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鋼鐵廠的水資源管理

 鋼鐵廠的每個車間都在使用水，實際上水的所有功能在鋼鐵廠都得到了利用。在鋼鐵廠，水被用于工藝和傳熱目的；而工藝中的水損失是不可避免的（蒸發(fā)、漂移），為了環(huán)境、能源效率、改善操作和經(jīng)濟(jì)原因，還有進(jìn)一步改善水使用的余地。

鋼鐵廠的用水量差別很大，取決于水的可用性、采用的技術(shù)、設(shè)備和設(shè)備的年齡和狀況、工藝的種類以及設(shè)備的操作程序。在綜合鋼鐵廠中，水的循環(huán)利用也有很大的差異。 水的可用性是決定回收率的主要因素之一。鋼鐵廠的水消耗主要是通過蒸發(fā)、從冷卻塔噴出或融入產(chǎn)品中。

在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中使用的各種水的術(shù)語如下：

工藝水 - 它是與最終產(chǎn)品或與納入最終產(chǎn)品的材料接觸的水。

冷卻水 - 它是專門用于冷卻目的的水。

鍋爐給水 - 它是引入鍋爐以轉(zhuǎn)換為蒸汽的水。

衛(wèi)生和服務(wù)水 - 它是用于飲用、淋浴、一般清潔和沖洗廢物的水。

進(jìn)水 - 是指從水源地抽到鋼鐵廠的水。

補(bǔ)水 - 它是添加到水系統(tǒng)的水，以補(bǔ)償水的損失。

循環(huán)水 - 它是在水系統(tǒng)內(nèi)的封閉循環(huán)中重新使用的水，通常在水處理后。

出水 - 是指從水系統(tǒng)中排出的水。

消耗性用水 - 是指因蒸發(fā)或融入產(chǎn)品而損失的水。

總用水量 - 它是等于化妝水加上系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水的水。

其他用途的水 - 它是用于灰塵控制、車間地面清洗、園藝等的水。

鋼鐵廠的大部分用水是用于冷卻、保護(hù)設(shè)備和改善員工的工作條件。少量但仍然相當(dāng)多的水被用作工藝水，用于鐵礦石的選礦、原氣（焦?fàn)t氣、高爐氣和轉(zhuǎn)爐氣）的凈化、焦炭和礦渣的淬火以及鋼鐵的除銹等。工藝水也被用作化學(xué)處理的一部分，如酸性酸洗的溶劑、軋制乳劑的基體、清洗、脫脂或沖洗鋼板表面等。工藝水也用于電化學(xué)處理，如電鍍鋅或鍍錫。少量的水被用于鍋爐給水和衛(wèi)生及服務(wù)用水。用于粉塵控制的水被歸類為其他用途。

不同鋼鐵廠的用水量差別很大。這種巨大差異取決于水的獲取，主要由地理位置和當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)決定。一項對鋼鐵廠的全球調(diào)查顯示，輸入水的數(shù)字從1到超過148累積/噸粗鋼不等，排放水的數(shù)字從1到145累積/噸粗鋼。補(bǔ)給水的需求取決于設(shè)備的水處理和再循環(huán)設(shè)施，通常在每噸粗鋼2到4立方之間。

水管理有很多方面對鋼鐵行業(yè)很重要。以下是這些方面。

水作為熱傳導(dǎo)的媒介，因此與能源效率有關(guān)

水的來源，在質(zhì)量和數(shù)量方面

水處理和循環(huán)，循環(huán)系統(tǒng)

水的平衡和水流圖

與水有關(guān)的成本

水的質(zhì)量水平取決于其使用的過程

水處理技術(shù)的發(fā)展

出水（生物需氧量、化學(xué)需氧量和懸浮固體等）的趨勢正朝著更高的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

水軟化需要在每個工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化

水的使用會產(chǎn)生特定的健康和安全問題以及環(huán)境問題

水是淤泥和鹽水的主要組成部分，這引起了具體的處理問題，因為不經(jīng)處理的填埋越來越少，即使是臨時性的。

盡管水對鋼鐵廠有巨大的重要性，但水的使用方式和鋼鐵廠的生產(chǎn)過程一樣沒有標(biāo)準(zhǔn)化。在每個特定情況下，沒有 "一刀切 "的策略或技術(shù)來使用水。當(dāng)然，每個鋼鐵廠都對自己的用水情況有更深入的了解，通常向監(jiān)管機(jī)構(gòu)報告，以證明符合法規(guī)和設(shè)備運(yùn)營許可的要求。

水處理技術(shù)在不斷發(fā)展，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的目標(biāo)也在不斷收緊。這種趨勢可能會在未來繼續(xù)下去。

一些鋼鐵廠的水凈化策略通常是將不同來源的廢水混合在一起，這在水排放的質(zhì)量和處理成本方面可能不如一個具體的、更有針對性的、逐案處理的方式有效。

水工業(yè)方面的技術(shù)包括各種水的前處理和后處理技術(shù)，即化學(xué)（有機(jī)、無機(jī)、生物化學(xué)）、物理學(xué)（膜等）、生物學(xué)、電解、高溫工藝等。盡管這些技術(shù)都不是新技術(shù)，但它們一直在定期進(jìn)步。這些技術(shù)可以有效地應(yīng)用于鋼鐵廠，以適應(yīng)基于環(huán)境的法規(guī)和減少水的成本。

在鋼鐵廠和水行業(yè)之間有必要進(jìn)行良好的努力和合作，以發(fā)展創(chuàng)新的伙伴關(guān)系，從而在鋼鐵廠持續(xù)保持最高水平的有效水管理。有六個問題被認(rèn)為對鋼鐵廠和水行業(yè)都很關(guān)鍵。這些問題描述如下：

為鋼鐵廠制定工藝流程圖 - 工藝流程圖是一個工藝流程的示意圖，顯示設(shè)備、進(jìn)出設(shè)備的水流和主要的工藝控制。這些流被編號，每條流的體積和質(zhì)量流量以及物理和化學(xué)特性都被標(biāo)明。還顯示了與水處理廠有關(guān)的處置流。每條水流的方向都被標(biāo)明，提供的信息有：（i）工作條件下的流速，單位為kg/h；（ii）工作條件下的流速，單位為com/h；（iii）工作溫度，單位為攝氏度；（iv）工作壓力，單位為bar（絕對）；工作條件下的密度，單位為kg/cum；（v）動態(tài)粘度，單位為mPa.s；以及（vi）污染物濃度，單位為mg/l。制定工藝流程圖的重點(diǎn)是建立元素、質(zhì)量和能量的質(zhì)量平衡，描述綜合鋼鐵廠水網(wǎng)的運(yùn)行情況，深入到每個工藝的水平和不同車間之間的關(guān)系。這也應(yīng)該包括測量定義完整水系統(tǒng)的所有關(guān)鍵參數(shù)的程序。 有了關(guān)鍵參數(shù)的測量，在需要的地方進(jìn)行控制就變得更容易。一個典型的初步水流量圖如圖1所示。

圖1 典型的初步水流量圖

當(dāng)前水處理技術(shù)的選擇--鋼鐵廠管理部門和水務(wù)行業(yè)都必須考慮將智能制造和工藝集成方法應(yīng)用于鋼鐵廠水系統(tǒng)的設(shè)計，特別要關(guān)注現(xiàn)有設(shè)施的翻新，以實現(xiàn)改進(jìn)水管理。

將水作為能量傳輸介質(zhì)的新技術(shù)概念，同時將能量破壞降至最低--水正被廣泛用于冷卻溫度有時高達(dá)2000攝氏度的工藝，以管理其平穩(wěn)、可靠、快速、大批量的運(yùn)行，并保護(hù)設(shè)備的完整性。今天使用的冷卻技術(shù)代表了現(xiàn)代工程所提供的一些最先進(jìn)的技術(shù)。然而，其缺點(diǎn)是產(chǎn)生低溫水或低壓蒸汽，其能量比熱源的能量低很多。為了更好地管理水，鋼鐵廠和水工業(yè)必須尋找突破性的概念，以執(zhí)行同樣苛刻的功能，并有保存能源的額外限制，從而回收更高質(zhì)量的能源用于其他用途。

從廢水、鹽水和淤泥中回收產(chǎn)品和資源--鋼鐵廠的含水殘留物來自很多工藝車間，在安全和水質(zhì)方面要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑴?zhǔn)備排放，而一些主要是固體的殘留物會留下較高濃度的工藝產(chǎn)生的輔助元素。在法規(guī)推動下，再利用和循環(huán)作為節(jié)約資源的一般原則，根據(jù)新的法規(guī)和不斷出現(xiàn)的新處理技術(shù)重新審視目前的做法，是使設(shè)備實踐與社會目標(biāo)持續(xù)一致的合理步驟。當(dāng)然，有些水流可能表現(xiàn)出如此低的濃度，對其進(jìn)行處理目前可能沒有經(jīng)濟(jì)意義，但新的概念必然會出現(xiàn)。

能源和水流量的同時優(yōu)化 - 夾層分析原則上是優(yōu)化水或能源流量的有力工具，盡管它們在鋼鐵廠的應(yīng)用仍處于起步階段。同時優(yōu)化這兩種流量，并將這一概念進(jìn)一步擴(kuò)展到其他環(huán)境流量（影響），構(gòu)成了一個相當(dāng)新的多標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化原則，任何鋼鐵廠都需要進(jìn)行開發(fā)。

利用廢熱作為分離技術(shù)的驅(qū)動力--這里提出的方法是尋找廢物和水處理之間的積極協(xié)同作用，例如利用未回收的高溫?zé)崃縼砀稍镂勰唷?目前，它還處于非常原始的階段，創(chuàng)新的方法將來自于同時解決這兩個問題。