雨污聯合排水系統在鋼鐵企業的應用研究

雨污聯合排水系統在鋼鐵企業的應用研究

金亞飚

(上海寶鋼工程技術有限公司 上海 201900)

摘要 雨水作為一種重要的淡水資源，已經日益受到鋼鐵企業的重視。開發利用雨水資源是鋼鐵企業擺脫有限水資源束縛、可持續發展的重要出路之一。雨污聯合排水系統是實現雨水資源利用的重要手段。本文對雨污聯合排水系統在鋼鐵企業的應用作了初步的分析，供參考。

關鍵詞 鋼鐵企業；雨污聯合排水系統；應用

Discussion about the applications of mixture drainage system of rain water and waste water in the iron and steel enterprises

jinyabiao

(SHANGHAI BAOSTEEL ENGINEERING & TECHNOLOGY CO.,LTD.

Shanghai   Poster Code: 201900)

Abstract   As the fresh water resource, rain water has been got high concerned. The applications of rain water is iron and steel enterprises important way out from the shackles of limited water resources and achieving sustainable development. The applications of mixture drainage system of rain water and waste water are the important means. The applications of the rain water in the iron and steel enterprises are discussed, for reference.

Keywords   iron and steel enterprise；mixture drainage system of rain water and waste water；applications

1.前言

近年來，我國鋼鐵企業通過技術改造，基本實現了廠區內雨污分流的排水體制，將工業污水和雨水分別在兩個各自獨立的管渠系統內排除。工業污水經管渠系統收集后最終送全廠工業污水處理設施處理后回用，雨水最終排放至天然水體或市政雨水排水管網。

隨著新水用量的日益受限，鋼鐵企業逐步重視雨水的回收利用，實施雨水利用可在提高水資源綜合利用的同時，降低用水成本。要回收、處理、利用雨水，收集雨水是首要的問題，而設置合理的雨水排水系統是收集雨水的關鍵。

本文從工程實際角度出發，對雨污聯合排水系統在鋼鐵企業的應用作了初步的分析，供參考。

2.建立雨污聯合排水系統的設想

所謂雨污聯合排水系統，是指采用雨污合流的排水體制，將雨水、工業污水合用一個管渠系統內排除。其前提是，在排水系統的末端設有雨水和污水處理設施，對雨污水進行集中處理。采用雨污聯合排水系統可在廠區內減少一套排水管網，節約建設、管理、運營成本。

3.建立雨污聯合排水系統的可行性分析

3.1雨水排水的特點

3.1.1水量特點

降雨與氣候因素關系密切，影響降雨的氣候因素有氣溫、氣壓、濕度、風等，而氣候因素具有年、季、日及多年的周期變化規律，因此雨水排水具有時程變化的周期性。影響降雨的各因素時空分布多變，導致降雨在不同時間的數量大小和時程變化在各周期是不同的，就單日或者小段時間內，降雨具有隨機性和偶然性，因此雨水排水具有時程變化的隨機性[1]。

由于雨水排水具有時程變化的周期性和隨機性，因此雨水排水具有常年水量穩定、瞬時水量變化大的特點。

3.1.2水質特點

雨水是大氣降水，其本身水質較好。雨水在降落過程中，空氣中的溶解性氣體、溶解或懸浮狀固體、重金屬及細菌等會進入其中。但最終地面雨水中的污染物主要來自降雨對地面或建筑物頂部的沖刷。所以，地面或建筑物頂部的沉積物是雨水中污染物的主要來源。地面或建筑物頂部沉積物的組成決定著雨水污染的性質。地面或建筑物頂部沉積物包括許多污染物質，有固態廢棄物碎屑、化學藥品、車輛排放物等。具有不同土地使用功能的地面沉積物來源不同。因此，雨水的水質會因地點、時間的不同而有所差異。

另外，在降雨過程中，初期雨水污染物含量較高，水質較差；隨著降雨歷時的延續和徑流的持續，雨水徑流的表面被不斷沖刷，雨水水質逐步改善，污染物逐漸減小、濃度穩定。以寶鋼為例，其寶山廠區雨水排除掉初期徑流后，雨水的pH約為7~9，電導率不超過300μS/cm。從總體上來說，雨水對于鋼鐵企業而言屬于優質淡水[2]。

3.2工業污水排水的特點

3.2.1水量特點

鋼鐵企業工業污水按其來源來分，可以分為循環冷卻水系統排污水，脫鹽水、軟化水及純水制取設施產生的濃鹽水、鋼鐵廠各工序在生產運行過程中產生的廢水等。與雨水排水相比，其排水量相對穩定，排水量隨時程變化的范圍比較小，工業污水量變化系數也相對較小，一般日變化系數(一年中最大日污水量與平均日污水量的比值)不超過3。

3.2.2水質特點

對于鋼鐵企業來說，循環用水量占總用水量的比例往往在95%以上，其它如焦化、冷軋廢水等特種廢水均在相應主工藝單元處理達到全廠工業污水納管標準后排至全廠工業污水管網或是直接接入全廠回用水管網，因此無論是從水質上講還是從水量上來說，鋼鐵企業全廠工業污水也主要來源于循環水系統的排污水(濁循環水系統排污水)，根據濁循環水系統排污水的特點，鋼鐵企業全廠工業污水一般具有以下主要污染物：濁度、COD、硬度與堿度、油類、鹽類等[3][4]。

表2是列舉的國內幾個鋼廠工業污水的主要水質參數表。

表2 國內鋼廠工業污水水質參數舉例表

與雨水排水相比，工業污水排水的水質總體上要比雨水排水水質差，但水質也相對恒定。

3.3雨污聯合排水系統分析

3.3.1水量分析

從水量分析，雨水排水量隨時間變化幅度大，其最大時水量要遠遠大于工業污水量，但年雨水排水總量遠小于工業污水量。

以上海某大型聯合鋼鐵企業為例分析，該企業占地面積約2km2，最終年產鋼能力為500萬噸。根據雨量公式，當降雨歷時5min時，按重現期為3年計算，綜合徑流系數設為0.8，最大設計小時降雨量為269709m3/h；上海市年平均降雨量約為1200mm，按此估算，該鋼鐵企業年可收集最大地面雨水量約為1920000m3。根據工廠的總體規劃，其工業污水總量約為1200m3/h；按年工作350日估算，年工業污水量約為10080000m3。

因此，對于雨污聯合排水系統而言，平時雨水量恒定且較小，降雨時系統排水量遠大于平時，具有較大的水量沖擊負荷。

3.3.2水質分析

采用雨污聯合排水系統后，在不降雨時，管網系統中的水為工業污水；在降雨時，管網系統中的水為雨污混合水。在降雨初期時，由于初期雨水水質也較差，因此降雨初期的雨污混合水的水質是最差的；降雨初期過后，雨污混合水的水質是相對最好的；平時僅為工業污水，雨污聯合排水系統中的排水水質居中。雨污聯合排水系統也具有較大的污染負荷沖擊。

目前國內大型鋼鐵企業，均逐步在其常規工業污水處理設施之后建設了采用超濾加反滲透的雙膜法進行脫鹽處理的水處理設施。在工業污水采用雙膜法進行深度脫鹽處理中的遇到的一個主要問題是工業污水的進水含鹽量過高，在數據指標上常以電導率值來體現。全廠工業污水的電導率值一般都在3000μS·cm以上，工業用純水的電導率值一般要求在10μS·cm以下，工業新水的電導率值一般要求在500μS·cm以下。經過雙膜法處理后，產生的工業新水完全可以達到使用的要求，但是如果制成純水用于生產則可能出現較難達到要求的情況。因此，在工業污水制取純水工藝中，有采取將部分工業新水補入脫鹽系統的原水水池，以起到改善雙膜法工藝原水水質。采用雨污聯合排水系統后，原工業污水高電導率的問題在降雨時節可得到有效解決，對于節能減排有著積極的意義。

4.建立雨污聯合排水系統的具體方式

4.1雨污聯合排水系統管網設置

目前，鋼鐵企業雨水排水管網常采用重力流無壓敞開式管網系統。在排水入天然水體處在必要的情況下，設置雨水排水泵房。

鋼鐵企業工業污水排水管網常采用壓力流管網系統。各排水點均設置增壓設施將工業污水排至全廠工業污水管網。

    由水量分析可以得知，雨水的瞬時量要遠大于工業污水排水量，因此應以原雨水排水系統的管網作為雨污聯合排水系統的管網。以原雨水排水系統管網作為雨污聯合排水系統的管網后，一方面可以節省各工業污水排水點排水入原工業污水管網的動力，另一方面也極大的增加了工業污水排放的便利性，對于規范工業污水的收集工作也非常有益。

4.2水處理設施的設置

雨污聯合排水系統設置的關鍵在于后續的水處理設施。從當前實際情況出發，在鋼鐵企業設置專門的大型雨水處理設施和雨水儲存設施不符合現狀和國情，因此雨水處理往往應該與工業新水處理、工業污水處理等結合在一起統一考慮。鋼鐵企業現普遍建有工業新水處理設施和工業污水處理設施。在降雨初期，雨污混合水水質較差，考慮將該部分水引入工業污水處理設施處理。降雨初期過后，雨污混合水的水質相對較好，考慮進入工業新水處理設施。不降雨時，雨污聯合排水系統管網中均為工業污水，仍全部進入工業污水處理設施進行相關處理。

附圖一為雨污聯合排水系統工藝原理圖，供參考。

5.雨污聯合排水系統的運行控制

5.1雨污聯合排水系統水質控制問題

在實際生產運行過程中，如何控制雨污聯合排水系統出水的去向是實現雨污聯合排水系統正常運行的關鍵，即如何界定初期雨水的問題。

由于雨水是優質的淡水資源，因此可以考慮以電導率值來作為界定降雨初期雨污混合水、工業污水、降雨后期雨污混合水的標志。

在雨污聯合排水系統管網末端設置分配井，分配井設通往工業新水處理設施的出口和通往工業污水處理設施的出口。分配井的兩個出口設置電動閥門，分配井內另設置電導率儀。不降雨時，管網中為工業污水，工業污水的電導率值較高，開啟分配井通往工業污水處理設施的電動閥門，關閉分配井通往工業新水處理設施的電動閥門，使工業污水能夠正常送往工業污水處理設施處理。降雨初期，管網中的雨污混合水水質較差，導致電導率值也較高，開啟分配井通往工業污水處理設施的電動閥門，關閉分配井通往工業新水處理設施的電動閥門，使初期雨水和工業污水形成的雨污混合水能夠送往工業污水處理設施處理。降雨后期，管網中的雨污混合水水質較好，導致電導率值也較低，開啟分配井通往工業新水處理設施的電動閥門，關閉分配井通往工業污水處理設施的電動閥門，使水質較好的雨污混合水能夠送往工業新水處理設施處理。

如果因降雨量較少，雨水量小于工業污水量，導致雨污混合水的電導率值較高，也可以將該部分雨污混合水送工業污水處理設施處理。

界定降雨初期雨污混合水、工業污水、降雨后期雨污混合水的電導率值應根據具體情況加以確定，甚至要通過一段時間的實踐運行才行。

5.2雨污聯合排水系統水量調節問題

在實際生產運行過程中，需要解決的另外一個問題是雨水的調蓄。在不設置專門的雨水儲存池或調節池的前提下，充分挖掘工業新水處理設施和工業污水處理設施的調節功能成為必然的措施。工業新水調節池、新水池和工業污水的調節池、回用水池都可以提供一部分調節容積。另外在降雨時，工業新水不再從天然水體取水，而是以雨水作為水源，這也是很大一部分的容積。但相對于巨大的瞬時雨水量而言，可能還有不足。

因此，在設計雨污聯合排水系統時，首先要在條件許可前提下，適當增大工業新水處理設施和工業污水處理設施水池的調節能力；另外，雨污聯合排水系統并非需要覆蓋全廠，對于雨水可以按照不同的區域加以選擇。如大型廠房的屋面雨水，其水質較好，可納入雨污聯合排水系統；其它環境較差的區域可以不納入雨污聯合排水系統的范疇。

6.小結

雨污聯合排水系統的應用是鋼鐵企業實現雨水資源化、保護環境的重要手段。雨污聯合排水系統是一項目系統工程，其設計需要周密的考慮。

參考文獻

[1]郭雪寶.水文學[M].上海：同濟大學出版社，1989.

[2]肖丙雁.寶鋼分公司實施雨水利用的潛力分析[J].冶金環境保護，2009，3:47-50.

[3]金亞飚.淺談鋼鐵企業工業污水處理現狀和存在的問題[J].中國環保產業，2009，1：31-34.

[4]金亞飚.鋼鐵企業全廠工業污水采用雙膜法工藝脫鹽處理淺談[J].冶金環境保護，2008，6：28-32.

金亞飚，男，學士，高級工程師，中國水網咨詢專家，從事鋼鐵企業給排水設計和冶金環境保護研究工作，《環境科學與技術》雜志特約編委、《科技創新導報》雜志特約編委，jinyabiao@baosteel.com/jyb707@sina.com。