 非饮用水称为再生水。再生水资源开发利用可以带来明显的经济效益、可观的环境效 益和社会效益，其间接效益和长远效益更是难以估量【4 】。 再生水资源开始在世界各国逐步得到重视，是国际上公认的再生第二水源。污水 再生水水量大、水质稳定、受季节和气候影响小，就地可取。再生水使用方式很多， 按与用户的关系可分为直接使用与间接使用，直接使用又可以分为就地使用与集中使 用【5 l 。再生水的用途也很多，可用于农田灌溉、园林绿化( 公园、校园、高速公路绿带、 高尔夫球场、公墓、绿带和住宅区等) 、工业( 冷却水、锅炉水、工艺用水) 、大型 建筑冲洗以及游乐与环境( 改善湖泊、池塘、沼泽地，增大河水流量和鱼类养殖等) ， 还有消防、空调和水冲厕等市政杂用。目前，多数国家再生水的应用主要用于农田灌 西安建筑科技大学硕士学位论文 溉，以间接使用为主；日本等少数国家的再生水则主要用于城市非饮用水、城市环境 “水景观”的环境用水，以就地使用为主1 6 j 。 工业废水对水体环境的影响较大，包括冶金、化工、制药、洗煤、选矿等。在众 多工业中，钢铁工业的废水排放量很大，据统计，我国钢铁工业外排水量约占工业外 排废水量的1 0 【7 l ，且废水中含有大量的污染物质和有害物质。因此，治理钢铁工业 废水，对解决水体污染，保护和节约水资源具有重要的意义。 包头钢铁公司是全国特大型钢铁联合企业之一，现已形成年产钢、铁双7 0 0 1 0 4 t 的能力。包钢总排水系统汇集了厂区焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、检修、造纸等 工业、处( 所) 的生产废水和生活污水，由二条( 1 、2 撑) 下水主管集中到一个总排 水口排出，经昆都仑河下游排入黄河，造成水体变浊、变色，使水体中悬浮物、油、 重金属、酚、氰、c o d 等污染因子超标。如此，不仅浪费了大量的水资源，而且污染 了黄河水系及昆都仑河流域下游的地下水、土壤、农作物等。尤其对黄河昆河下游包 钢总排口下游l o k m 处新建成的供包头市昆区和青山区居民生活饮用水的画匠营子水 源地及生活水净水厂造成极大威胁，使包头市人民的生活饮用水的用水安全受到严重 影响。 近年来，随着包钢生产的发展，技术装备水平的不断提高，新建成了无缝钢管厂、 小方坯、薄板坯连铸连轧厂、二炼钢等，使工业用水量大幅度增加，同时包钢的外排 水量也有增长的趋势。 综上所述，由于总排水水量大、污染重，直接排放既污染环境水体，又浪费水资 源，对包钢总排污水治理并考虑将废水处理后循环使用，是本论文研究的主要内容。 包钢( 集团) 公司决定建设总排污水处理厂，对厂区总排废水进行治理并将处理 后水回用于生产。包钢总排水再生水回用项目的实施，实现包钢的清洁生产，提高了 包钢工业水重复利用率，为更好地利用水资源和降本增效，处理后的出水水质达到工 业回用水标准，减少黄河取水，这对于属于严重缺水的包头地区及下游，所做的贡献 是不可低估的。 本论文通过对包钢的供水、污水的分析，确定了污水处理系统的工艺设计，将总 排污水进行处理为符合生产需要的再生水，经分质分供给各用户，提出深度处理技术 方案，并对该方案进行技术经济评价，并得出结论：为减少工业污水对黄河水体的污 染，提高水的使用效率、清洁生产、合理保护水资源的目的，减少污水排放、实现钢 铁企业水资源环节的经济、环境的可持续发展。 1 2 水资源和水环境的现状 1 2 1 我国的水资源和水环境现状 西安建筑科技大学硕士学位论文 我国水资源不足，属世界上1 3 个贫水国之一，人均水资源量是世界平均水平的 1 4 i s 。我国地域广大，时空分布不均，海河、淮河、辽河、黄河流域人均水资源量约 为全国平均水平的1 5 ，海河流域包括京津两市人均水资源量仅为全国平均水平的1 7 。 据统计，我国6 0 0 余座城市有3 0 0 余座缺水，全国城市缺水6 0x1 0 督a ，因缺水而减 少的工业产值估计为1 2 0 0 亿元a 。随着天然可采水资源的不断减少，水资源紧缺问题 已制约部分地区的经济和社会发展咿j 。 虽然近年展开节约用水，但各地用水量增势强劲，加剧了水资源问题的严重性， 并且我国水环境恶化的趋势没有得到有效地遏制，全国水土流失面积3 6 7 x1 0 4 k m 2 ， 占国土面积的3 8 。根据2 0 0 0 年中国环境年鉴，中国全国污水排放总量为4 1 5 x 1 0 8 3 ( 其中c o d 排放量1 4 4 5 x1 0 4 t ) ，工业废水排放量1 9 4 1 0 8 m 3 ( c o d 排放量7 0 5 1 0 4 t ) ，城市生活污水排放量2 2 1x1 0 s m 3 ( c o d 排放量7 4 0 1 0 4 t ) 。据中国水资源 2 0 0 1 年公告提供资料，2 0 0 1 年全国废污水排放总量6 2 6 ) 1 0 8 m 3 ( 不包括火电直流冷却 水) ，其中工业废水占6 2 ，生活污水占3 8 。对全国1 2 1 万多公里河流进行水质评 估结果，i 类水河长占5 0 ，i i 类水河长占2 7 6 ，i l l 类水河长占2 8 8 ，i v 类水河 长占1 4 2 ，v 类水河长占7 8 ，劣v 类水河长占1 6 6 。2 0 0 3 年，全国工业废水 和城镇生活污水排放总量为4 6 0 1 0 8 m 3 ，排放化学需氧量( c o d ) 1 3 4 2 7 x1 0 4 t ，其中 工业污水排放量为2 1 2 4 x1 0 8 m 3 ，占总量的4 6 2 ：c o d 排放量为5 2 1 x1 0 4 t ，占总量 的3 8 4 。从以上资料可见工业污水排放量占相当大比例，进一步加剧了水资源紧缺 的矛盾【1 0 1 。 1 2 2 工业企业污水对水资源和环境的影响 工业企业在生产活动过程中，在把资源加工和转化为生产资料与生活资料，使之 造福人类的过程的同时，又向环境中排放了大量的工业污水。工业企业各行业生产过 程中排出的污水，统称为工业污水，包括生产污水、冷却水和厂区生活污水三类。按 产生污水的工业部门分，将工业污水分为以下几种：冶金工业污水、化学工业污水、 煤炭工业污水，石油工业污水、纺织工业污水、轻工业污水和食品工业污水等【l l 】【1 2 1 。 在众多的工业部门中钢铁冶金工业占据重要地位，所排放的污水特点为c o d 较高， 含重金属，毒性较大，污水偏酸性，有时含放射性废物，水量较大【1 3 】。其污染物包括 酚、氰化物、硫化物、氟化物、多环芳烃、吡啶、焦油、煤粉、重金属( h g 、a s 、p b 、 c d 、c u 、z n 、c r 等) 、酸性洗涤水、冷却水热污染、放射性污水。 冶金工业污水所排放的这些污染物对水环境产生的危害主要表现为水质恶化、降 低水体的功能等级和改变水体用途、污染饮用水源和危害人体健康等。具体为： ( 1 ) c o d 使水体黑臭，水质恶化。 ( 2 ) 污水中的重金属可以通过食物链逐级富集，所以即使水体中微量的物质也可能 西安建筑科技大学硕士学位论文 对人类产生不利的影响，造成慢性中毒或致癌。重金属引起的疾病潜伏期长，对人体 危害很大，日本的骨痛病、水俣病就是由水体中的镉、汞经过食物链而对人类造成危 害的。几种主要重金属与类金属砷的危害如下： 汞水体汞污染主要通过食物链经消化道侵入人体。汞及其化合物对人体的危害 是累积性的，当摄入量大于人体排泄能力时，汞会在体内积累。无机汞是积累在肾脏、 肝脏和脾脏中的，而有机汞则极易在脑中积累。汞中毒主要症状为神经中枢失调，如 协调动作障碍、语言障碍、步态失调、听觉和视觉障碍，最终导致全身瘫痪、吞咽困 难、痉挛以至死亡。 镉水体镉污染主要通过消化道侵入人体引起镉中毒。成年人摄取的镉超过 0 0 5 7 0 0 7 l i n g d 时，会在体内积累( 生物半衰期1 6 3 3 年) ，潜伏期一般为1 0 3 0 年 ( 最短潜伏期2 8 年) 。镉主要累积在肾脏和骨骼中，引起肾功能衰退、肾功能失调、 骨质中的钙被镉取代、骨骼软化、骨折等疾病。 铬铬化合物可通过消化道、呼吸道、皮肤和黏膜侵人人体，主要积聚在内分泌 腺、心、胰和肺中。六价铬毒性最大，三价铬毒性较小。三价铬是人体必需的微量元 素之一。有人认为六价铬毒性比三价铬大1 0 0 倍。铬中毒的主要症状是肠胃痛、肠胃功 能紊乱等。六价铬与三价铬都有致癌的潜在危险( 诱发肺癌) 。 铅铅污染主要通过消化道、其次从呼吸道和皮肤进入人体。当人体摄取的铅超 过1 0 m g d 时，会在体内积累( 生物半衰期约4 年) 。长期摄取铅，会引起慢性中毒，主 要是损害造血和心血管系统、神经系统与肾脏。对造血和心血管系统的危害表现为抑 制血红蛋白合成、溶血和血管痉挛等。 砷化物单质砷不溶于水和强酸，几乎无毒，但暴露于空气时，其表面极易氧化 为剧毒的三氧化二砷( 砒霜) 。砷主要是通过消化道、呼吸道和皮肤进入人体。砷在人 体的积蓄性强，长期持续低剂量摄入砷，其发病潜伏期为十几年甚至几十年。慢性中 毒主要表现为神经末梢症状，如四肢对称向心性感觉障碍、肌肉萎缩、头发变脆易脱 落、皮肤色素高度沉着等。五价砷较易通过肾脏排出体外，故毒性较小；三价砷易与 细胞内酶的巯基结合，毒性较大。但五价砷也能在体内逐步还原为三价砷，所以，两 者对慢性中毒影响的差异不明显。砷还能引起皮肤癌和肺癌。 ( 3 ) 无机有害物指酸、碱和氰化物、氟化物等有毒有害物质 氰化物是一类含氰基( c n - ) 的化合物，包括简单氰化物、氰配合物和有机氰化物 ( 腈) 。简单氰化物为剧毒物质，氰配合物和有机氰化物毒性较简单氰化物低。自然界 对氰化物有很强的净化作用，因此，外源氰不易在环境中积累，只有在事故排放或高 浓度持续污染且污染量超过水环境净化能力时，才能在水环境中积累、残留，构成对 人体的潜在危害。氰化物可通过消化道、呼吸道和皮肤等途径进入人体。虽然氰化物 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 对人有剧毒，进入人体可以抑制细胞呼吸，造成机体组织缺氧，形成窒息，但因氰化 物是非蓄积性毒物，人体对c 卜有较强的解毒机能，因此，由氰化物污染引起的急慢性 氰中毒事例鲜有报道。氰化物的主要工业污染源为电镀、炼焦、金属冶炼、化工、采 矿、石油化工等工业污水。 氟化物可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体。若饮用水中氟含量高于1 5 m g l 了，人对其的摄入量超过4 - - s m g d 时，会在体内蓄积引起慢性中毒。慢性氟中毒主要 表现为上呼吸道慢性炎症、骨骼和牙齿受损害( 氟骨症、牙齿酸蚀症、斑釉症) 。 ( 4 ) 无机悬浮物无机悬浮物主要指泥沙、铁屑、炉渣、煤灰等颗粒状物质。这些 物质本身没有毒性，但它们在水体中可吸附有机毒物( 如农药) 、重金属等，形成危害 更大的复合污染物，并随水流迁移，扩大污染范围。此外，悬浮物还有使水浑浊、影 响水生植物的光合作用、伤害鱼鳃和产生淤积等问题。 ( 5 ) 酸性污水污水排入水体，会使水的p h 值发生变化，破坏水体的自然缓冲作用。 当p h 值小于6 5 或大于8 5 时，会减弱水体自净能力，破坏水生生态系统，影响渔业生 产，用于农业灌溉。 ( 6 ) 热污染 水体热污染是指向水体排放废热( 如冷却水) 使水温升高的污染。水体热污染的主 要危害是水温升高后，水中溶解氧减少，水生生物代谢速率增大，增大某些污染物的 溶解度或毒性，引起某些鱼种死亡或局部水体生物群体变异。 工业污水对水体的污染还表现为降低捕鱼量、鱼种减少和鱼品质量下降，造成渔 业损失。如美国五大湖曾受多氯联苯污染，使鱼肉中多氯联苯的含量超标，失去食用 价值，经十年的治理，才使湖中的多氯联苯、d o t 和其他污染物的浓度明显降低。据统 计，目前我国有4 7 6 的河段不符合渔业用水标准，渔业生态环境恶化，水产养殖受到 严重影响。 由此可见，工业排放的污水破坏水体、破坏水生生态系统，严重污染水资源，危 害极大 。 1 2 3 包钢的水资源和水环境的现状 ( 1 ) 包钢的位置 包钢集团公司位于黄河西岸、大青山南麓，包头市西侧，东面紧邻昆都仑区，南 面、西面和北面分别为九原区的哈林格尔乡、阿嘎如泰苏木和哈业脑包乡。 ( 2 ) 包钢用、排水现状 2 0 0 2 年包钢集团公司共用水1 1 6 x1 0 8 m 3 ，其中集团主营企业用水0 6 8 x1 0 8 m 3 ， 西安建筑科技大学硕士学位论文 占总量的5 8 6 ，稀土高科用水0 0 6 1 0 8 m 3 ，占总量的5 ，2 ，综企公司用水0 2 8 1 0 8 珀3 ，占总用水量的2 4 1 ，生活用水量为0 1 4 x1 0 8 m 3 ，占总用水量的1 2 1 。 包钢集团2 0 0 2 年供水系统由三部分组成，第一部分为包钢自备水源地昭君坟水厂， 设计供水能力为2 5 6 x1 0 8 m a ，2 0 0 2 年实际供水量为1 1 1x1 0 8 m a ，占总供水量的 9 5 7 ；第二部分为自产地下水，每年供水量为0 0 5 x1 0 8 3 ，占总供水量的4 3 ； 第三部分为尾矿坝生产废水，主要提供包钢选矿厂生产循环用水，所以说，包钢用水 对黄河水源的依赖程度很高。 厂区生产、生活水源主要就是是黄河，取水量3 m 3 s 左右。取水泵站将黄河源水提 升至沉砂池，经自然沉淀后，水中悬浮物降至3 0 0 m g 以下。将自然沉淀后的黄河新 水经加压泵站，由1 7 k m 干线送至包钢厂区。 包钢总排水系统汇集了厂区各厂、处( 所) 的生活废水和生活污水，由二条( 1 # 、 2 # ) 下水主管集中到一个总排水口排出，经昆都仑河下游排入黄河。 由于黄河上游来水的水量以及水质都不够稳定，因此，包头钢铁公司的供水形势 面临着资源受限、新水和污水同样需要再处理以及生产、生活用水需求增加等矛盾。 因此，建设一套科学、合理、高效的再生水( 污水) 处理系统对保证包钢正常生产生 活以及包钢的可持续发展、保护包头地区以至于黄河流域的自然环境和水资源具有重 要意义。近十年来包钢的钢产量，厂区的生产用新水、排水量及吨钢用水、排水指标 见表1 1 。 表1 1 十年来包钢厂区生产用新水、排水量及吨钢用水、排水指标 钢产量 生产用水量排水量 年份 ( 年用水量小时用水 吨钢新水 水循环 年排水量 小时排水 吨钢排水 量( m t ( 量f m t 1 0 4 t a )r 1 0 4 m 3 a )量f m 3 1 1 )率( )量r m 3 h ) 钢1 1 0 4 m 3 a ) 钢1 1 9 9 22 7 6 0 09 7 0 5 0 9l1 0 7 8 8 74 0 1 48 6 5 65 5 0 6 6 96 2 8 6 6 92 2 7 2 1 9 9 43 0 4 0 41 0 3 3 8 8 8l1 8 0 2 3 73 8 8 28 6 7 05 5 4 5 0 86 3 3 02 0 8 2 1 9 9 64 0 5 0 01 2 1 3i 6 7i3 8 4 8 9 43 4 1 98 7 8 35 9 7 3 1 2 6 8 1 8 6 31 6 8 4 1 9 9 83 7 8 2 37 2 6 4 i8 2 9 2 3 52 i 9 29 2 0 33 4 8 6 53 9 8 0 0 2l o 5 2 2 0 0 03 9 2 4 8 7 4 8 1 1 l 8 5 4 0 0 82 1 7 6 9 1 3 74 0 6 0 8 44 6 3 5 6 61 1 8 l 从表1 1 知：十年来包钢钢产量增加了4 4 2 ，而生产用新水量下降了2 2 9 2 ， 吨钢耗新水量从4 0 1 4 m 3 下降到2 1 7 6 m 3 ( 下降了4 5 7 9 ) ；厂区排水量下降为 4 6 3 5 6 6 m 3 h ，吨钢排水量从2 2 7 2 m 3 下降到1 1 8 1 3 ( 下降了4 8 0 2 ) 。这说明十年 来包钢在节能降耗方面取得了很大成绩。 按照吨钢产品新水耗水量公式计算可知，2 0 0 2 年包钢集团吨钢新水用量为1 8 1 m 3 ， 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 宝钢与首钢的吨钢新鲜水消耗量为5 0 5 m 3 与8 5 1 m 3 ，鞍钢的吨钢新鲜水消耗量为 1 6 1m 3 ，包钢在大于4 0 0 1 0 4 t 规模炼钢联合企业中属于较低水平，与宝钢等新型钢 铁联合企业相比吨钢新鲜水消耗量相差较大。2 0 0 2 年吨钢综合用水量计算结果为 2 1 3 m 3 ，水循环利用率为9 2 。通过以上分析可知包钢集团的水资源利用效率在同等规 模的钢铁联合企业中属于中等水平，为了更好地利用水资源和降本增效，包钢工业水 重复利用率仍有较大的潜力可挖。 包头钢铁公司是五十年代建设的大型企业，由于厂区各企业的分流分治未完善， 环境保护设施不配套，包钢总排水系统汇集了厂区各单位的生产、生活排水，水体中 悬浮物、油、重金属、酚、氰、c o d 等污染因子超标严重。总排水经昆都仑河直接排入 黄河，未经处理的总排水大量排放，污染了黄河及昆河，尤其对在包钢总排口下游l o k m 处新建成的供包头市昆区和青山区居民生活饮用水的画匠营子水源地及生活水净水厂 造成极大威胁，使包头市人民的生活饮用水的用水安全受到严重影响。 ( 3 ) 包钢总排特点 包钢总排水系统汇集了厂区内烧结、焦化、冶炼、轧钢、动力、机制等各二级单 位的生产废水和生活污水，各厂排放污水中污染物均大量超标。总排口排水量随厂区 生产和用水管理的不同而变化：排水量在4 2 0 0 6 8 0 0 m 3 h ，年平均排水量为5 2 4 3 m 3 h ， 变化幅度在+ 1 5 8 。水质成分十分复杂且含量不稳定，废水有时呈黑灰色，有时呈黄 色，有异味。悬浮物含量一般在i 2 6 4 5 0 m g ，年均值2 1 3 2 7 5 r a g 1 ；c o d 一般在5 4 3 2 0 m g 1 ，年均值在1 0 0 1 4 9 m g 1 ；油一般在1 7 1 4 9 m g 1 ，年均值在6 0 7 3 m g 1 。 包钢从投产以来，虽然对各厂排出的废水进行了一些分流分治，总排污水的污染 有一定程度的减轻，但由于各厂排水处理系统存在工艺落后、设备陈旧、治理设施不 配套、操作管理不完善等原因，总排污水仍然超标排放。 因此，治理排放量大、污染成分复杂、水质恶劣、水质变动幅度大的包钢总排污 水并且回用，对解决黄河水体污染，提高水的重复利用率，降低吨钢耗水量节约水资 源具有重要意义，另外由它所带来的环境效益、社会效益、经济效益则具有更深远的 意义。 1 3 再生水回用研究现状 1 3 1 国外现状及发展水平 对一个城市，特别是以工业为主的大城市而言，工业用水量占用水总量8 0 以上。 工业用水的水质要求既需要高质量的，也需要一些质量较低的，例如大量的冷却用水。 因此回用水重点应该放在量大、质量要求不高的工业用水。其次是农业用水、地下水 西安建筑科技大学硕士学位论文 回灌，再其次则是城市的杂用水、景观、绿化等方面。许多缺水国家已经建立了污水 回用工程。污水回用归纳起来有三个层次：第一，大型污水处理厂二级出水作为城市 用水水源：第二，小区内( 例如一个工业区、居民区) 的污水收集处理，并在小区内 回用：第三，在建筑物内部的回用【l ”。 据有关资料介绍，美国废水再生回用范围非常广泛，涉及农业、景观、工业、回 灌地下水等方面，而在日本，由于国土狭小，人口众多，人均年降水量仅为世界平均 降水量的1 5 ，水资源严重缺乏，因此再生水资源利用起步较早，日本废水再生回用的 主要目标是将再生水用于居民区、商业区和学校杂用，包括用于厕所冲洗、绿化灌溉、 娱乐性湖泊、美化环境。下面选择以色列、美国、日本等几个比较典型的国家，介绍 其污水回用的发展状况，从而对世界范围内污水回用的发展程度也就有了一个基本的 了解。 ( 1 ) 回用于工业 当前，工业废水再生技术越来越受到各国的重视。在美国、英国、瑞士、以色列 等国家，多年来在工业废水再生回用技术方面已积累了丰富的经验，利用量也相当大， 解决或部分解决了由于水源不足限制城市和工业发展的需要，收到了良好的社会和经 济效益。 早在1 9 5 0 年，美国污水研究者俱乐部就利用模型进行了污水深度处理试验研究， 1 9 6 5 年将其成果用于加利福尼亚的南塔湖污水处理厂，处理能力达2 8 4 0 0 m a d 。目前， 美国城市污水回用量达2 6 0 x1 0 4 m 3 d ，其中6 2 的再生水用于农业灌溉，3 0 用于工业， 其余用于城市设施和地下水回灌。经典的工程范例有：马里兰州巴尔的摩市的伯利恒 钢铁厂自1 9 7 1 将处理后的城市污水作为冷却水，回用水量达1 4 8 x1 0 8 m 3 a ，用水量最 高达7 6 x1 0 4 0 3 d ，自建成以来一直稳定运行，说明城市污水回用于工业是稳定可靠的； 加州橘子县的海水入侵屏障工程将城市污水经过二级处理后，再经化学净化、氨解析、 混合滤料过滤、活性炭过滤、氯化、反渗透等处理后注入地下水层，这表明人工控制 海水入侵是可行的。美国亚利桑那州帕洛弗迪核电站污水回用冷却水，水量达1 2 1 7 x1 0 8 m 3 a 。 ( 2 ) 回用于农业 众所周知，以色列是一个水资源极度贫乏的国家，因此污水已经成为该国重要的 水资源之一。目前，以色列1 0 0 的生活污水和7 2 的城市污水得到了回用。现有2 0 0 多个污水回用工程，规模最小为2 7 m 3 d ，最大为2 0 x1 0 4 3 d ，处理后的污水4 2 用于 农灌、3 0 用于地下水回灌，其余用于工业及市政建设等。全国的1 2 7 座污水库与其他 水源联合调控，统一使用。年利用污水2 6 1 0 8 m 3 ，占总用水量1 6 。污水资源给以色 列带来了极大的经济效益，不仅实现了全国粮食自给，而且还将棉花、花生等出口到 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 了欧洲【l “。以色列处理过程为：城市污水的收集一传输到处理中心一处理一季节性储 存一输到用户一使用及安全处置。在回用方式上，包括小型社区的就地回用，中等规 模城镇和大城市的区域级回用【i ”。 美国加州是一个农业发达大州，污水回用于农田灌溉；德克萨斯州干旱缺水，污 水处理厂二级出水主要用于地下回灌。实践证明，地下回灌是解决地区水资源短缺、 缓解和控制地下水位下降、防止地面沉降的有效措旌。 日本9 0 年代初，日本在全国范围内对污水回用的可行性进行了深入研究，在严重 缺水地区大力推广污水回用技术。日本的污水回用对象主要有两个：一是河道景观用 水，二是工业用水。 ( 3 ) 回用于城市杂用水 日本国内并不缺水，但是它创造了中水道系统，在建筑物内设置双供水系统。日 本早在1 9 6 2 年开始回用污水，七十年代初见规模。室内可用于冲厕，室外则可用于绿 化、消防、冲洗马路等多个方面。1 9 8 5 1 9 9 6 年用再生的污水排放在城市河流中，复 活了1 5 0 余条小河。在1 9 9 1 年日本的“造水计划”中，明确将污水回用技术作为最主 要的研究内容加以资助，开发了很多污水深度处理工艺，在新型脱氮除磷技术、膜分 离技术、膜生物反应器技术等方面取得了很大进展。 美国的城镇污水处理设施已经非常完善，城市二级污水处理厂已得到1 0 0 普及， 城镇污水回用已进入大规模生产应用阶段，尤其是在气候干旱的中西部地区。佛罗里 达州s t p e t e r s b u r g 城被认为是美国城市污水回用的先驱。该城建成了世界上最大的 城市污水回用系统( 污水回用价格为自来水4 0 ) ：将二级污水处理厂改造成三级处 理厂，建成回用水管网，将净化后的再生水用于工业冷却、草地浇灌、建筑中水和消 防，剩余的回用水通过深井注入地下含盐水层。佛罗里达州的圣彼得堡，是美国唯一 完全实现污水循环的大城市，它利用了自己产生的全部污水，不向周围河湖排放任何 污水，这个城市有两套配水系统，一套系统输送新鲜淡水供饮用和家庭用水，另一套 系统输送中水用于灌溉公园、绿地、草坪、供高尔夫球场以及清洗车辆等其它用水标 准较低的地方。美国污水回用最典型的城市是洛杉矶，当地水资源贫乏，历来依靠外 调水以满足不断增长的用水需求，由于昂贵的建设费用与环境压力，扩建新水源异常 困难，污水回用成为弥补水资源供需缺口的重要方法【l “。 1 3 2 国外钢铁企业污水再生回用的发展状况 在钢铁企业中，污染负荷较大的废水是高炉煤气洗涤水、轧钢氧化铁皮冲洗水、 焦化含酚氰废水、转炉烟气洗涤水等。一般高炉煤气洗涤水和转炉烟气洗涤水主要采 用混凝沉淀的工艺进行处理，轧钢氧化铁皮冲洗水采用混凝沉淀或沉淀加磁过滤的工 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 艺处理；而焦化含酚氰废水中含有较难降解有机污染物，治理难度很大，一直是钢铁 企业废水治理的重点【1 9 】。 表1 2国外回用水应用实例 类型位置处理方式 用途 工业 g e y s e r sr e c h a r g e 加利 氧化塘处理补充发电地热用水 福尼亚州 m o b i l er e f i n e r y 。加利 工q l ,石灰软化、过滤冷却用水 福尼亚州 工业新加坡微滤、反渗透、紫外线消毒微电子高纯水 工业 m o b i l er e f i n e r y ，加利 石灰软化、过滤冷却用水 福尼亚州 工业 新加坡微滤、反渗透、紫外线消毒微屯子高纯水 w e s tb a s i n , 加利福尼 多级流程：( 1 ) 过滤和高度消非限制性灌溉用水、工业冷却 城镇非饮用水毒( 2 ) 微滤和反渗透( 3 ) 生用水、防止海水入侵的屏障用 亚州 物曝气过滤水 s a n t am o n i c a , 加剩福 城镇非饮用水微滤和紫外线消毒非限制性灌溉用水 尼亚州 j a c k s o n v i l l e , 佛罗里达 城镇非饮用水过滤和高度消毒非限制性灌溉用水 州 城镇非饮用水l a e i 弗吉尼亚州过滤和高度消毒非限制性灌溉用水 石灰、过滤、离子交换( 脱 非接饮用水丹直佛，科罗拉多州 氨) 、活性炭或反渗透、消补充地表水供给 毒 g w i o e t tc o u n t y , 佐治一级和二级处理( 硝化) 、 非直接饮用水补充地表水供给 亚州石灰、过滤、臭氧、活性炭 非直接饮用水新加坡微滤、反渗透、紫外线消毒补充地表水供给 据资料介绍，国外高炉煤气洗涤水的处理大多采用自然沉淀或混凝沉淀的办法进 行处理。例如：美国的阿姆科公司和扬斯顿钢板钢管公司、前苏联的日丹诺夫列宁工 厂、日本加古川钢铁厂和福山钢铁厂、英国钢铁公司比尔斯通厂的高炉煤气洗涤水均 采用自然沉淀法处理。其共同点是高炉煤气洗涤废水靠重力排入沉淀池或浓缩池中沉 淀出固体物质，上清液经冷却塔冷却后循环使用，出水中s s 含量小于8 5 m g 1 ，循环率 一般在9 5 以上。 德国蒂森钢铁公司和鲁奇公司的高炉煤气洗涤水采用曝气一混凝沉淀法处理。高 炉煤气洗涤水进入沉淀池之前，通过曝气将水中游离c o 。吹脱，使溶解在水中的碳酸盐 析出，在沉淀池中一并去除。这种方法有利于高炉煤气洗涤水的水质稳定，可减缓高 炉煤气洗涤水系统的结垢。 对于轧钢氧化铁皮冲洗水，由于水中悬浮物( 氧化铁皮) 带有磁性，可采用