雨污聯(lián)合排水系統在鋼鐵企業(yè)的應用研究

1.前言

近年來(lái)，我國鋼鐵企業(yè)通過(guò)技術(shù)改造，基本實(shí)現了廠(chǎng)區內雨污分流的排水體制，將工業(yè)污水和雨水分別在兩個(gè)各自獨立的管渠系統內排除。采用分流制排水的主要原因是：①減少污水排放量，滿(mǎn)足環(huán)境保護的需要；②可以對工業(yè)污水單獨收集、集中處理并回用，減少工業(yè)新水用量。

隨著(zhù)新水用量的日益受限，鋼鐵企業(yè)逐步重視雨水的回收利用，實(shí)施雨水利用可在提高水資源綜合利用的同時(shí)，降低用水成本，如何收集雨水成為首要的問(wèn)題。

本文從工程實(shí)際角度出發(fā)，對雨污聯(lián)合排水系統在鋼鐵企業(yè)的應用作了初步的分析，供參考。

2.建立雨污聯(lián)合排水系統的設想

所謂雨污聯(lián)合排水系統，是指采用雨污合流的排水體制，將雨水、工業(yè)污水合用一個(gè)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(jìn)行集中處理。采用雨污聯(lián)合排水系統可在廠(chǎng)區內減少一套排水管網(wǎng)，節約建設、管理、運營(yíng)成本。

3.建立雨污聯(lián)合排水系統的可行性分析

3.1雨水排水的特點(diǎn)

3.1.1水量特點(diǎn)

降雨與氣候因素關(guān)系密切，影響降雨的氣候因素有氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)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(shí)程變化的周期性。影響降雨的各因素時(shí)空分布多變，導致降雨在不同時(shí)間的數量大小和時(shí)程變化在各周期是不同的，就單日或者小段時(shí)間內，降雨具有隨機性和偶然性，因此雨水排水具有時(shí)程變化的隨機性[1]。

由于雨水排水具有時(shí)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(shí)水量變化大的特點(diǎn)。

3.1.2水質(zhì)特點(diǎn)

雨水是大氣降水，其本身水質(zhì)較好。雨水在降落過(guò)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(huì )進(jìn)入其中。但最終地面雨水中的污染物主要來(lái)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(lái)源。地面或建筑物頂部沉積物的組成決定著(zhù)雨水污染的性質(zhì)。地面或建筑物頂部沉積物包括許多污染物質(zhì)，有固態(tài)廢棄物碎屑、化學(xué)藥品、車(chē)輛排放物等。具有不同土地使用功能的地面沉積物來(lái)源不同。因此，雨水的水質(zhì)會(huì )因地點(diǎn)、時(shí)間的不同而有所差異。

另外，在降雨過(guò)程中，初期雨水污染物含量較高，水質(zhì)較差；隨著(zhù)降雨歷時(shí)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(zhì)逐步改善，污染物逐漸減小、濃度穩定。以寶鋼為例，其寶山廠(chǎng)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(guò)300μS/cm。從總體上來(lái)說(shuō)，雨水對于鋼鐵企業(yè)而言屬于優(yōu)質(zhì)淡水[2]。

3.2工業(yè)污水排水的特點(diǎn)

3.2.1水量特點(diǎn)

鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水按其來(lái)源來(lái)分，可以分為循環(huán)冷卻水系統排污水，脫鹽水、軟化水及純水制取設施產(chǎn)生的濃鹽水、鋼鐵廠(chǎng)各工序在生產(chǎn)運行過(guò)程中產(chǎn)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(shí)程變化的范圍比較小，工業(yè)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(guò)3。

3.2.2水質(zhì)特點(diǎn)

對于鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，循環(huán)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(chǎng)工業(yè)污水納管標準后排至全廠(chǎng)工業(yè)污水管網(wǎng)或是直接接入全廠(chǎng)回用水管網(wǎng)，因此無(wú)論是從水質(zhì)上講還是從水量上來(lái)說(shuō)，鋼鐵企業(yè)全廠(chǎng)工業(yè)污水也主要來(lái)源于循環(huán)水系統的排污水(濁循環(huán)水系統排污水)，根據濁循環(huán)水系統排污水的特點(diǎn)，鋼鐵企業(yè)全廠(chǎng)工業(yè)污水一般具有以下主要污染物：濁度、COD、硬度與堿度、油類(lèi)、鹽類(lèi)等[3][4]。

表2是列舉的國內幾個(gè)鋼廠(chǎng)工業(yè)污水的主要水質(zhì)參數表。

表2 國內鋼廠(chǎng)工業(yè)污水水質(zhì)參數舉例表

與雨水排水相比，工業(yè)污水排水的水質(zhì)總體上要比雨水排水水質(zhì)差，但水質(zhì)也相對恒定。

3.3雨污聯(lián)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(shí)間變化幅度大，其最大時(shí)水量要遠遠大于工業(yè)污水量，但年雨水排水總量遠小于工業(yè)污水量。

以上海某大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)為例分析，該企業(yè)占地面積約2km2，最終年產(chǎn)鋼能力為500萬(wàn)噸。根據雨量公式，當降雨歷時(shí)5min時(shí)，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(shí)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(yè)年可收集最大地面雨水量約為1920000m3。根據工廠(chǎng)的總體規劃，其工業(yè)污水總量約為1200m3/h；按年工作350日估算，年工業(yè)污水量約為10080000m3。

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

3.3.2水質(zhì)分析

采用雨污聯(lián)合排水系統后，在不降雨時(shí)，管網(wǎng)系統中的水為工業(yè)污水；在降雨時(shí)，管網(wǎng)系統中的水為雨污混合水。在降雨初期時(shí)，由于初期雨水水質(zhì)也較差，因此降雨初期的雨污混合水的水質(zhì)是最差的；降雨初期過(guò)后，雨污混合水的水質(zhì)是相對最好的；平時(shí)僅為工業(yè)污水，雨污聯(lián)合排水系統中的排水水質(zhì)居中。雨污聯(lián)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(yè)，均逐步在其常規工業(yè)污水處理設施之后建設了采用超濾加反滲透的雙膜法進(jìn)行脫鹽處理的水處理設施。在工業(yè)污水采用雙膜法進(jìn)行深度脫鹽處理中的遇到的一個(gè)主要問(wèn)題是工業(yè)污水的進(jìn)水含鹽量過(guò)高，在數據指標上常以電導率值來(lái)體現。全廠(chǎng)工業(yè)污水的電導率值一般都在3000μS•cm以上，工業(yè)用純水的電導率值一般要求在10μS•cm以下，工業(yè)新水的電導率值一般要求在500μS•cm以下。經(jīng)過(guò)雙膜法處理后，產(chǎn)生的工業(yè)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(chǎn)則可能出現較難達到要求的情況。因此，在工業(yè)污水制取純水工藝中，有采取將部分工業(yè)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(zhì)。采用雨污聯(lián)合排水系統后，原工業(yè)污水高電導率的問(wèn)題在降雨時(shí)節可得到有效解決，對于節能減排有著(zhù)積極的意義。

4.建立雨污聯(lián)合排水系統的具體方式

4.1雨污聯(lián)合排水系統管網(wǎng)設置

目前，鋼鐵企業(yè)雨水排水管網(wǎng)常采用重力流無(wú)壓敞開(kāi)式管網(wǎng)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(yè)工業(yè)污水排水管網(wǎng)常采用壓力流管網(wǎng)系統。各排水點(diǎn)均設置增壓設施將工業(yè)污水排至全廠(chǎng)工業(yè)污水管網(wǎng)。

由水量分析可以得知，雨水的瞬時(shí)量要遠大于工業(yè)污水排水量，因此應以原雨水排水系統的管網(wǎng)作為雨污聯(lián)合排水系統的管網(wǎng)。以原雨水排水系統管網(wǎng)作為雨污聯(lián)合排水系統的管網(wǎng)后，一方面可以節省各工業(yè)污水排水點(diǎn)排水入原工業(yè)污水管網(wǎng)的動(dòng)力，另一方面也極大的增加了工業(yè)污水排放的便利性，對于規范工業(yè)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(lián)合排水系統設置的關(guān)鍵在于后續的水處理設施。從當前實(shí)際情況出發(fā)，在鋼鐵企業(yè)設置專(zhuān)門(mén)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(yè)新水處理、工業(yè)污水處理等結合在一起統一考慮。鋼鐵企業(yè)現普遍建有工業(yè)新水處理設施和工業(yè)污水處理設施。在降雨初期，雨污混合水水質(zhì)較差，考慮將該部分水引入工業(yè)污水處理設施處理。降雨初期過(guò)后，雨污混合水的水質(zhì)相對較好，考慮進(jìn)入工業(yè)新水處理設施。不降雨時(shí)，雨污聯(lián)合排水系統管網(wǎng)中均為工業(yè)污水，仍全部進(jìn)入工業(yè)污水處理設施進(jìn)行相關(guān)處理。
附圖一為雨污聯(lián)合排水系統工藝原理圖，供參考。

5.雨污聯(lián)合排水系統的運行控制

5.1雨污聯(lián)合排水系統水質(zhì)控制問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)運行過(guò)程中，如何控制雨污聯(lián)合排水系統出水的去向是實(shí)現雨污聯(lián)合排水系統正常運行的關(guān)鍵，即如何界定初期雨水的問(wèn)題。

由于雨水是優(yōu)質(zhì)的淡水資源，因此可以考慮以電導率值來(lái)作為界定降雨初期雨污混合水、工業(yè)污水、降雨后期雨污混合水的標志。

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

如果因降雨量較少，雨水量小于工業(yè)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(yè)污水處理設施處理。

界定降雨初期雨污混合水、工業(yè)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(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐運行才行。

5.2雨污聯(lián)合排水系統水量調節問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)運行過(guò)程中，需要解決的另外一個(gè)問(wèn)題是雨水的調蓄。在不設置專(zhuān)門(mén)的雨水儲存池或調節池的前提下，充分挖掘工業(yè)新水處理設施和工業(yè)污水處理設施的調節功能成為必然的措施。工業(yè)新水調節池、新水池和工業(yè)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(shí)，工業(yè)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(shí)雨水量而言，可能還有不足。

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

6.小結

雨污聯(lián)合排水系統的應用是鋼鐵企業(yè)實(shí)現雨水資源化、保護環(huán)境的重要手段。雨污聯(lián)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(xué)[M].上海：同濟大學(xué)出版社，1989.
[2]肖丙雁.寶鋼分公司實(shí)施雨水利用的潛力分析[J].冶金環(huán)境保護，2009，3:47-50.
[3]金亞飚.淺談鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水處理現狀和存在的問(wèn)題[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2009，1：31-34.
[4]金亞飚.鋼鐵企業(yè)全廠(chǎng)工業(yè)污水采用雙膜法工藝脫鹽處理淺談[J].冶金環(huán)境保護，2008，6：28-32.

金亞飚，男，學(xué)士，高級工程師/注冊公用設備工程師，從事鋼鐵企業(yè)給排水設計和冶金環(huán)境保護研究工作，兼任《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志特約編委、《科技創(chuàng )新導報》雜志特約編委，jinyabiao@baosteel.com/jyb707@sina.com。作者: 金亞飚