钢铁企业全流程废水资源化利用及节水减排

智能管控集成技术体系

这个技术成果是一个基于我国大型钢铁联合企业废水处理及资源化利用技术模式，涵盖了钢铁企业分质供排水及污废水回用安全保障技术、水网络水质水量平衡集成优化技术、用排水全过程精细化管理技术、钢铁企业水处理全流程控制专家系统等创新技术的集成体系。

课题组创新研发了钢铁企业水处理全流程控制专家系统。

课题组将计算机、网络技术与工业水系统自动控制反馈调节技术、水系统水质变化趋势预判技术、水质运行状态判定算法、全流程多因子水平衡优化技术相结合，开发出包括循环水处理运行管理模块及给排水系统平衡优化管理模块的自动化、智能化专家管理系统。

这些系统使当前的水处理工作状态及其变化趋势可视化，对水系统运行不良趋势进行预警和报警，对当前问题和全厂水系统优化状况进行诊断并提出解决预案，实现现场水处理运行的精细化管理，提高循环冷却水系统运行浓缩倍数，降低水处理运行成本。

课题组在国际上首次将水质水量优化平衡技术从用水过程拓展到涵盖水源选择、原水处理、用水处理、污水处理及回用的全生命用水周期，创新研发出全流程多因子水平衡优化设计算法。

这项技术能够指导钢铁企业提高水的重复利用率，减少供水及排水量，达到技术经济的优化平衡。

课题组还研发了以多流向强化澄清工艺为核心的钢铁企业综合污水处理与回用成套技术。

这个成套技术针对钢铁企业总排口综合污水，以加强预处理为基础，以自主知识产权技术多流向强化澄清器和V型滤池为核心，以反渗透膜法脱盐进行深度处理并辅以回用水含盐量控制技术，最终回用于工业循环冷却水系统作为补充水。其主体工艺占地面积仅为常规工艺的1/2左右，工程投资仅为国外同类设备2/3。这项技术可使钢铁企业污水减排率达到80%以上，吨钢新水用量下降率达20%以上。

课题组还研发了钢铁企业分质供排水及污废水回用安全保障技术。

课题组研发了不同钢铁企业用、排水的水平衡技术模式，依据模式进行分质供、排水。利用自主研发的YJ-305X、YJ-103X、YJ80X等系列水质稳定药剂及相应循环水水质控制技术可使循环水含盐量达到5000mg/L左右、总硬1000mg/L（以CaCO3计）左右，保障回用水安全的用于钢铁企业的净环冷却水系统。

这项技术在攀钢集团西昌钢钒有限公司水处理过程控制运营服务项目中进行了示范。示范工程水处理总规模为201.9万m3/d。示范运营部分节约新水量达937 m3/h，节约新水比例59.14%。通过技术成果中相应技术与管理手段的应用，全厂循环水系统运行浓缩倍率控制在不低于3.5；将工业新水用量从建厂之初的8万m3/d，降低到2017年的5.5万m3/d，降低了31%；全厂总排口没有污水外排。

这项技术在国内钢铁企业推广应用3项，并在TPCO美国德克萨斯州项目、马来西亚马中关丹产业园350万吨钢铁项目等海外项目中进行了推广应用，总产值超7亿元。

国家水体污染控制与治理科技重大专项（以下简称“水专项”）在“十二五”期间做出大幅削减钢铁冶金行业废水排放量并强化废水资源化利用的战略安排。由中冶建筑研究总院有限公司牵头，联合中国科学院过程工程研究所、北京国环清华环境工程设计研究院有限公司、北京林业大学等单位，共同承担了水专项课题“重点流域冶金废水处理与回用技术产业化”（2013ZX07209-001）。

课题聚焦冶金废水3个最关键的技术领域进行创新开发：一是钢铁企业总排口污水集中处理回用；二是难降解的焦化污水深度处理资源化利用；三是贯穿钢铁冶金工业生产全过程的用水、排水全流程综合管控以节约用水、减少废水排放。

这三个技术领域抓住了钢铁冶金行业在废水处理与资源化利用方面的重点和技术短板：以贯穿钢铁工业生产用水、排水全过程的清洁生产、循环经济为技术导向，综合统筹占企业用水85%以上的循环水处理回用及其智能化管理调控、并围绕重污染的焦化污水处理回用等关键问题进行创新研发并推广应用，将极大促进全行业在节约新水用量、大幅降低污废水的排放、提高企业水重复利用率方面的技术进步。

经过几年的技术攻关，课题完成了多项具有自主知识产权的关键装备及材料的产业化、系列化开发，形成了钢铁企业节水减排全流程智能管控集成技术体系、焦化废水处理关键设备与产品规模化制备等两项钢铁行业节水减排、废水资源化利用领域的重要标志性成果，对于钢铁联合企业各工序极限水平衡优化及智能运行管理、废水处理及资源化利用具有很强指导意义，为我国现阶段钢铁行业节能及节水减排工作提供了关键技术手段并指出了发展方向。

课题组还组建了冶金工业废水处理及资源化产业技术创新战略联盟，并获批建设钢铁工业环境保护国家重点实验室，为今后的钢铁行业废水处理及资源化利用技术进步打下了良好的基础。

攻克焦化污水预处理和深度处理难关

开发焦化废水处理关键设备并实现产品规模化制备

基于“十一五”水专项已研发出的焦化废水处理关键技术的研究基础，“十二五”期间，课题组继续研发核心关键设备与产品进行规模化制备，为焦化废水处理技术的推广应用提供了技术支撑。

高通量蒸氨过程精馏关键设备

针对煤化工废水的组成特点，课题组成功研发出了高通量、低阻降、高分离效率、操作弹性大和抗结垢新型组合塔内件，很好地解决了传统蒸氨塔在煤化工废水处理应用中出现的抗堵塞、高分离效率和操作弹性之间的矛盾，利用模拟软件对精馏脱氨过程进行量化设计，大大提高设计精度。课题组还建设了可进行脱氨塔数据模拟优化、塔内件结垢优化及三维可视化应用、系统自动控制等的蒸氨塔设备优化平台一套。

臭氧催化氧化深度处理关键设备与催化剂

含难降解有机污染物的工业废水，危害程度高，治理难度大。针对此技术瓶颈，课题组研发了高效非均相催化臭氧氧化催化剂，可提高污染物的去除效率，且不产生二次污染。同时，建立催化氧化设备中臭氧、水、催化剂的溶解与化学反应模型，对催化氧化塔进行优化设计，以实现臭氧利用率的大幅提高及催化剂更换周期的延长。在前期开发催化剂的基础上，课题实现了新一代碳基臭氧氧化催化剂的研发与规模应用，并且大规模制备的催化剂保持较高活性，稳定性高，可稳定使用3年以上。另外，通过气液传质模拟，调整臭氧氧化塔设计参数，实现了增强气液传质效率、提高废水处理的效果。在优化条件下，催化臭氧化设备可稳定运行，且当催化臭氧化进水COD在100 mg/L以上时，臭氧效率不低于1 gCOD/g O3，吨水成本不高于2元。

焦化废水生化出水通过臭氧催化设备，出水满足《辽宁省污水综合排放标准》（DB 211627-2008）一级标准和《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）要求。

高效混凝脱氰药剂

现有絮凝剂对有机污染物以及氰化物去除能力有限，造成出水COD和氰化物难以满足新标准的要求。高效脱氰剂是以复配絮凝剂为基础，再添加不同脱氰助剂，通过协同作用，共同完成氰化物的高效沉淀去除。完成高效脱氰脱色混凝药剂的筛选及应用放大，脱氰药剂高效、连续运行，脱氰混凝药剂氰化物去除率大于90%，COD去除率比传统药剂至少增加20%以上，出水满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）要求。完成脱氰药剂规模制备中试平台搭建。

这项技术在武汉平煤武钢联合焦化公司酚氰废水提标改造工程项目中进行了工程示范。项目采用中科院过程所研发的臭氧非均相催化氧化技术，旨在对前端“预处理+生化处理+混凝沉淀”工艺后的出水进一步处理，设计水量规模达480m3/h，深度处理工艺流程为“多介质过滤-催化臭氧氧化-曝气生物滤池”。目前项目已实现稳定运行三年。处理后出水COD、总氰、苯并芘浓度、色度分别为<50 mg/L、<0.2 mg/L和、<0.03 μg/L和＜20倍，并回用于焖渣。这个项目实施后，每年处理污水400万立方米，消减COD为334吨/年，节水200万吨/年，减少了污染物排放量。

自2014年12月起，课题组分别将臭氧催化氧化深度处理关键技术推广应用于国内多家焦化废水系统改造工程，每年为企业实现废水回用130.5万立方米，COD减排139.2吨，总氰减排1.4吨，苯并芘减排20.8公斤。 王海东