Управление водными ресурсами и контроль загрязнения на металлургическом заводе

Управление водными ресурсами и контроль за загрязнением окружающей среды на сталелитейном заводе

Вода является важнейшим ресурсом, который необходим для производства железа и стали на сталелитейном заводе. Дешевая и доступная вода на протяжении веков была производственной полезностью, которую сталелитейная промышленность воспринимала как должное. Но в нынешнем сценарии водные ресурсы становятся все более дефицитными из-за растущего дисбаланса между наличием и потреблением пресной воды, поэтому доступ к чистой и безопасной пресной воде стал одной из основных проблем современного общества.

Потребность в воде продолжает расти из-за (i) роста населения и миграции в подверженные засухе регионы, (ii) быстрого промышленного развития и увеличения потребления воды на душу населения, и (iii) изменения климата, приводящего к изменению погодных условий в населенных пунктах. . Это привело к тому, что сталелитейная промышленность вступила в новую эру нехватки воды. Кроме того, за последние три десятилетия во всем мире возросла озабоченность по поводу загрязнения окружающей среды, что привело к принятию более строгих экологических норм. Поскольку в будущем существует угроза нехватки водных ресурсов, сталелитейная промышленность изменила свой подход к водной стратегии и политике в сторону сокращения потребления пресной воды.

Поскольку доступность и качество пресной воды представляют собой серьезную проблему, управление водными ресурсами является важной проблемой, стоящей перед руководством сталелитейного завода, и она решается для повышения устойчивости производственного цикла. Воду, как и сталь, можно использовать повторно и перерабатывать. Однако увеличение рециркуляции воды после очистки и охлаждения может привести к снижению качества воды. Следовательно, металлургический завод должен постоянно совершенствовать технологии очистки для снижения потребления воды. Кроме того, проблемы, связанные с водой (например, доступность, сезонная нехватка, конкуренция с другими пользователями) зависят от местоположения станции, важно иметь местный подход и индивидуальное решение. Жизненный цикл воды показан на рис. 1.

Рис. 1. Жизненный цикл воды

На металлургическом заводе используется большое количество воды. Однако потребляемое количество невелико, так как большая часть воды повторно используется или возвращается в источник. Большая часть потребляемой воды испаряется, и около 90 % (в среднем 88 % на комбинате и 94 % на комбинате с ЭДП) сбрасывается после очистки и/или охлаждения и часто используется другими коммунальными предприятиями. Вода, не потребляемая на сталеплавильном заводе, очищается, охлаждается и возвращается в источник. Вода, возвращаемая в реки и другие источники, часто бывает чище, чем при заборе водозаборным насосом.

Металлургический завод включает в себя ряд процессов, начиная от подготовки сырья и заканчивая прокаткой готовой стали. Для всех этих процессов нужна вода. При использовании в этих процессах вода загрязняется загрязняющими веществами в различных количествах и концентрациях. Типичная потребность в воде в различных процессах на сталелитейных заводах широко варьируется между сталелитейными заводами и может варьироваться от 20 кубических метров на тонну сырой стали до 150 кубических метров на тонну сырой стали. Насосные мощности для такого количества воды необходимы для функционирования различных процессов на металлургическом заводе. Водопотребление считается как забор воды за вычетом расхода воды. Общий расход воды зависит от водоочистных и рециркуляционных установок на сталелитейном заводе и обычно находится в диапазоне от 1,5 кубических метров на тонну сырой стали до 4 кубических метров на тонну сырой стали.

Металлургический завод использует огромное количество пресной воды для различных целей, включая охлаждение, пылеподавление, очистку, регулирование температуры (термообработку), транспортировку отходов (золы, шлама, окалины и т. д.) и других целей. Вода является неотъемлемой частью некоторых процессов на металлургическом заводе, таких как добавление воды для контроля содержания влаги в шихте коксующегося угля, окомкование агломерационной смеси, изготовление сырых окатышей при производстве железорудных окатышей, производство пара и, следовательно, электроэнергии. , гранулирование доменного шлака и т. д. Использование большого количества воды также приводит к образованию значительного количества сточных вод, которые необходимо очищать перед сбросом.

Поскольку на сталелитейном заводе используется большое количество воды, любое технологическое усовершенствование технологии охлаждения, приводящее к небольшому процентному сокращению потребления воды, может сэкономить большое количество воды в естественной среде и свести к минимуму потребление воды. след. Важно искать пути и технологии, позволяющие минимизировать водопотребление в сталелитейной промышленности.

Водный след – это новая концепция, позволяющая количественно оценить потребление пресной воды. Методология водного следа была введена Hoekstra в качестве индикатора выделения пресной воды с целью количественной оценки и картирования косвенного использования воды и демонстрации актуальности вовлечения потребителей и производителей в цепочках поставок в управление водными ресурсами.

Стратегии управления водными ресурсами помогают металлургическим заводам восстанавливать, повторно использовать и/или перерабатывать воду, что, в свою очередь, может обеспечить значительную экономию средств за счет минимизации потребности в заборной воде и уменьшения объемов сброса. Управление водными ресурсами на интегрированном металлургическом заводе в первую очередь зависит от местных условий, наличия воды и нормативных требований.

В последнее время управление водными ресурсами стало одной из самых важных частей устойчивой стали. Рациональное управление водными ресурсами очень важно для управления сталелитейным заводом, поскольку вода имеет важное значение для общества. Руководству сталелитейного завода необходимо серьезно отнестись к управлению водными ресурсами. Руководство должно постоянно оценивать, как лучше всего использовать воду, и находить улучшения как в ее сохранении, так и в ее повторном использовании.

Как и в случае со сталью, вода может быть повторно использована и переработана. Это повышает эффективность использования воды и снижает ее потребность, а также стоимость. За счет увеличения рециркуляции воды и каскадного использования воды от более высокого к более низкому качеству можно значительно сократить использование и потребление воды на сталелитейном заводе. Однако перед внедрением какой-либо системы управления повторным использованием воды необходимо учитывать потенциальное увеличение потребления энергии.

Самый эффективный способ уменьшить потребление воды — это повторное ее использование. Обычно это включает очистку и охлаждение потока воды между каждым использованием. Некоторые из этих обработок, такие как охлаждение, требуют больших затрат энергии и могут привести к увеличению расхода воды из-за повышенного испарения. Необходимые дополнительные процессы всегда почти противоречат целям снижения потребления энергии, что означает более высокие выбросы двуокиси углерода. Следовательно, необходимо комплексно оценивать эффективность повторного использования воды, принимая во внимание все экологические аспекты.

Следовательно, энергоэффективность является очень важным аспектом управления водными ресурсами на сталелитейном заводе. Меры по снижению водопотребления должны сочетаться с использованием энергоэффективных насосов и установок по утилизации тепла. Энергоэффективные насосы означают, что меньше энергии требуется для забора воды, водоподготовки и циркуляции воды. Кроме того, эффективность использования воды должна учитывать фактическое потребление, то есть разницу в заборе и сбросе (того же или лучшего качества), а также аспекты доступности и влияние на другие категории ресурсов сталелитейного завода, такие как энергия. Кроме того, повторное использование воды в высокотемпературной промышленности, такой как сталелитейный завод, может увеличить потребление воды.

Потребление воды на сталелитейном заводе варьируется в очень широких пределах и зависит от нескольких факторов, таких как (i) наличие воды, (ii) используемая технология, (iii) возраст и состояние завода и оборудования, (iv) типы производства. процессы и (v) заводские эксплуатационные процедуры. Три основных фактора, которые имеют решающее значение для эффективного управления водными ресурсами, — это (i) качество подпиточной воды, (ii) климатические условия в месте расположения металлургического завода и (iii) нормативные требования.

Основными проблемами, связанными с водой, которые влияют на управление водными ресурсами на сталелитейном заводе, являются (i) качество необходимой технологической воды (ii) качество сточных вод, (iii) повторное использование воды и минимизация ее потребления, (iv) загрязняющие вещества в вода, (v) внедрение новых технологий управления водными ресурсами и (vi) внедрение технологий очистки сточных вод и их рентабельность.

Поскольку из-за повышенного потребления, потребности в дополнительной энергии и необходимости обработки/утилизации образующихся побочных продуктов крайне важно применять целостный подход, учитывающий все экологические аспекты, при рассмотрении вопроса о внедрении различных технологий сокращения и очистки воды с целью добиться нулевого сброса сточных вод. Следовательно, крайне важно иметь целостное представление об общем воздействии на водные ресурсы. На рис. 2 показан целостный подход к управлению водными ресурсами.

Рис. 2. Целостный подход к управлению водными ресурсами

Использование воды

Вода имеет множество применений на металлургическом заводе, и качество воды, необходимое для каждого вида использования, также различается. Далее могут быть сквозные системы и могут быть системы как с частичной, так и с полной рециркуляцией воды.

Большая часть воды на металлургическом заводе используется для охлаждения, защиты оборудования и улучшения условий труда на рабочих местах. Меньшее, но все же значительное количество воды используется в качестве технической воды. Небольшое количество воды используется в качестве питательной воды для котлов, а также для хозяйственно-бытовых нужд.

Вода используется не только для охлаждения, но и для других целей. Существуют различные качества воды, необходимые для удовлетворения потребностей в воде в различных местах завода. Кроме того, пресная вода в основном используется для технологических процессов и прямого и непрямого охлаждения, а морская вода обычно используется для однократного охлаждения после предварительной обработки против обрастания. Использование пресной воды обычно считается показателем эффективности. При прямом охлаждении вода контактирует с материалом и оборудованием, а при непрямом охлаждении вода не контактирует с материалом или оборудованием.

Морская вода в основном используется для прямоточного охлаждения без предварительной или доочистки. Он не вступает в контакт с материалом или оборудованием. Пресная вода в основном используется для технологических процессов и охлаждения. Он вступает в контакт с материалом и оборудованием и обрабатывается перед повторным использованием или сбросом. Ниже приведены основные виды использования воды на металлургическом заводе.

• Вода необходима для технологических нужд. Примерами являются регулирование влажности угольной шихты, мокрое тушение кокса, добавление в аглошихту для окомкования в окомковательном барабане, распыление воды на колошник доменной печи (ДП) для регулирования температуры колошника, грануляция жидкого доменного шлака, разливка чушек, непрерывная разливка. , удаление окалины со стали перед горячей прокаткой, поточная термообработка и регулирование температуры в станах горячей прокатки и регулирование концентрации травильной кислоты и т.д.
• Вода используется для кондиционирования материалов для облегчения обработки и транспортировки. Примерами являются транспортировка окалины при непрерывном литье и горячей прокатке, добавление воды в сырье для пылеподавления при его транспортировке и хранении, приготовление шлама для трубопроводного транспорта, транспортировка золы-уноса в золоотстойник и ее хранение там и т. д.
• Различные газы, образующиеся в ходе различных процессов, охлаждаются, очищаются и кондиционируются водой.
• Вода используется для передачи тепла. Различное оборудование, валки и кожух печей охлаждаются водой. Для этой цели используются как прямые, так и непрямые методы охлаждения.
• Для производства пара для технологических нужд и производства электроэнергии требуется деминерализованная вода.
• Вода используется для разного охлаждения, например, печи и огнеупоры охлаждаются водой перед началом ремонта и/или замены футеровки. Просыпи металла и шлака перед транспортировкой охлаждают водой.
• Растворы на водной основе, сыпучие массы и глины нуждаются в воде в определенных количествах.
• В процессах очистки сточных вод и воды требуется добавление воды для эффективной очистки и лучшей реакции. Вода также необходима для нейтрализации кислых стоков.
• Вода используется для очистки и мытья цехов, чтобы можно было убрать осевшую пыль на цехах.
• Электрощитовые и туннели проветриваются влажным воздухом, для чего используются водяные распылители.
• Вода используется для пожаротушения на сталелитейном заводе. Вода также используется для питья, кулера, столовых и умывальников.
• Заводы по производству стали должны поддерживать озеленение внутри завода с целью защиты окружающей среды. Для этого занятия нужна вода.

Схема потока воды и термины, используемые для воды

Схема потока воды на сталелитейном заводе показана на рис. 3. Термины, используемые для различных типов воды на диаграмме, описаны ниже.

Рис. 3. Схема потока воды сталелитейного завода

Забор воды – Это вода, откачиваемая из водоема на водозаборной насосной и подаваемая в систему водоснабжения металлургического завода.

Подпиточная вода – Это вода, которая добавляется в систему водоснабжения. Подпиточная вода часто требуется в системах с оборотной водой. Это та вода, которая добавляется в систему, чтобы компенсировать воду, (i) потерянную в процессе, (ii) потерянную при испарении и (iii) потерянную из-за утечек.

Техническая вода – Это вода, которая вступает в контакт с конечным продуктом или с материалами, включенными в конечный продукт. Технологическая вода в широком смысле включает потоки, которые вступают в контакт с сырьем или конечными продуктами производства стали или становятся частью конечного продукта. Существует множество применений технологической воды, включая физическое разделение компонентов руды, закалку, удаление окалины, цинкование и гальваническое покрытие. Техническая вода также входит в состав растворителей, кислот и эмульсий, используемых для очистки, обезжиривания и ополаскивания стальных поверхностей.

Охлаждающая вода – Это вода, которая используется исключительно для охлаждения. Охлаждающая вода относится к потокам, которые используются для отвода избыточного тепла от стальных изделий и связанного с ними оборудования. Охлаждение составляет большую часть воды, используемой на сталелитейном заводе, и включает контактное охлаждение в процессах горячей и холодной прокатки, охлаждение и локализацию отходящих газов, охлаждение печей и печей и другие применения.

Количество воды, забираемой и сбрасываемой предприятием, значительно варьируется в зависимости от типа используемой системы охлаждения. Прямоточные системы охлаждения потребляют больше всего воды, в то время как рециркуляционные системы сохраняют почти всю воду для повторяющихся циклов охлаждения.

Деминерализованная вода – Деминерализованная вода – это та вода, из которой удалены минеральные вещества. Деминерализованная вода также используется в качестве питательной воды для котлов. Процесс деминерализации обычно проводится, когда вода должна использоваться для химических процессов, а присутствующие минералы могут мешать другим химическим веществам. В процессе деминерализации вода смягчается за счет удаления нежелательных минералов. Деминерализованная вода имеет более высокую проводимость, чем деионизированная вода.

Питающая вода котла – В качестве питательной воды для котлов используется деминерализованная вода. Питательная вода для котлов используется для производства технологического пара, используемого для питания многих процессов, связанных с производством стали. Котлы используются для производства энергии для технологического нагрева и охлаждения, а также для питания систем механического привода и систем контроля давления. Бойлерам требуются высокие стандарты качества воды, чтобы обеспечить безопасную работу в условиях их типично высокой температуры и давления. Однако при надлежащей предварительной очистке воду из различных источников можно повторно использовать в качестве подпиточной воды для котлов.

Вода для пожаротушения – Это вода, используемая для тушения пожаров на сталелитейном заводе.

Мягкая вода – Мягкая вода – это вода с низкой концентрацией ионов, в частности с низким содержанием ионов кальция и магния. Этот термин используется для описания воды, полученной в результате процесса умягчения воды. Мягкая вода также может содержать повышенный уровень ионов натрия и бикарбоната. Мягкая вода не образует кальциевых отложений в системах водяного отопления и непрямого водяного охлаждения.

Сточные воды – Это сточные воды, сбрасываемые из системы водоснабжения. Сточные воды завода сбрасываются в систему утилизации отходов. Однако внутри завода сточные воды из одного блока могут использоваться в качестве забора для другого блока. В большинстве мест количество потребленной воды очень трудно определить, и обычно его принимают за разницу между забором и сбросом или оценивают оператором станции. В прямоточных системах стоки обычно не измеряются.

Бытовая вода – Она также известна как санитарная вода и используется для питья и умывальников.

Техническая вода – Это вода, используемая для генеральной уборки цеха, подавления пыли, смывания отходов и т. д.

Другое использование воды – Другое использование воды – это такое использование воды, которое не охвачено вышеприведенными заголовками. Примерами других применений являются вода, используемая в вентиляционных системах, транспортировка отходов, таких как навозная жижа, садоводство и т. д.

Загрязнители в сточных водах

Управление водными ресурсами на сталелитейном заводе очень важно для его успешной работы, поскольку для его работы требуется большое количество воды. В процессе работы станции эта вода загрязняется. Очень трудно отделить контроль загрязнения воды от управления водными ресурсами на заводе. Хорошее управление водными ресурсами ведет к уменьшению контроля загрязнения воды, в то время как контроль загрязнения воды требует хорошего управления водными ресурсами. Надлежащее управление водными ресурсами требует нулевого или минимального сброса воды с завода. Это достигается за счет внедрения сложных систем водоподготовки для рециркуляции воды. Это снижает потребление воды, поскольку снижается потребность в подпиточной воде. Это также снижает загрязнение воды, поскольку сброс воды с границы завода становится нулевым или незначительным. Кроме того, это снижает необходимость и затраты на очистку загрязненной воды перед ее сбросом за пределы завода. В сточных водах присутствуют следующие загрязняющие вещества.

• Коллоидные и взвешенные твердые частицы — рудная и флюсовая мелочь, окалина, песок, зольная пыль, угольная и коксовая мелочь и т. д.
• Температура и тепло — охлаждающая вода, продувка котла и т. д.
• Масла — масла для прокатных станов, смазочные материалы, гидравлические масла, закалочные масла, мазуты, растворители, гудрон и смола и т. д.
• Химикаты – к ним относятся травильный раствор, кислый шлам, каустическая промывка, известь, отработанный аммиачный щелок, продувка котлов, токсичные химикаты и т. д.
• Санитарные отходы — отходы из столовой, душевых, раздевалок, туалетов и т. д.

Сброс сточных вод без очистки вызывает загрязнение водоемов в месте сброса, поэтому необходима соответствующая очистка сточных вод перед их сбросом с металлургического завода. Ниже приведены некоторые из основных методов, обычно используемых для очистки сточных вод.

• Отстойники. Для осаждения взвешенных твердых частиц используется обычный процесс отстаивания в прямоугольных или круглых резервуарах. Что касается выходов, иногда используется флокуляция. Отвод шлама осуществляется с помощью насосов или с помощью крана с грейфером.
• Для удаления взвешенных частиц очень мелкого и разного размера загустители, осветлители и осветлители используются по отдельности или в комбинации. Коагулянты, такие как квасцы, хлорид железа, сульфаты железа и полиэлектролиты, используются для коагуляции взвешенных веществ.
• Для отвода тепла и снижения температуры. Горячая вода очищается в прудах-охладителях, брызгальных бассейнах или градирнях.
• Нейтрализация. Значение pH сточных вод должно поддерживаться в пределах от 6,5 до 7,5. Для этого кислая вода с низкими значениями pH обрабатывается щелочами, а щелочная вода с высокими значениями pH обрабатывается кислотами.
• Сточные воды, содержащие масла. Для сбора масел из сточных вод используется обычный процесс естественной флотации и скимминга. Сбор обезжиренного масла осуществляется мобильными желобами.
• Сточные воды коксовых печей с высокой биологической потребностью в кислороде (БПК) очищаются либо в капельных фильтрах, либо с помощью процесса активного ила. Процесс активного ила с расширенной аэрацией более эффективен для снижения значений БПК. Для правильного микробного разложения сточные воды коксовых печей нуждаются в добавлении фосфора, чтобы сделать их сбалансированными по питательным веществам. Если доступны неочищенные сточные воды, то добавление этих сточных вод помогает в процессе активного ила.

Типичная технологическая схема обработки осадка показана на рис. 4.

Рис. 4 Технологическая схема обработки осадка