一种电炉短流程钢铁厂水处理及废水零排放工艺

摘要

本发明属于短流程钢铁厂循环水及废水处理领域，涉及一种电炉短流程钢铁厂水处理及废水零排放工艺，本发明采用电炉炼钢‑连铸‑轧钢‑配套公辅所需的循环水及废水回用集中处理的设计方法，将全厂所有工艺设备所需的间接冷却水处理系统、直接冷却水处理系统、污泥处理系统、废水处理及回用集中至厂内合理的位置统一处理。各循环系统采用自动排污及串级给水，循环系统排污水就近处理，浓盐水二次反渗透减量处理后回用至电炉炉渣处理及电炉除尘灰加湿，实现了废水零排放。本发明在缩短水处理工艺流程、提高水资源的重复利用、实现废水零排放、节约用地、实现全厂集中控制等方面优势明显，适于在城市或工业园区内的钢铁厂水处理新建、改造项目。

说明书

技术领域

本发明属于短流程钢铁厂循环水及废水处理领域，涉及一种电炉短流程钢铁厂水处理及废水零排放工艺。

背景技术

短流程钢厂是指以废钢为主要原料，仅有电炉-连铸-连轧相结合的紧凑型钢材生产工艺流程，是相对于常规的以铁矿石为主要原料包含采矿-原料场-烧结-球团-焦化-炼铁-炼钢-连铸-轧钢长流程生产工艺而言的。近年来，由于铁矿石原料的短缺、废钢市场的逐渐成熟，我国步入大规模应用废钢的时期，电炉炼钢短流程钢厂以其总投资低、建设周期短、效率高、适应性强等方面的明显优势，成为钢铁生产的主要流程之一，也更受中小型民营钢厂及城市钢厂的青睐。然而，用地的限制、人力短缺、环保要求也对短流程钢厂在节能、环保、集控与智能化等方面提出了更高的要求。因此，合理利用场地、优化物流路线、节省各种介质管线、减少污染物质的排放、提高水资源的利用率是短流程钢厂急需解决的问题。

水作为钢铁厂必不可少的的辅助能源之一，在生产过程中起着举足轻重的作用，主要用于工艺用水、清洗用水、冷却用水，其中用于工艺设备的冷却用水量最大，约占总用水量的90％以上。一般的钢厂由于用水量较大，对水的品质要求也高，均会建设一套自成体系的给排水系统，主要包括中央水处理厂、全厂管网及单元循环水处理3个板块。其中中央水处理厂主要负责生产新水制备、生活用水制备、高品质水(软水、除盐水、纯水等)制备、废水处理及回用；单元循环水处理通常根据各工艺设备的用水需求及水被使用后受到的污染程度，制定相应的降温、除油、除杂质的水处理工艺，使大量的水能循环使用，从而起到满足工艺使用要求又节约用水的目的，通常情况下，循环水系统分单元分散设置，比如炼铁、炼钢、轧钢均在各自区域单独设置循环水系统。全厂给排水管网主要有生产新水给水管网、消防水给水管网、生活水给水管网、软水给水管网、回用水给水管网、浓盐水给水管网、生产排水管网、生活排水管网、雨排水管网以及特殊废水管网等，各钢厂由于用水及排水制度的不同略有区别。

因此，常规钢厂的给排水设施是个分散复杂而庞大的系统，由于系统比较分散，操作人员无法兼顾，人力成本也一直居高一下。各单元之间也难以实现系统间的水量平衡。生产废水的收集路线长、废水流行过程中增加不少污染，同时由于用户分散，废水回用的输送成本也高。最重要的是分散的水处理系统，给全厂集中控制及正在蓬勃发展的智能化也带来了诸多挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电炉短流程钢铁厂水处理及废水零排放工艺，用于电炉短流程钢厂水处理系统设计，提高水资源的重复利用率，实现废水零排放，同时为水处理集中控制及智能化提供硬件支持。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电炉短流程钢铁厂水处理及废水零排放工艺，包括间接冷却水系统、直接冷却水系统、污泥处理系统、废水处理及回用系统；间接冷却水系统包括除盐水系统和净循环水系统，除盐水系统主要供连铸机结晶器冷却用水设一组供水泵供结晶器冷却使用，回水利用余压上闭式冷却器冷却后再用泵加压送用户循环使用；净循环水系统按供水压力不同集中设2组供水泵，一组供电炉、LF及连铸设备间接冷却水使用，另一组供轧钢液压系统、轧机电机、除尘设施、空压站、制氧站使用，各用水处共用一根回水管，冷却后流入冷水池，再用泵加压循环使用；净循环系统设2路补水，一路为外来新水，一路为废水处理回用的除盐水；直接冷却水系统收集连铸、轧钢设备直接冷却水，经铁皮沟收集至一个一级沉淀池，一级沉淀池处理后用泵加压送承压式一体化处理装置或高速过滤进行二级处理去除水中的悬浮物质及油类，处理后的水利用余压上冷却塔冷却后存入冷水池，再用泵加压送用户循环使用，二级处理排污的泥浆水送污泥处理系统处理，直接冷却水系统设置自动排污，排污水排入废水处理及回用系统进行处理。

可选的，废水处理及回用系统包括预处理系统及深度处理系统，预处理系统包括沉淀池及多介质过滤器，排污水直接进入机械搅拌澄清池，并在此投加混凝剂、助凝剂，使水中的悬浮物形成大的矾花，在澄清池中沉淀得以去除；沉淀后的出水依靠重力进入中间水池，经过泵提升后进入多介质过滤器，滤后水送至深度处理系统。

可选的，机械搅拌澄清池底部排泥由污泥排放泵送至污泥处理系统处理。

可选的，深度处理系统采用“超滤+反渗透”工艺，其产水大部分供给除盐水循环水补水及余热锅炉汽化冷却补水，剩余补入净循环水系统；废水反渗透产生的浓水采用浓水反渗透进一步处理，产水进入除盐水池；浓水反渗透产生的浓水采用SW反渗透进一步浓缩，产水进入除盐水池，最终产生的浓水送至电炉渣处理、除尘灰处理用户回用消纳。

可选的，污泥处理系统包括泥浆调节池及离心脱水机，排污泥水由泥浆调节池收集，再用泵送离心脱水机及压榨机脱水，脱水后的干污泥存入料仓，脱水机的冲洗水及滤液自流至滤液池，自流或用泵送一次沉淀池再处理。

可选的，净循环水系统按供水压力不同集中设2组供水泵，一组用户设计压力0.5MPa，供供电炉、LF及连铸设备间接冷却水使用，另一组泵的设计压力为0.35MPa，供轧钢液压系统、轧机电机、除尘设施、空压站、制氧站使用。

可选的，废水深度处理产品出水满足连铸除盐水系统的补水要求，当直接冷却水系统排污量不能满足除盐水产水要求时，需向中间水池补充生产新水，以实现全厂水量平衡。

可选的，供水泵、冷却设施风机采用变频调速电机，系统根据生产的要求、环境温度的变化自动调节供水量、供水温度；用户进口、冷却塔上塔及旁通管道设置电动调节阀，并且所有阀门均有开度显示并在HMI画面显示；用电设备的电流、温度、振动、泄露等运行数据设有实时监测点。

可选的，设有智能加药装置，可根据循环水质、水量、管道腐蚀程度自动投加相适应的杀菌灭藻剂、缓蚀阻垢剂；循环水水质稳定药剂带有示踪剂，可实时监测循环水中药剂的浓度。

本发明的有益效果在于：

本发明第一方面提供一种电炉短流程钢厂水处理设计方法，包括将所有工艺设备所需的间接冷却水处理系统、直接冷却水处理系统、污泥处理系统、废水处理及回用集中至厂内合理的位置统一处理。各循环系统采用自动排污及串级给水，循环系统排污水就近处理回用。

所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺打破了传统的钢铁厂根据不同的主体工艺单元分别设置水处理系统的限制，在全厂范围内集中设置一处水处理中心，该水处理中心涵盖了炼钢-连铸-轧钢各主体工艺所需的循环水处理、生产废水处理及回用。

本发明第二方面提供一种电炉短流程钢厂废水零排放处理方法，包括循环系统排污废水就地处理预处理系统、超滤系统、反渗透系统、深度处理产品水回用系统、深度处理浓盐水反渗透及SW(海水或苦咸水反渗透膜)反渗透处理系统、最终浓盐水处置系统；所述废水预处理仅需设置机械搅拌澄清池、中间水池及提升泵站、多介质过滤单元，无需设置格栅、调节池及一级提升泵站；所述废水深度处理系统采用“超滤+反渗透”工艺，其产水大部分供给连铸除盐水循环系统补水，剩余补入生产新水系统；所述废水反渗透产生的浓水采用浓水反渗透进一步处理，产水进入除盐水池；浓水反渗透产生的浓水采用SW反渗透进一步浓缩，产水进入除盐水池，最终产生的浓水送至电炉渣处理、电炉除尘灰处理等用户回用消纳，实现生产废水零排放

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的整体布置示意图；

图2为间接冷却水系统处理工艺流程；

图3为直接冷却水系统处理工艺流程；

图4为生产废水预处理工艺流程图；

图5为废水深度处理工艺流程图；

图6为污泥处理工艺流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图6，本发明第一方面提供一种电炉短流程钢厂水处理设计方法，包括将所有工艺设备所需的间接冷却水处理系统、直接冷却水处理系统、污泥处理系统、废水处理及回用集中至厂内合理的位置统一处理。各循环系统采用自动排污及串级给水，循环系统排污水就近处理回用。

所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺打破了传统的钢铁厂根据不同的主体工艺单元分别设置水处理系统的限制，在全厂范围内集中设置一处水处理中心，该水处理中心涵盖了炼钢-连铸-轧钢各主体工艺所需的循环水处理、生产废水处理及回用。

可选地，所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺适用于短流程钢厂水处理，优选为仅含炼钢-连铸-轧钢工艺或仅含炼钢-连铸工艺的新建钢厂水处理设计；所述工艺优选适用单条生产线，布置紧凑，且铸坯生产规模≤300万吨/年；所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺仅需从厂外接入一路补水，厂内所需的高品质水由水处理中心制备，并将系统产生的废水在厂内消耗，实现废水零排放。

所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺将电炉炼钢、连铸、轧钢、配套的制氧及空压站设备间接冷却水集中建一套间接冷却水系统，并根据用户对压力的要求，共设置2组供用户的水泵及管路，回水管、冷却塔、间接冷却水的冷水池等设施共用。所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺间接冷却水系统根据间接冷却水系统补水、间冷循环水供水水质调整净环系统的浓缩倍数，使间接冷却水系统能根据循环水质自动补水及排污，间冷系统的排污水作为直接冷却水系统的补水。

可选地，所述工艺补水管、循环水供水管设有水位、流量、压力、水温、水质(SS、全硬度、碱度、PH、电导率、含油)在线监测，可在HMI画面上实时查询相关数据；所述工艺主要供水泵、冷却设施风机采用变频调速电机，系统能根据生产的要求、环境温度的变化自动调节供水量、供水温度；所述工艺在主要用户进口、冷却塔上塔及旁通管道设置电动调节阀，并且所有阀门均有开度显示并在HMI画面显示；所述工艺用电设备(如水泵及电机)的电流、温度、振动、泄露等运行数据设有实时监测点，为建立设备故障智能自检及预判提供前提条件，减少人工巡检，提供工作效率。

所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺直接冷却水系统根据设定的沿平衡模型，根据接收的间冷系统的排污水含盐量、补充新水的含盐量，以及直接冷却水系统的蒸发量，计算直接冷却水系统的盐平衡，从而实现直接冷却水系统的自动排污。

可选地，循环水水质稳定设有智能加药装置，可根据循环水质、水量、管道腐蚀程度自动投加相适应的杀菌灭藻剂、缓蚀阻垢剂等；循环水水质稳定药剂带有示踪剂，可实时监测循环水中药剂的浓度；建立完整的循环水处理系统水力模型，对生产状态进行模拟，并能进行能耗分析及事故预判；建立统一的数据平台，水处理系统数据与工艺生产数据实时共享与互通，水处理系统与工艺生产、环境条件无边界协同。

所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺连铸、轧钢设备直接冷却水集中设置一套直接冷却水处理设施，其特征还包括如下技术特征中的至少一个：连铸铸坯二次喷淋冷却水及设备直接冷却水、轧钢设备直接冷却水先回至各自的铁皮沟，再汇集到连铸、轧钢浊环回水总铁皮沟；浊环回水总铁皮沟的水自流入集中设置于连铸与轧钢厂房之间的铁皮坑或旋流沉淀池进行一次沉淀；直接冷却水供水泵组根据用户压力设有连铸二冷喷淋供水泵、轧钢高压浊环水供水泵、轧钢低压浊环水供水泵，冲渣水供水泵、一次沉淀水提升泵分别设置一组供连铸、轧钢共同使用。

所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺一次沉淀旋流沉淀池或铁皮沟处理后的上清液用泵加压至承压式浊环水一体化处理装置或高速双滤料过滤器进行处理，处理后的水利用余压上冷却塔冷却，冷却后的水存入冷水池，一次沉淀与冷水池中间不设水池及加压环节，其特征还包括如下技术特征中的至少一个：

可选地，一次沉淀铁皮坑的设计表面负荷不＞10.0m

可选地，承压式浊环水一体化处理装置排出的污泥排入污泥处理系统、高速过滤器反洗水、滤液返回一次沉淀池再处理；所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺直接冷却水系统接收间冷系统的全部排污水，并根据在线检测的新水补水、间冷系统排污水水质，调整直接冷却水系统的浓缩倍数，设定直接冷却水系统排污水质限值，使直接冷却水系统根据循环水水质自动排污。所述电炉短流程钢铁厂水处理设计方法及废水零排放工艺全厂仅设一处污泥处理设施，统一处理循环水系统、废水预处理系统产生的污泥。

可选地，污泥脱水采用可连续工作的离心脱水机，可带压榨或烘干装置；污泥脱水采用可连续工作的带式压滤机；承压式一体化排出的泥浆水不进行浓缩，直接进污泥脱水设备脱水；污泥处理系统自动运行，无人值守。

本发明第二方面提供一种电炉短流程钢厂废水零排放处理方法，包括循环系统排污废水就地处理预处理系统、超滤系统、反渗透系统、深度处理产品水回用系统、深度处理浓盐水反渗透及SW(海水或苦咸水反渗透膜)反渗透处理系统、最终浓盐水处置系统；所述废水预处理仅需设置机械搅拌澄清池、中间水池及提升泵站、多介质过滤单元，无需设置格栅、调节池及一级提升泵站；所述废水深度处理系统采用“超滤+反渗透”工艺，其产水大部分供给连铸除盐水循环系统补水，剩余补入生产新水系统；所述废水反渗透产生的浓水采用浓水反渗透进一步处理，产水进入除盐水池；浓水反渗透产生的浓水采用SW反渗透进一步浓缩，产水进入除盐水池，最终产生的浓水送至电炉渣处理、电炉除尘灰处理等用户回用消纳，实现生产废水零排放；所述SW反渗透产生的浓盐水设置调节池储存，不设置提升泵站及管网，定时或根据电炉渣、电炉除尘灰处理系统的需求用罐车送至用户使用。

可选地，废水深度处理产品出水满足连铸除盐水系统的补水要求，当直接冷却水系统排污量不能满足除盐水产水要求时，需向中间水池补充生产新水，以实现全厂水量平衡。此种情况时浓盐水可选择不进行SW反渗透处理。

本发明包括间接冷却水系统、直接冷却水系统、污泥处理系统、废水处理及回用系统。采用上述工艺流程进行电炉短流程钢厂水处理及废水零排放设计的具体步骤包括：

1)间接冷却水系统：间接冷却水系统分为除盐水系统和净循环水系统。除盐水系统主要供连铸机结晶器冷却用水，系统设一组供水泵供结晶器冷却使用，回水利用余压上闭式冷却器冷却后再用泵加压送用户循环使用。系统损失的水量通过稳压罐，由废处理回用的除盐水补充。设备间接冷却水净环水系统按供水压力不同集中设2组供水泵，一组泵的用户设计压力为0.5MPa，供电炉、LF及连铸设备间接冷却水使用，另一组泵的设计压力为0.35MPa，供轧钢液压系统、轧机电机、除尘设施、空压站、制氧站等用户使用，水泵出水总管设流量及压力检测，各用户处设流量检测及流量调节措施，调节水量分配，各用户回水共用一根回水总管、回水经过一组冷却塔冷却后存入冷水池，再用泵加压送用户循环使用。净循环系统设2路补水，一路为外来新水，一路为废水处理回用的除盐水。并优先消能废水处理回用的除盐水。净循环系统设置自动排污，且排污水串级使用，作为直接冷却水系统的补水。

2)直接冷却水系统：连铸、轧钢设备直接冷却水经过铁皮沟收集至一个一级沉淀池(铁皮坑或旋流沉淀池)，一级沉淀池处理后的水用泵加压送承压式一体化处理装置或高速过滤进行二级处理去除水中的悬浮物质及油类，处理后的水利用余压上冷却塔冷却后存入冷水池，再用泵加压送用户循环使用。二级处理排污的泥浆水送污泥处理系统处理。直接冷却水系统设置自动排污，排污水排入废水处理及回用系统进行处理。

3)废水预处理：由于直接冷却水系统排污有压，排污水直接进入机械搅拌澄清池，并在此投加混凝剂、助凝剂，使水中的悬浮物形成大的矾花，在澄清池中沉淀得以去除。沉淀后的出水依靠重力进入中间水池，经过泵提升后进入多介质过滤器，滤后水送至深度处理系统进一步处理。

机械搅拌澄清池底部排泥由污泥排放泵送至污泥处理系统处理；多介质过滤器反洗水回流至废水调节池。。

4)废水深度处理：废水经过预处理设施处理后，送深度处理系统进一步处理。深度处理系统采用“超滤+反渗透”工艺，其产水大部分供给除盐水循环水补水及余热锅炉汽化冷却补水，剩余补入净循环水系统；废水反渗透产生的浓水采用浓水反渗透进一步处理，产水进入除盐水池；浓水反渗透产生的浓水采用SW反渗透进一步浓缩，产水进入除盐水池，最终产生的浓水送至电炉渣处理、除尘灰处理等用户回用消纳，实现生产废水零排放。

5)污泥处理系统：本系统主要处理来自净环旁通过滤器的反洗排水、浊环一体化处理装置排泥浆水、废水预处理机械搅拌澄清池底部排泥水。上述排污泥水由泥浆调节池收集，再用泵送离心脱水机及压榨机脱水，脱水后的干污泥存入料仓，用汽车运走综合利用。脱水机的冲洗水及滤液自流至滤液池，自流或用泵送一次沉淀池再处理。

实施例1

某产能为135万吨/年的电炉短流程钢厂水处理设计参数如下：

间接冷却水系统：10550m

直接冷却水系统：9800m3/h

废水处理及回用设计规模：80m

污泥处理系统：平均每天处理干污泥量为5.14t。

循环系统重复利用率：98％

吨钢耗新水量：1.45m

水处理总占地:9600㎡。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。