Условия стокообразования и водоотведения на предприятиях черной металлургии

Условия стокообразования и водоотведения на предприятиях черной металлургии 

Черная металлургия  является одним из крупнейших потребителей воды. За 2003 г. общий объем водопотребления  в отрасли составил 1031,4 млн. м3 [ 1 ]. Из общего количества воды, потребляемой предприятиями из источников, до 10-15 % составляют безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, приготовлением химически очищенной воды, потерями в технологических процессах и др. Остальная вода после использования возвращается в водоем в виде сточных вод. Водоотведение в поверхностные источники от предприятий черной металлургии России составило в 2003 году 747,3 м3 . Сточные воды образуются при обогащении руд, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, гидротранспортировке различной пыли, золы и других материалов, грануляции шлаков охлаждения прокатного оборудования, отделке проката, разливке чугуна и сплавов, а также при охлаждении доменных и мартеновских печей, конверторов и др. Доля водопотребления и водоотведения составляет: на охлаждение оборудования – 49%, очистку газов и воздуха – 26%, обработку и отделку металла – 12%, гидравлическую транспортировку отходов производства – 11%, прочие нужды – 2% [ 1 ]. 

1.1. Горнорудные  предприятия На горно-обогатительных комбинатах образуется большой объем промышленных стоков, в частности минерализованные подземные воды, откачиваемые из шахт при их строительстве и обработке железорудных месторождений. Системой каналов эти воды отводят от предприятий в хвостохранилища горнорудных комбинатов. Процесс образования сточных вод имеет место также на рудопромывочных, рудообогатительных и аглофабриках. Сточные воды аглофабрик характеризуются содержанием хлоридов, сульфатов кальция, магния, гидратной щелочности. Взвесь сточных вод аглофабрик содержит железо, оксид кальция, углерод. Размер частиц взвешенных веществ довольно велик (частицы крупностью свыше 25 мкм составляют 80% и более), взвесь быстро осаждается, но для получения достаточного осветления оборотной воды необходима коагуляция.

На фабриках окомкования горно-обогатительных комбинатов загрязненные сточные воды образуются при гидротранспортировке пыли, уловленной в очистных аппаратах  аспирационной системы, и просыпи  от обжиговых машин и пылевых  мешков, при мокрой уборке помещений, вспучивании осадка в зумпфах и при других операциях, поглощающих и транспортирующих механическую примесь. 

1.2. Коксохимическое  производство На коксохимических  заводах образуются сточные воды  от химических цехов и от  тушения кокса. Основное количество сточных вод образуется за счет влаги коксуемых углей и пирогенной влаги, а также вследствие конденсации пара, используемого при загрузке коксовых печей шихтой и в процессе переработки химических продуктов. Количество сточных вод и концентрация в них загрязнений зависят от качества коксуемых углей, состава цехов завода, состояния химического оборудования и условий эксплуатации. В ходе технологического процесса на коксохимпроизводстве на 1 тонну коксующейся шихты образуется 0,2-0,3 м3 сточных вод. В общезаводском стоке производственной канализации содержатся фенолы, аммиак, сероводород, цианиды, бензольные углеводороды и смолы. Последнее имеет особое значение, так как многочисленными исследованиями установлено, что основным носителем канцерогенных веществ в сточных водах являются именно смолы. 

1.3. Доменное  производство Сточные воды в  доменном производстве образуются  при газоочистке доменного газа, гидравлической сборке осевшей  пыли и просыпи в подбункерных  помещениях, а также от установок грануляции доменного шлака и разливочных машин.

На 1000 м3 очищаемого газа образуется 4-6 м3 сточных вод. Стоки  окрашены в красно-бурый цвет, для  них характерно высокое содержание взвешенных веществ, кроме того в  них присутствуют ионы кальция, магния, хлориды и сульфаты. От доменного цеха образуются также загрязненные воды из подбункерных помещений. При транспортировке, грохочении и дозировке шихты в подбункерных эстакадах выделяется пыль и просыпается некоторое количество материала на пол, который убирают водой смывом из дырчатых труб и сопел. Общее количество сточных вод, образующихся от смыва осыпи и пыли, составляет в среднем 300-360 м3/час на каждую доменную печь. Сточные воды загрязнены только механическими примесями – мелочью агломерата в виде частиц руды, кокса и известняка. В процессе грануляции доменного шлака сточные воды образуются в количестве 2 м3 на 1 т гранулированного шлака. Сточные воды имеют повышенную температуру (до 60 °С) и высокую концентрацию взвешенных частиц – до 2,0 г/л.

Сточные воды разливочных машин получаются от охлаждения чугуна, разлитого в мульды на машине, и от охлаждения слитков чугуна после машины на вагонах с помощью душирующих устройств. количество сточных вод от данного технологического процесса составляет 70-80 % потребляемой на охлаждение воды. Сточные воды имеют высокую щелочность и содержат до 200 мг/л взвеси. 

1.4. Сталеплавильное  производство Сточные воды в  сталеплавильном производстве образуются  при очистке газов мартеновских  печей, конверторов и электроплавильных печей, охлаждении и гидроочистке изложниц, установок непрерывной разливки стали и при обмывке котлов-утилизаторов. Как известно, содержание мелкодисперсной пыли в отходящих газах после мартеновских печей достигает 30 г/м3. Удельный расход воды в системах газоочистки принят 2 м3 на 1000 м3 газа. При кислородно-конверторной выплавке стали жидкий чугун продувают воздухом, обогащенным кислородом. При этом образуются 1200-1600 м3 отходящих газов на 1 т выплавляемой стали. Газ содержит мелкую металлическую пыль, что обуславливает значительное содержание взвешенных веществ в сточной воде от очистки газа – до 7000 мг/л от одной очистки при производстве стали и 15000 мг/л – при выработке полупродукта. Аналогично производят очистку водой газов от электросталеплавильных печей.

Количество сточных  вод от газоочистки составляет 4,5-6,5 м3 на 1 т выплавляемой стали. В сточных  водах содержится от 200 до 500 мг/л  взвешенных веществ.

Для утилизации тепла отходящих газов почти  за всеми мартеновскими печами, многими  нагревательными печами и конверторами устанавливают котлы-утилизаторы. В результате их обмывки образуются сточные воды, загрязненные механическими и химическими примесями. Количество стоков от промывки одного котла составляет в среднем 70 м3/час.

В настоящее  время на многих металлургических заводах внедряются установки непрерывной разливки стали. Объем сточных вод от одной установки составляет до 300 м3/час. Самостоятельное значение имеют сточные воды ферросплавных заводов и флюсоплавильного производства. Эти предприятия обычно расположены отдельно от собственно металлургических заводов. Сточные воды образуются при очистке газов, разливке и грануляции ферросплавов и производстве электродной массы. Стоки их также характеризуются наличием взвешенных веществ, но состав их имеет некоторую специфику: стоки обладают щелочной реакцией, содержат повышенный сухой остаток и фенолы, цианиды и роданиды, марганец, фтор, хром, мышьяк, ванадий и др. 

1.5. Прокатное  производство Сточные воды прокатных  цехов образуются при охлаждении валков, шеек валков и подшипников, смыве и транспортировке окалины, а также при охлаждении вспомогательных механизмов (пил, ножниц и др.). В трубопрокатном производстве образование сточных вод дополнительно связано с процессом гидравлического испытания труб.

Прокатные цехи являются значительными потребителями  воды. Количество сточных вод от этих цехов колеблется от 3 до 16 м3 на 1 т прокатанного металла, а в целом  объем сточных вод прокатного производства составляет от 30 до 50 % общего их количества от металлургического завода с полным технологическим циклом. Образующиеся в прокатных цехах сточные воды характеризуются значительным содержанием взвешенных веществ в виде крупной, средней и мелкой окалины, количество которой в зависимости от типа станов колеблется в пределах 2-4% веса прокатанного металла; наличием некоторого количества масел: в среднем 30-40 мг/л.

Для охлаждения валков станов холодной прокатки листа  и протяжки труб используют специальную  эмульсию, содержащую до 5% эмульгированного масла. Эмульсия многократно циркулирует в системе охлаждения стана, а отработанная периодически удаляется из системы. В прокатных цехах образуются эмульсионные стоки двух видов: отработанная концентрированная эмульсия и вода от промывки эмульсионного хозяйства и маслоподвалов цехов. 

1.6. Травление  металла Сточные воды, содержащие  химические загрязнения, образуются  при химической и электрохимической  обработке черных металлов. Различают  концентрированные (отработанные  травильные растворы) и слабоконцентрированные  сточные воды.

Для травления  высоколегированных сталей и сплавов  применяют сложную смесь серной, соляной и азотной кислот с  добавлением хлористого натрия или  селитры, а иногда плавиковой и хлорной  кислот.

При травлении  теряется от 0,5 до 2,5 % металла, а расход кислот составляет 1,5-2,5 % от массы протравленного металла.

Для травления  легированных сталей и титановых  сплавов широко применяются водные растворы азотной (8-30%) и плавиковой (1-10%) кислот, которые обеспечивают получение  поверхности высокого качества.

При накоплении продуктов взаимодействия кислот с  железом, никелем, хромом, титаном и  другими компонентами, входящими  в состав протравливаемого металла, раствор срабатывается и подлежит сливу.

Состав отработанных травильных растворов зависит от сортамента сталей и от корректировке раствора в процессе травления. Основными загрязняющими компонентами азотно-плавиковых травильных растворов являются железо, хром, никель, а после травления титановых сплавов – титан. Объем сточных вод, который образуется от промывки металла после операций травления, составляет 3 м3 на 1 т обработанного кислотой металла. На современных заводах объем промывных вод достигает 300-400 м3/час и более. 

1.7. Влияние выпуска  сточных вод металлургических  предприятий на санитарное и  общеэкологическое состояние водоемов При сбросе загрязненных сточных вод металлургических комбинатов в водоеме резко увеличивается содержание взвешенных веществ, значительная часть которых осаждается вблизи места выпуска. Отложения осадка в водоеме могут достигать нескольких десятков сантиметров и служить источником вторичного загрязнения. Параллельно с этим отмечаются уменьшение прозрачности и появление специфической бурой окраски воды.

В водоеме, куда сбрасываются стоки металлургических заводов, могут наблюдаться также повышение температуры воды, некоторое увеличение окисляемости и биологической потребности кислорода, ухудшение кислородного режима. В отдельных случаях отмечается наличие маслянистой пленки на поверхности воды и появление токсичных веществ. Поступление токсичных веществ наряду с наличием высоких концентраций мелкодисперсной взвеси, может привести к гибели водных организмов и нарушению естественных процессов самоочищения.

Особо неблагоприятные  условия могут создаваться при  сбросе сточных вод металлургических заводов в водохранилище. Наблюдаемые в таких зарегулированных водоемах слабое перемешивание и замедленное течение приводят к резкому ухудшению санитарно-гигиенического состояния водного объекта.

Поступление в  поверхностные водоемы, особенно маломощные, больших количеств загрязненных сточных вод металлургических заводов может заметно ухудшить санитарный режим на значительном протяжении, затрагивая интересы многих водопользователей.

Этим определяется важность проведения технологических  мероприятий с целью исключения отрицательного влияния сброса сточных вод металлургических заводов на санитарные условия водопользования и здоровье населения. 

2. Организационные  и технические мероприятия по  внедрению рациональных и экологически  эффективных схем водопотребления и водоотведения 

2.1. Сокращение  расхода воды Высокие нормы  удельного водопотребления и  большие объемы сбросов в водоемы  есть результат несовершенства  технологических процессов и  схем, на которых построено промышленное  производство. Большое количество отходов при современных методах промышленного производства не является неизбежным, оно может быть сокращено путем создания новых, более современных технологических методов. Важнейшей составной частью перестройки технологических процессов на безотходный режим является сокращение водопотребления, направленное в конечном счете на создание производства без сброса сточных вод в водоемы. 

2.1.1. Значительное  сокращение расходов воды может  быть достигнуто за счет усовершенствования  охлаждения оборудования, в первую очередь прокатного. Так, путем замены системы перфорированных труб, через которые подается охлаждающая вода на валки стана и рольганги, на систему с применением спрейеров за счет улучшения теплосъема удается сократить расход воды на 25% .С целью снижения расхода воды разработан и может быть рекомендован технический прием охлаждения роликов рольганга в специальных ваннах, позволяющий уменьшить расход воды в 2-3 раза. При применении этого способа можно использовать воду любого качества.  

2.1.2. Разработан и рекомендован к внедрению способ охлаждения прокатываемой полосы металла в ванне с турбулизацией потока, позволяющий вдвое сократить расход воды. 

2.1.3. Одним из  перспективных способов, обеспечивающих  сокращение потребления воды  и количества сточных вод, является каскадная промывка металла после травления. При этом способе тракт промывки разделяют на 3-4 отсека. Свежую или нейтрализованную оборотную воду подают в последний по ходу металла отсек и далее перекачивают из отсека навстречу движущемуся металлу; в результате расход промывных вод сокращается в 4-5 раз.