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作者:王绍文、李惊涛、王海东 主编

出版社:化学工业出版社

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冶金废水处理回用新技术手册

冶金废水处理回用新技术手册试读:

前言

节约水资源,减少工业废水排放量,实现节能减排、废水回用与“零排放”,既是我国环保整体战略目标,更是冶金工业在其持续发展过程中在防治污染和保护环境方面不可推卸的责任和任务。

总结国内外近些年来冶金废水处理与回用的成效与技术进步,可以归纳为:其一,要从生产源头着手,直到每个生产环节,推行用水少量化,废水外排无害化和资源化;其二,以配套和建立企业用水系统平衡为核心,以水量平衡、温度平衡、悬浮物平衡和水质稳定与溶解盐平衡为基础,最大限度实现将废水分配和消纳于各级生产工艺的最大化节水目标;其三,以企业用水和废水排放少量化为核心,以规范企业用水定额、废水处理回用的水质指标为内容,实现企业废水最大限度循环利用的目标;其四,以推行综合处理、强化组合处理、发展膜处理和扩展生化处理等技术为支撑,以经济有效处理新工艺、配套的新设备为手段,最终实现企业废水安全回用与“零排放”的目标。

鉴于上述宗旨,特组织编写《冶金废水处理回用新技术手册》,希望能对冶金工业节水减排、废水处理回用与“零排放”,发展循环经济,创建资源节约型、环境友好型冶金企业有所帮助。

本书由王绍文、李惊涛、王海东主编,孙健、石宇副主编。在斟酌引用《冶金工业节水减排与废水回用技术指南》(2013年版)和《冶金工业废水处理技术及回用》(2015年版)部分内容的基础上,对一些国内外废水处理新技术、新工艺,特别是在引进国外新技术,经消化、吸收、创新的基础上编写而成的。

本书的出版得到了国家水体污染控制与治理科技重大专项课题“重点流域冶金废水处理与回用技术产业化”(2013ZX07209001)的资金支持,并且本书在编写过程中也得到中冶建筑研究总院有限公司环保事业部杨景玲等领导、专家、学者的关心与帮助。杨禹成、王帆、张新昕、王波、杨涛、王燕燕、陈艳等为本书编写收集和提供了相关资料,在此一并表示衷心感谢。书中引用中国金属学会、中国钢铁工业协会、中国有色金属工业协会和冶金环境保护信息网的相关刊物、论文集等资料,引用参考国内外公开发表的论文、专著、专利、标准等资料。在此对这些文献的作者及其所在的单位致以衷心感谢。

限于编者水平及编写时间,书中不妥之处在所难免,敬请读者指正。编者   2018年5月于北京第1章 绪论

冶金工业通常分为黑色金属工业和有色金属工业,前者常称为钢铁工业。

我国冶金工业的发展取得了举世瞩目的成就。由于冶金材料的优良性与高强特性,在目前可以预计的很长时期内,尚无新的材料与其结构性、功能性、基础性、强度可靠性及其最大用量相媲美,是现代化建设,特别是军工国防建设,提高经济发展必不可少的基础材料,在很长时间内将处于不可替代的地位。

冶金工业是用水大户,也是污染大户。我国是水资源严重短缺的大国。冶金工业发展的生产用水供需矛盾十分突出,水资源保障任务十分艰巨。因此,要实现冶金工业持续发展,必须强化冶金工业生产节水减排与废水处理回用,实现最大限度的生产用水循环利用和废水处理回用与“零排放”(“零排放”也称“零排”),充分发挥科技节水与减排的重大作用。1.1 冶金工业生产与排污特征1.1.1 钢铁工业生产与排污特征(1)生产工艺与排污节点和特征

钢铁工业生产与工序相当复杂。目前,有两种工艺路线支配全球钢铁工业。这两种工业路线是“联合”法和电弧(EAF)法。前者常称为“长流程”,后者是指“短流程”。但两者之间的主要差异是它们所使用的含铁原料和种类不同。联合钢铁厂(或称为联合钢铁公司)主要使用铁矿石以及少量废钢,而电弧炉钢厂(或称电炉炼钢厂)则主要使用废钢,或越来越多地使用其他来源的金属铁,例如直接还原铁(DRI)。

联合钢铁厂首先必须炼铁,随后将铁炼成钢。这一工艺所用的原料包括铁矿石、煤、石灰石、回收的废钢、能源和其他数量不等的多种材料,例如油、空气、化学物品、耐火材料、合金、精炼材料、水等。来自高炉的铁在氧气顶吹转炉(BOF)中被炼成钢,经浇铸固化后被轧制成线材、板材、型材、棒材或管材。高炉-BOF法炼钢占世界钢产量的60%以上,联合钢铁厂占地面积很大,通常年产300万吨2的钢厂,可能占地4~8km。现代大型联合钢铁厂的主要生产工艺及节点排污特征如图1-1所示。图1-1 现代大型联合钢铁厂主要生产工艺及节点排污特征

EAF炼钢厂是通过如下方式炼钢的:在电弧炉内熔炼回收废钢铁,并通过通常在功率较小的钢包炉(LAF)中添加合金元素来调节金属的化学成分。通常不需要联合钢铁厂所采用的炼铁工艺较复杂的流程,用于熔炼的能源主要是电力。但目前已在增长的趋势是以直接喷入电弧炉的氧气、煤和其他矿物燃料来代替或补充电能。与联合法相比,EAF厂占地明显减少,根据国际钢铁协会统计,年产200万吨2EAF厂最多占地2km。电弧炉钢厂生产工艺流程如图1-2所示。图1-2 电弧炉钢厂生产工艺流程(2)钢铁生产与排污特征

联合钢铁厂的生产涉及每一道生产工序,每道工序都需有不同投料(物料和能源),并排出各种各样的残料和废物。其中液态的有废水以及其中含有的悬浮物(SS)、油、氨氮、酚、氰等有毒有害物质;气态有CO、NO、SO、HS以及VOCs与烟尘等颗粒物;固态2x22有尘泥、高炉渣、转炉渣、氧化铁皮、活性污泥与耐火材料等。其中主要成分的物料与能源的总平衡如图1-3所示。图1-3 联合钢铁企业排污特征与能源-物料平衡输入能源分类:19.2GJ煤、5.2GJ蒸汽、3.5GJ电(364kW·h)、0.3GJ氧气、0.04GJ天然气。输出能源分类:5.2GJ蒸汽、3.4GJ电(364kW·h)、0.9GJ煤焦油、0.3GJ苯。

EFA炼钢厂工艺流程主要投入和产出所产生的排污要比联合钢铁厂少得多,其排污特征与物料-能源平衡如图1-4所示。图1-4 电弧炉钢厂的排污特征与能源-物料平衡3输入能源细分:5.5GJ电(572kW·h)、1.3GJ天然气(40m)、450MJ煤/焦炭(15kg)、3205MJ氧气(30m)、120MJ电极消耗(3.5kg)。

应该说明的是,图1-3、图1-4与第8章有关的图8-1~图8-9的数据是通过世界有代表性的联合企业的不同来源获得的,所以,它们虽有代表性,但不是绝对准确的。该项工作是由联合国环境规划署工业与环境中心(UNEPIE)和国际钢铁协会(ⅡSI)经工程实例实测结果提出的。目前,他们正与一些成员国的公司在进行更详细的总结。1.1.2 有色工业生产与污染特征(1)生产方式与特征

根据我国对金属元素的正式划分与分类,除铁、锰、铬以外的64种金属和半金属,如铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、镉、汞等划为有色金属。这64种金属根据其物理、化学特性和提取方法,又分为重有色金属、轻有色金属、贵金属和稀有金属四大类。其中,重有色金属通常是指相对密度在4.5以上的有色金属,包括铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、镉、汞等;轻有色金属是指相对密度在4.5以下的有色金属,包括铝、镁、钛等;稀有金属,主要是指地壳上含量稀少、分散、不易富集成矿或难以冶炼提取的一类金属,例如锂、铍、钨、钼、钒、镓、锗等;贵金属主要是指金、银等。

有色金属冶炼方法有火法、湿法和电解法等,由于有色金属的物理化学特性各异,故其提炼方法各不相同。湿法冶炼是将精矿经过焙烧后产生的焙砂(或不焙烧直接用精矿),用各种酸基或碱基溶剂进行浸出,使精矿(或焙砂)中的金属进入浸出液中。由于浸出法除主要需浸出的金属外还有其他金属,所以要对浸出液进行净化,除去杂质元素,直到得到合格溶液后再进行电解,最后得到纯金属。

火法冶炼是在精矿中加入各种熔剂、还原剂生成金属品位较高的精矿粉,再经粗炼得到粗金属。最后用火法精炼或电解精炼制得纯金属。有些精矿在熔炼前还需要进行焙烧、烧结或制成球团等预处理。

例如轻有色金属铝工业的生产,我国虽起步较晚,但发展很快,目前已建成了比较完整的铝工业体系,已广泛应用于国民经济各个领域,在工业、国防和人民生活中占有十分重要的地位,为我国有色金属优先发展的品种。

有色金属工业生产品种繁多,由于生产产品种类不同,生产方式不同,故其能耗与排污状况也各不相同。

①重有色金属的冶炼 重有色金属的冶炼有火法冶炼与湿法冶炼。火法冶炼时含有大量烟尘与毒性气体,因水力冲渣和烟气洗涤,故其水质比较复杂,且含有各种重金属毒性物质。电冶炼有电炉渣,电解时则有阳极泥等固体废物。

湿法冶炼时产生大量重金属废水。精矿在焙烧时产生高温并含有大量重金属烟尘,在焙烧浸出时产生各种浸出渣,在电解时产生阳极泥等。

②轻有色金属的冶炼 轻有色金属冶炼的代表为铝工业的生产,有氧化铝、金属铝和铝加工。由于生产工艺与产品形态不同,故其能耗与排污状况也不相同。氧化铝冶炼所采用的方法有3种,即拜耳法、烧结法和联合法。生产氧化铝的原料是铝土矿;金属铝的生产原料除氧化铝外,还有冰晶和沥青。因此,氧化铝生产工艺产生的赤泥,电解铝厂产生的含氟烟气以及大量废炭块和废弃保温材料是最为严重的污染物。

镁生产方法有电解法和热还原法。镁冶炼烟气污染特征为氯气及其化合物,废水特征是酸性且含氯化物,固体废物为酸性废渣。

③稀有金属冶炼 稀有金属种类很多,且由于原料成分复杂,工业生产难以定型,因此,能耗与污染特征各异。总体而言,稀有金属污染特征为:对稀有金属原料采用湿法冶炼时,产生酸性废液、碱性废液,以及含有各种毒性物质,如镉、铬、砷、铍等盐类的废水;固体废物则有酸浸渣、碱浸渣、中和渣和各种毒性废渣。

如采用火法冶炼时,则产生还原渣、氯化渣、氧化熔炼渣以及有毒烟尘气。废气通常以氯气及其化合物为主。废水则多为酸性或碱性并且含多种重金属、稀有金属和放射性物质。

④贵金属冶炼 由于贵金属(如黄金)冶炼需要经过多道工序,一般而言,黄金冶炼厂的废水主要来自氰化浸金、电积和除杂等工序,相应的废水主要含氰和其他铜、铅、锌等重金属离子。火法冶炼时要产生一些含重金属的烟尘,也要产生一些废渣,但通常不直接废弃而采用回收利用。

有色金属冶炼利用的能源有煤炭、原油、天然气、电力、煤气、成品油、液化石油等,但以电力能源为主,占有色金属能源结构的65%以上;其次为煤炭和焦炭。在有色金属工业能源消耗中,铝、铜、铅、锌的能耗占有色工业总能耗的80%以上。(2)污染特征与能耗状况

有色金属工业是高耗能产业。近年来,我国有色金属工业的快速发展在很大程度上依靠增加固定资产投资,扩大产业规模的粗放型发展模式。尽管通过推动先进技术,加强管理,推进清洁生产,有色金属工业的单位产品能源消耗和污染物排放出现下降趋势。但由于产量快速增长,能源消耗总量和污染物排放总量仍然不可避免地出现增长。

在能源消耗方面,我国有色金属工业能源消耗总量在不断上升。4以2006年国内电解铝产量922×10t,吨铝锭综合交流电耗按14661kW8·h计算,当年我国电解铝生产用电量达到1352×10 kW·h,比上年增长18.6%,超过同期国内发电量的增长幅度。2010年国内电解铝产量4达到1200×10t,按吨铝锭综合交流电耗达到14300kW·h的世界先进8水平计算,国内电解铝生产用电量已达到1716×10kW·h,比2006年增长26.9%。这种发展,将对实现国家经济和社会发展规划提出的单位GDP降低能源消耗20%的节能目标构成很大压力。

由于有色金属在生产过程中消耗大量矿产资源、能源和水资源,产生大量固体废弃物、废水和废气。因此,一定要注意污染物的排放。882005年有色金属矿山采剥废石1.6×10t,产出尾矿约1.2×10t,赤泥4448780×10t,炉渣766×10t;排放二氧化硫40×10t以上,废水2.7×10t。这些“三废”既是污染物,也能成为可利用资源。但是,当前我国有色金属工业的“三废”资源化程度还比较低,固体废物利用率仅在13%左右;低浓度二氧化硫几乎没有利用;从工业废水中回收有价元素大多数企业还是空白;除少数大型企业利用冶炼余热发电外,大部分企业余热利用率很低。我国有色金属工业“三废”资源化程度低,已成为产业发展的突出问题。

近年来我国有色金属工业的年能源消耗总量已超过8000万吨标准煤,约占全国能源消耗的3.5%。其中铝工业万元GDP能耗是全国平均水平的4倍以上。因此,有色金属工业实现持续发展,必须坚持节能减排,推进清洁生产,从源头削减“三废”并实现废物资源化。节能降耗减排是今后有色金属工业发展的重中之重。1.2 冶金废水特征与主要污染物1.2.1 钢铁工业废水特征与潜在环境危害(1)废水特征与主要污染物

钢铁工业废水的特点为:a.废水量大,污染面广;b.废水成分复杂,污染物质多;c.废水水质变化大,造成废水处理难度大。钢铁工业废水的水质因生产原料、生产工艺和生产方式不同而有很大的差异,有的即使采用同一种工艺,水质也有很大变化。如氧气顶吹转炉除尘污水,在同一炉钢的不同吹炼期,废水的pH值可在4~13之间,悬浮物可在250~25000mg/L之间变化。间接冷却水在使用过程中仅受热污染,经冷却后即可回用。直接冷却水因与物料等直接接触,含有同原料、燃料、产品等成分有关的各种物质。由于钢铁工业废水水质的差异大、变化大,无疑加大废水处理工艺的难度。归纳起来,钢铁工业废水污染物及其特征如下。

①无机悬浮物及其特征 悬浮固体是钢铁生产过程中(特别是联合钢铁企业)所要排放的主要水中污染物。悬浮固体主要由加工过程中铁鳞形成产生的氧化铁所组成,其来源如原料装卸遗失、焦炉生产与水处理装置的遗留物、酸洗和涂镀作业线水处理装置以及高炉、转炉、连铸等湿式除尘净化系统或水处理系统等,分别产生煤、生物污泥、金属氢氧化物和其固体。悬浮固体还与轧钢作业产生的油和原料厂外排废水有关。正常情况下,这些悬浮物的成分在水环境中大多是无毒的(焦化废水的悬浮物除外),但会导致水体变色、缺氧和水质恶化。

②重金属污染物及其特征 金属对水环境的排放已成为关注的重要因素,因此,含金属废物(固体和液体),特别是含重金属废物的废水的处理已引起人们很大的关注。它是关系到水体能否作为饮用水、工农业用水、娱乐用水或确保天然生物群的生存的重要条件。

钢铁工业生产排水中含有不同浓度的重金属污染物,如炼钢过程的水可能含有高浓度的锌和锰,而冷轧机和涂镀区的排放物可能含有锌、镉、铬、铝和铜。与很多易生物降解的有机物不同,重金属不能被生物降解为无害物,排入水体后,除部分为水生生物、鱼类吸收外,其他大部分易被水中的各种有机无机胶体和微粒物质吸附,经聚集而沉积于水底,最终进入生物链而严重影响人类健康。

另外,来自钢铁生产的金属(特别是重金属)废物可能会与其他有毒成分结合。例如,氨、有机物、润滑油、氰化物、碱、溶剂、酸等,它们相互作用,构成并释放对环境危害更大的有毒物。因此,必须采用生化法、物化法最大限度地减少废水、废物所产生的危害和污染。

③油与油脂污染物及其特征 钢铁工业油和油脂污染物主要来源于冷轧、热轧、铸造、涂镀和废钢储存与加工等。多数重油和含脂物质不溶于水。但乳化油则不同,在冷轧中乳化油使用非常普遍,是该工艺流程的重要组成部分。油在废水中通常有4种形式。a.浮油,浮展于废水表面形成油膜或油层。这种油的粒径较大,一般大于100μm,易分离。混入废水中的润滑油多属于这种状态。浮油是废水中含油量的主要部分,一般占废水中总含油量的80%左右。b.分散于废水中油粒状的分散油,呈悬浮状,不稳定,长时间静置不易全部上浮,油粒径为10~100μm。c.乳化油,在废水中呈乳化(浊)状,油珠表面有一层由表面活性剂分子形成的稳定薄膜,阻碍油珠黏合,长期保持稳定,油粒微小,为0.1~10μm,大部分在0.1~2μm。轧钢的含油废水常属此类。d.溶解油,以化学方式溶解的微粒分散油,油粒直径比乳化油还小。一般而言,油和油脂较为无害,但排入水体后引起水体表面变色,会降低氧传导作用,对水体鱼类、水生生物的破坏性很大,当河、湖水中含油量达0.01mg/L时,鱼肉就会产生特殊气味,含油再高时,将使鱼鳃呼吸困难而窒息死亡。每亩水稻田中含3~5kg油时,就明显影响生长。乳化油中含有表面活性剂,具有致癌性物质,它在水中的危害更大。

④酸性废水污染物及其特征 钢材表面上形成的氧化铁皮(FeO、FeO、FeO)都是不溶于水的碱性物质(氧化物),当把2334它们浸泡在酸液里或在表面喷洒酸液时,这些碱性氧化物就与酸发生一系列化学反应。

钢材酸洗通常采用硫酸、盐酸,不锈钢酸洗常采用硝酸-氢氟酸混酸酸洗。酸洗过程中,由于酸洗液中的酸与铁的氧化作用,使酸的浓度不断降低,生成的铁盐类不断增高,当酸的浓度下降到一定程度后,必须更换酸洗液,这就形成酸洗废液。

经酸洗的钢材常需用水冲洗以去除钢材表面的游离酸和亚铁盐类,这些清洗或冲洗水又产生低浓度含酸废水。

酸性废水具有较强的腐蚀性,易于腐蚀管渠和构筑物;排入水体,会改变水体的pH值,干扰水体自净,并影响水生生物和渔业生产;排入农田土壤,易使土壤酸化,危害作物生长。

⑤有机需氧污染物及其特征 钢铁工业排放的有机污染物种类较多,如炼焦过程排放各种各样的有机物,其中包括苯、甲苯、二甲苯、萘、酚、PAH等。以焦化废水为例,据不完全分析,废水中共有52种以上有机物,其中苯酚类及其衍生物所占比例最大,占60%以上,其次为喹啉类化合物和苯类及其衍生物,所占的比例分别为13.5%和9.8%,以吡啶类、苯类、吲哚类、联苯类为代表的杂环化合物和多环芳烃所占比例在0.84%~2.4%。

炼钢厂排放出的有机物可能包括苯、甲苯、二甲苯、多环芳烃(PHA)、多氯联苯(PCB)、二英、酚、VOCs等。这些物质如采用湿式烟气净化,不可避免地残存于废水中。这些物质的危害性与致癌性是非常严重的,必须妥善处理方可外排。(2)钢铁生产潜在污染物与潜在环境影响

钢铁工业是我国能源资源消耗大户,更是污染大户,其排放的污染物对环境的危害见表1-1。 表1-1 钢铁工业的污染物排放及潜在的环境影响

应该说明的是,钢铁工业的生存与发展是与矿产、水资源、能源、运输、环保五大因素直接相关的,而钢铁工业污染物排放与潜在的环境影响涉及的方面更多,如原料、能源、资源、工艺、设备、技术、操作、管理、监控、防治水平、周围环境、气象条件以及社会进步、科技发展与经济能力等。它是以社会对环境保护重要性判断为基础,并与当前科学技术与经济发展水平相适应为依据。

钢铁工业面临的环境问题,既是地区性的,也是全球性的。世界各国钢铁企业都潜在环境污染问题,它们包括大气、水源、地表、地下、海洋、生态与生物多样性等环境问题。因此,保护环境是钢铁工业一项极其重要的任务。

为了适应新时期的发展要求,以清洁生产为手段,运用循环经济发展模式,实现可持续发展战略,建立资源节约型和环境友好型的绿色钢铁企业,这是21世纪钢铁企业发展的战略性目标与任务。1.2.2 有色金属工业废水特征与危害(1)废水来源特征与分类

有色金属的种类很多,冶炼方法多种多样,较多采用的是火法冶炼和湿法冶炼等。当今世界上85%的铜是火法冶炼的。在我国处理硫化铜矿和精矿,一般采用反射炉熔炼、电炉熔炼、鼓风炉熔炼和近年来开发的闪速炉冶炼。锌冶炼则以湿法为主;汞的生产采用火法;铅冶炼主要采用焙烧还原法熔炼。轻有色金属中铝的冶炼是采用熔融盐电解法生产的等。因此,有色金属冶炼过程中,废水来源主要为火法冶炼时的烟尘洗涤废水,湿法冶炼时的工艺过程外排水和跑、冒、滴、漏的废水,以及冲渣、冲洗设备、地面和冷却设备的废水等。

有色金属工业废水是指在生产有色金属及其制品过程中产生和排出的废水。有色金属工业从采矿、选矿到冶炼,以至成品加工的整个生产过程中,几乎所有工序都要用水,都有废水排放。

①有色金属矿山废水来源 矿山废水包括采矿与选矿两种。矿山开采会产生大量矿山废水,是由矿坑水、废石场淋洗时产生的废水组成的。采矿工艺废水由于矿床的种类、矿区地质构造、水文地质等因-++2+素不同,矿山废水中常含有大量、Cl、Na、K、Ca、2+Mg等离子,以及钛、砷、镉、铜、锰、铁等重金属元素。采矿废水分为采矿工艺废水和矿山酸性废水,其中矿山酸性废水能使矿石、废石和尾矿中的重金属转移到水中,造成环境水体的重金属污染。矿山的采矿废水通常是:a.酸性强且含有多种重金属离子;b.水量较大,排水点分散;c.水流时间长,水质波动大。

选矿废水是包括洗矿、破碎和选矿三道工序排出的废水。选矿废水的特点是水量大,占整个矿山废水的40%~70%,其废水污染物种类多,危害大,含有各种选矿药剂,如黑药、黄药、氰化物、煤油等以及氟、砷和其他重金属等有毒物,废水中SS含量大,通常可达每升数千至几万毫克,因此,对矿山废水应妥善处理方可外排。

②重有色金属冶炼生产废水来源 典型的重有色金属如Cu、Pb、Zn等的矿石一般以硫化矿分布最广。铜矿石80%来自硫化矿。目前世界上生产的粗铅中90%采用熔烧还原熔炼,基本工艺流程是铅精矿烧结焙烧,鼓风炉熔炼得粗铅,再经火法精炼和电解精炼得到铅;锌的冶炼方法有火法和湿法两种,湿法炼锌的产量占总产量的75%~85%。

重有色金属冶炼废水中的污染物主要是各种重金属离子,其水质组成复杂、污染严重,其废水主要包括以下几种。

1)炉窑设备冷却水是冷却冶炼炉窑等设备产生的,排放量大,约占总量的40%。

2)烟气净化废水是对冶炼、制酸等烟气进行洗涤产生的,排放量大,含有酸、碱及大量重金属离子和非金属化合物。

3)水淬渣水(冲渣水)是对火法冶炼中产生的熔融态炉渣进行水淬冷却时产生的,其中含有炉渣微粒及少量重金属离子等。

4)冲洗废水是对设备、地板、滤料等进行冲洗所产生的废水,还包括湿法冶炼过程中因泄漏而产生的废液,此类废水含重金属和酸。

③轻有色金属冶炼生产废水来源 铝、镁是最常见也是最具代表性的两种轻金属。我国主要用铝矾土为原料采用碱法来生产氧化铝。废水来源于各类设备的冷却水、石灰炉排气的洗涤水及地面等的清洗水等。废水中含有碳酸钠、氢氧化钠、铝酸钠、氢氧化铝及含有氧化铝的粉尘、物料等,危害农业、渔业和环境。

金属铝采用电解法生产,其主要原料是氧化铝。电解铝厂的废水主要是由电解槽烟气湿法净化产生的,其废水量、废水成分和湿法净3化设备及流程有关,吨铝废水量一般在1.5~15m。废水中的主要污染物为氟化物。

我国目前主要以菱镁矿为原料,采用氯化电解法生产镁。氯在氯化工序中作为原料参与生成氯化镁,在氯化镁电解生成镁的工序中氯气从阳极析出,并进一步参加氯化反应。在利用菱镁矿生产镁锭的过程中氯是被循环利用的。镁冶炼废水中能对环境造成危害的成分主要是盐酸、次氯酸、氯盐和少量游离氯。

④稀有金属冶炼生产废水来源 稀有金属由于种类多(有50多种)、原料复杂,金属及化合物的性质各异,再加上现代工业技术对这些金属产品的要求各不相同,故其冶金方法相应较多,废水来源和污染物种类也较为复杂,这里只做一概略叙述。

在稀有金属的提取和分离提纯过程中,常使用各种化学药剂,这些药剂就有可能以“三废”形式污染环境。例如在钽、铌精矿的氢氟酸分解过程中加入氢氟酸、硫酸,排出水中也就会有过量的氢氟酸。稀土金属生产中用强碱或浓硫酸处理精矿,排放的酸或碱废液都将污染环境。此外,某些稀有金属矿中伴有放射性元素时,提取该金属所排放的废水中就会含有放射性物质。

稀有金属冶炼废水的主要来源为生产工艺排放废水、除尘洗涤水、地面冲洗水、洗衣房排水及淋浴水。废水特点是废水量较少,有害物质含量高;稀有金属废水往往含有毒性,但致毒浓度限制未曾明确,尚需进一步研究;不同品种的稀有金属冶炼废水均有其特殊性质,如放射性稀有金属、稀土金属冶炼厂废水均含放射性物质,铍冶炼厂废水含铍等。

⑤贵金属冶炼生产废水来源 贵金属是以金、银为代表的金属。冶炼是生产金、银的重要方法,我国黄金生产涉及冶炼的主要物料有重砂、海绵金、钢棉电积金和氰化金泥。重砂、海绵金、钢棉电积金冶炼工艺较为简单,氰化金泥冶炼工艺较为复杂。

黄金冶炼生产废水主要来自氰化浸金、电积和除杂等工序。相应的废水中所含污染物主要是氰化物、铜、铅、锌等重金属离子,其中氰化物含量高、毒性大。

含氰废水主要是在用氰化法提取黄金时产生的。该废水排放量较大,含氰化物、铜等有害物质的浓度较高。如某金矿每天排放废水3100~2000m,废水中含氰化物(以氰化钠计)1600~2000mg/L、含铜300~700mg/L、硫氰根600~1000mg/L。

⑥有色金属加工废水来源 有色金属加工废水比较复杂,其废水种类和来源主要有以下几种。

1)含油废水。主要来源于油压、水压和其他轧制加工设备的润滑、冷却和清洗等含油废水。

2)含酸废水。来源于酸洗过程中漂洗水和酸洗废液。其废水成分除含酸性废水外,其他污染物随酸洗加工金属不同而异,废水成分复杂。

3)含铬废水。主要来源于电镀工序的镀铬漂洗废水。如电镀其他金属,其水质因电镀材料不同而异,但通常以镀铬最为普遍。

4)氧化着色工艺含酸碱废水。来源于氧化着色工艺的脱脂、碱洗、光化、阳极氧化、封孔、着色等各工序与清洗工序的各种废水。

5)放射性废水。来源于铀钍和镍镉等加工工序,以及同位素试验与放射性原料的废水。

根据上述废水来源和金属产品加工对象不同,有色金属工业废水可分为采矿废水、选矿废水、冶炼废水及加工废水。冶炼废水又可分为重有色金属冶炼废水、轻有色金属冶炼废水、稀有金属冶炼废水和贵金属冶炼废水。按废水中所含污染物的主要成分,有色金属冶炼废水也可分为酸性废水、碱性废水、重金属废水、含氰废水、含氟废水、含油类废水和含放射性废水等。(2)主要污染物与危害特征

①汞的危害 汞具有很强的毒性,有机汞比无机汞的毒性更大,更容易被生物吸收和积累,长期的毒性后果严重。它的毒性表现为损害细胞内酶系统蛋白质的巯基。无机汞中的氰化汞、硝酸汞、氯化汞毒性较大,氯化汞对人的致死量为7mg/kg(体重),硫化汞毒性最小。水体中汞浓度达0.006~0.01mg/L时,可使鱼类或其他水生生物死亡,浓度为0.001mg/L时,可抑制水体的自净作用。汞通过食物链富集的能力是惊人的,淡水浮游植物能富集汞1000倍,鱼能富集1000倍,而淡水无脊椎动物的富集可高达10万倍。水体一旦被汞废水污染就很难恢复。甲基汞能大量积累于人脑中,引起动作失调、精神错乱、痉挛等疾病,甚至造成死亡。日本发生的水俣病就是由于长期食用被甲基汞污染的鱼类而引起的一种中枢神经性疾病。汞中毒患者极难治愈,应以预防为主。

②镉的危害 镉类化合物毒性很大,镉和其他元素(如铜、锌)的协同作用可增加其毒性。对水生生物、微生物、农作物都有毒害作用。浓度为0.01~0.02mg/L时,对鱼类有毒性影响;浓度为0.2~1.1mg/L时,可使鱼类死亡;浓度为0.1mg/L时,可破坏水体的自净作用。灌溉水中含镉,不仅污染土壤,还可使稻米、玉米、大豆、蔬菜、小麦等作物含镉。镉有很强的潜在毒性,即使饮用镉浓度低于0.1mg/L的水,也能在人体组织内积聚,潜伏期可长达10~30年。经呼吸道吸入的镉比经消化道吸收的毒性大60倍左右。例如,人在浓度为35mg/m的氧化镉烟雾中工作8h,可引起急性中毒死亡。镉进入人体后,主要累积于肝、肾和脾脏内,引起骨节变形、神经痛、分泌失调以及肝、肾等心血管病。日本发生的“痛痛病”就是因长期饮用含镉污染的水和食用被镉污染的粮食而造成的。故国际卫生组织确定的国际饮用水标准中含镉浓度不得超过0.01mg/L。

③铬的危害 金属铬的毒性很小,六价铬化合物及其盐类毒性最大,三价铬次之,二价最小。六价铬的毒性比三价铬几乎大100倍。铬的化合物常以溶液、粉尘或蒸气的形式污染环境,危害人体健康,可通过消化道、呼吸道、皮肤和黏膜侵入人体。铬对人体的毒害有全身中毒,对皮肤黏膜的刺激作用,引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,引起变态反应并有致癌作用,如六价铬可以诱发肺癌和鼻咽癌。空气3中铬酸酐浓度为0.15~0.3mg/m时,可使鼻中隔穿孔。饮用水中含铬浓度在0.1mg/L以上时,就会使人呕吐,侵害肠道和肾脏。铬的化合物对水生生物都有致害作用,特别是六价铬的危害最大。灌溉水中浓度为0.1mg/L,可对水稻种子萌芽有抑制作用。无论是三价还是六价铬的化合物都会使水体的自净作用受到抑制。

④铅的危害 铅及其化合物对人体都是有毒的,突出的影响是损害造血系统和心血管系统、神经系统和肾脏。铅对造血系统和心血管系统的毒害,主要表现为抑制血红蛋白合成、溶血和血管痉挛,如每日摄取铅量超过0.3~1.0mg,就可在人体内积累,引起贫血、神经炎、肾炎和肝炎。天然水体中含铅量一般为0.005~0.01mg/L,铅一般不与微生物作用,但可通过食物链富集。铅对鱼类的致死浓度为0.1~0.3mg/L。铅浓度为0.1mg/L时可破坏水体的自净作用。

⑤砷的危害 砷的氧化物和盐类很容易经消化道、呼吸道和皮肤吸收,但元素砷不易吸收。工业排出的砷大多数为三价的亚砷酸盐、砷粉尘和氧化物。由于三价砷能与人体内的巯基结合而积蓄,导致慢性中毒,因此,三价砷比五价砷的毒性强。人体吸收的砷广泛地分布于各组织,但主要集中于肝内,其次为肾、心、脾等内脏。砷被认为是有致癌、致畸、致突变作用的“三致”物质。砷的口服致死剂量为100~300mg,中毒剂量为10~50mg。敏感者1mg可中毒,20mg可致死。砷可通过食物链富集,海洋生物能从海水中富集大量的砷,故海产品的含砷量一般较高。含砷废水灌溉农田,其农作物亦可将砷富集。砷对农作物的毒害浓度为3mg/L。

⑥铜的危害 铜对人体造血、细胞生长,人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响,如摄入过量的铜,就会刺激消化系统,引起腹痛、呕吐。铜对低等生物和农作物的毒性较大,其浓度达0.1~0.2mg/L即可使鱼类致死,与锌共存时毒性可以增加,对贝壳类水生生物的毒性更大,一般水产用水要求铜的浓度在0.01mg/L以下。对于农作物,铜可使植物吸收养分的机能受到阻碍,植物吸收铜离子后,即固定于根部皮层。灌溉水中含铜较高时,即在土壤和作物中累积,可使作物枯死。铜对水体的自净作用有较严重的影响,浓度为0.01mg/L时,使水的生化耗氧过程明显地受到抑制。

重金属离子除对人体有危害外,对农业和水产也有很大的影响。用含铜污水浇灌农田,会导致农作物遭受铜害,水稻吸收铜离子后,铜在水稻内积蓄,当积蓄的铜量占干农作物的万分之一以上时,不论给水稻施加多少肥料都要减产。铜对大麦产量的影响更严重,当土壤中氧化铜含量占土量的0.01%时,大麦产量仅为无氧化铜时的31.9%,而含量为0.025%时,产量只有0.5%,即基本没有收成。

锌、铅、镉、镍等重金属对植物都有危害。例如日本某矿山废水的pH值为2.6,以游离酸为主,还含有少量的锌、铜、铁,混入部分清水后,pH值为4.5,用这种水进行灌溉,水稻产量减少57%,小麦和黑麦没有收成。

当水中含有重金属时,鱼鳃表面接触重金属,鳃因此在其表面分泌出黏液,当黏液盖满鱼鳃表面时,鱼便窒息死亡。重金属对鱼的安全浓度为:铜、汞0.2~0.4mg/L,锌、镉、铅0.1~0.5mg/L。

在铜、铅、锌的冶炼过程中,制酸工序还会产生大量的污酸废水。如果不处理直接外排入水体,将改变水中正常的pH值,直接危害生物正常的生长。废水中的酸还会腐蚀金属和混凝土结构,破坏桥梁、堤坝、港口设备等。

在金的冶炼过程中会产生大量的碱性含氰废水。氰是极毒物质,人体对氰化钾的致死剂量是0.25g。废水中的氰化物在酸性条件下亦会成为氰化氢气体逸出而发生毒害作用。氢氰酸和氰化物能通过皮肤、肺、胃,特别是从黏膜吸收进入体内,可使全部组织的呼吸麻痹,最后致死。氰化物对鱼的毒害也较大,当水中含氰量为0.04~0.1mg/L时,就可以使鱼致死。氰化物对细菌也有毒害作用,能影响废水的生化处理过程。

因此,对铜、铅、锌冶炼废水的处理主要是处理含重金属离子的酸性污水,对金冶炼厂的废水处理主要是处理含氰的碱性废水。

放射性物质对人类与环境的危害更为严重,更需妥善处理与处置。1.3 钢铁工业废水减排回用与差距1.3.1 废水回用与污染物减排

中国钢铁工业的环境保护从20世纪70年代中期开始,经历了40多年的发展历程,已发生了巨大的变化,污染物排放量不断减少,这是保证中国钢铁工业持续发展的前提和条件。特别是宝钢环保技术的引进与创新,为我国钢铁工业环境保护树立了榜样。就宝钢和新首钢而言,钢铁工业环境保护已达到了世界先进水平。但是,就钢铁工业全行业而言,由于地区差异、水平高低、技术优劣、经济强弱以及其他种种原因,与国外发达国家先进水平相比,存在着不同程度的差距。所以,目前钢铁行业仍是我国工业用水和污染的大户,节水减排仍是当今极其重要的任务。(1)废水减排与处理状况

近10多年来,我国钢铁工业外排废水量、废水处理率与外排废水达标率如图1-5~图1-7所示。图1-5 10多年中国钢铁工业外排废水量变化图1-6 10多年中国钢铁工业废水处理率变化图1-7 10多年中国钢铁工业外排废水达标率变化

由图1-5~图1-7表明:10多年来,中国钢铁工业外排废水量逐年减少,从200804.81万吨/年下降到56014.21万吨/年,下降率为72.10%,废水处理率和外排废水达标率均逐年上升。(2)废水排污与削减状况

近10多年来,钢铁工业废水主要污染物如COD、SS、石油类、氨氮、酚、氰化物(以氰根计)等的排放情况见表1-2。表1-2 2000~2012年钢铁工业废水主要污染物排放情况  

从表1-2可以看出,从2000年到2012年,我国钢产量由1.17亿吨增加到4.68亿吨,增加4.0倍,但废水中排放的污染物不增反减,其中以酚、SS(悬浮物)和氰化物的减排量最多。COD、SS、石油类、酚和氰化物的减排率分别为80.00%、93.94%、90.58%、95.02%和93.53%,氨氮先增后减,近几年来下降较大,说明由于钢产量增速过快,焦化废水处理脱氮设施未能即时同步配套,而在近几年强化了其净化要求,故产生先增高后下降情况。(3)各生产厂排污状况

①废水中主要污染物的厂间分布与吨产品分布状况 根据工序排污专题调研统计,钢铁工业各生产厂废水中主要污染物如COD、SS、石油类、氨氮、酚、氰化物(以氰根计),在生产厂中的分布情况见表1-3。表1-3 废水中主要污染物在生产厂中的分布状况  

由表1-3可知,中国钢铁工业排放COD量按大小排放依次序为焦化、炼铁、轧钢、炼钢和烧结;对悬浮物而言,只有烧结厂排放量较小,其他厂排放量较相近;各厂排放石油类污染物以轧钢厂最多,其次为焦化厂、炼钢厂和炼铁厂,而烧结厂产生量最少;氨氮主要来源于焦化厂。焦化厂是废水中氰化物的主要来源,其次是炼铁厂,烧结厂排放的氰化物最少。废水中COD、氨氮、酚、氰等有毒物均以焦化厂最为明显,说明焦化厂是钢铁企业最严重污染的工厂。

按各生产厂吨产品分析,中国钢铁工业废水主要污染物如COD、悬浮物、石油类、氨氮、酚、氰化物(以氰根计)的排放情况见表1-4。表1-4 废水中主要污染物在各工序吨产品中的排放情况  

由表1-4可知,各厂吨产品排放的COD、悬浮物、石油类、氨氮、氰化物量以焦化厂最多,烧结厂最小;石油类排放量比较大的还有轧钢厂;悬浮物和COD的排放情况,除焦化厂外,炼铁、炼钢和轧钢厂的排放量都比较大;氰化物和氨氮的排放除焦化厂外,其他各厂的排放量都不大。

②各厂COD排放情况 COD(化学需氧量)的排放大小,排放废水中受有机污染物的污染程度与状况,是一项重要指标。

根据《中国钢铁工业环境保护统计》有关资料统计,我国钢铁企业2006~2008年各厂COD排放情况详见表1-5。表1-5 2006~2008年钢铁企业各厂COD排放情况  注:2006年、2007年和2008年的粗钢产量均以《中国钢铁工业环境保护统计》(2006~2008年)的统计数据为准,即为30356.18万吨、35796.06万吨和36336.72万吨。吨钢COD数据据此计算得出。

由表1-5可知,2006~2008年我国钢铁企业按生产厂排放的COD量的大小排序均为焦化、炼铁、轧钢、炼钢和烧结,分别占总量的37.68%、34.07%、36.65%、26.62%、28.27%;27.42%、15.84%、16.81%、15.58%、12.20%;13.33%、12.97%、3.40%、3.67%、3.26%。表1-7的计分析结果表明,钢铁企业每年各厂COD排放量虽有不同,但各厂COD排放量的大小顺序是相同的。这说明:a.钢铁企业各厂所排放的COD和主要污染物是有规律的,以COD表示和体现各厂排放污染物状况与规律是可行的,是符合实际的;b.COD减排与污染物减排是相互关联的,是成线性的;c.表明我国钢铁企业各厂COD和主要污染物逐年排放情况是符合客观规律并与实际排放情况相一致的。因此,钢铁企业废水的污染物减排采用COD减排指标来表述是可行的。(4)生产用水减排状况“十一五”期间,钢铁行业清洁生产与环境保护水平取得较大进步。经过多年的努力,通过建立钢铁清洁生产试点企业等方式,清洁生产与环境保护理念已取得共识并取得显著效果。在此期间,我国大中型企业制订了清洁生产环境保护与循环经济发展规划,除了原来试点外,首钢、邯钢、太钢、湘钢、通钢、安钢、宣钢、孝钢、宁波建龙、武钢、本钢、唐钢、梅钢、水钢、马钢等在“十一五”期间都制订了清洁生产、环境保护与循环经济发展规划。因此,我国钢铁企业用水逐年下降,废水处理回用循环率不断提高,见表1-6。表1-6 1996~2012年钢铁企业用水与重复利用率  ①摘自《中国钢铁工业年鉴》(2008年),《中国钢铁工业年鉴》编辑委员会。注:除①外均摘自《钢铁企业环境保护统计》(1996~2012年)有关数据。3

从表1-6可以看出,钢铁企业吨钢耗水量由1996年的231.92m下33降至2012年的157.37m,下降74.55m,下降率为32.14%;吨钢新水333用量由47.73m下降至3.87m,吨钢新水用量下降了44.18m,下降率为92.59%;废水重复利用率提高了15.49个百分点。

如以1996年钢产耗新水量为基数,在同等产钢量条件下,2012年要比1996年节省新水354.36亿立方米。说明我国钢铁工业用水与节水成效显著。但是由于钢产总量增加,用水总量仍呈上升趋势,用水短缺问题有增无减。1.3.2 技术水平与差距“十一五”“十二五”期间,我国钢铁工业以科学发展观统领全行业发展,为建设和谐、节约型社会,提高钢铁企业自主技术创新能力建设,推行资源节约、资源综合利用,推进清洁生产,发展循环经济,实现和谐和环境友好型社会的关键时期。

中国钢铁工业的环境保护,从20世纪80年代开始,经历了40多年的发展历程,已发生了巨大的变化,污染物排放量不断减少,这是保证中国钢铁工业持续发展的前提和条件。特别是宝钢环保技术的引进与创新,为我国钢铁工业环境保护树立了榜样。就宝钢和首钢京唐等企业而言,钢铁工业节水减排已达到了世界先进水平。但是,就钢铁工业全行业而言,由于地区差异、水平高低、技术优劣、经济强弱以及其他种种原因,与国外发达国家先进水平相比,存在着不同程度的差异。所以,目前钢铁行业仍是我国工业污染的大户。据有关资料介绍,钢铁工业废水排放量仍占全国重点统计企业废水排放量的10%左右,二氧化硫排放量占全国工业二氧化硫排放量的6%左右,烟尘排放量占5%左右,粉尘排放量占12%左右。“十一五”“十二五”期间,我国钢铁企业在先进环保技术和环保工程的实施上进行了成效显著的工作,如在资源回收利用、控制污染、废水处理和循环利用、废气净化、可燃气体回收利用和含铁尘泥、钢铁渣综合利用等方面都取得了重大进展。包括焦化废水脱氨除氮技术、循环与串级用水技术、全厂综合废水处理与脱盐回用技术、煤气净化回收技术、电炉烟气治理技术、冶炼车间混铁炉等无组织排放烟气治理技术,以及焦炉煤气脱硫技术和矿山复垦生态技术等一大批环保技术的有效实施,使得我国钢铁工业节水减排的主要指标取得长足进步,见表1-7。但国内重点钢铁企业之间发展也不平衡,差距还较大。总体而言,我国钢铁企业与国外同类企业之间的差距在缩小,有的指标甚至处于同等水平或略高,但总体水平的差距还是存在的。(1)用水系统技术现状与问题

我国钢铁企业大都是经历由小变大、逐步改造、扩建、填平补齐的过程而发展起来的。因此,我国钢铁企业用水系统与节水减排存在如下弊病。

①不少钢铁企业原来未设循环用水设施,近年来由于环保与用水要求,将间接冷却水与直流冷却水采用同一系统处理,造成间接冷却系统不能全部使用而用新水;浊循环系统又不能全部回用而必须外排。

②循环系统设施不够完善,造成补水量大。不少钢铁企业原设有用水循环系统和设施,但是不完善或设施不配套,有的缺冷却设施,有的缺过滤或沉淀设施,有的缺污泥处理设施,造成有的水温不能达到用户要求,有的水质不能满足要求,有的因污泥排放造成二次污染并带走大量的废水。例如某钢铁厂高炉系统因无冷却系统,或因未设沉淀池而大量补加新水。

③水质稳定设施不完善,造成补水量大。很多钢铁企业已建成循环系统与设施,但因水质稳定处理系统不够完善,或因水处理药剂选择不当,使循环水质失稳,或SS增加或硬度增大,而必须加大补水进行稀释。这在钢铁企业经常发生。

④生产工艺落后,致使工艺用水量大。这是钢铁企业存在的通病。例如高炉冲渣,如采用转鼓法粒化装置工艺,则1t渣只需1t水;若用水冲渣,1t渣需要10t水,且为目前钢铁行业最主要的冲渣方式。又如高炉煤气和顶吹转炉除尘,目前一般均为湿式洗涤工艺。一座33300m高炉,煤气洗涤水一般为300m/h。水中仅SS含量超过2000mg/L,且含有酚氰等有毒物质,处理系统较为庞杂。如采用干法除尘,不仅节约用水,而且杜绝水污染。

⑤循环水系统水的浓缩倍数低,补水量多,排水量大。我国钢铁企业水处理运行的浓缩倍数(除个别企业逐步用水循环系统达3.0外)多低于2.0,宝钢先进企业也仅达到2.5左右。浓缩倍数是节水减排重要的技术经济指标。浓缩倍数越高,所需补水量越少,外排废水量就会减少,反之则补水越多。因此,提高循环水浓缩倍数势在必行。(2)技术水平与差距

我国钢铁工业节水减排技术具有自身的特色,与国外一些发达国家相比并不逊色,并已出现各类示范性清洁工厂。就钢铁行业水处理技术整体而言,差距还是存在的。主要体现在以下几个方面。

①就钢铁企业节水与回用的技术而言,已掌握了串级用水、循环用水、一水多用、分级使用等废水重复利用技术与工艺。循环用水是把废水转化为资源实现再利用;串级用水是将废水送到可以接受的生产过程或系统再使用;分级使用与一水多用是指按照不同用水要求合理配置使水在同一工序多次使用。这种串级用水、按质用水、一水多用和循环使用技术与措施从根本上减少新水用量及废水外排量,是节约水资源、保护水环境的根本途径。

②对于料场废水、烧结废水、高炉冲渣水、转炉除尘废水、连铸机冷却用水等,也已经掌握了处理与回用工艺与技术,并已有一些大型钢铁企业实现对烧结、炼铁、炼钢工序的废水“零排”目标。

③用于处理轧钢乳状油废水和破乳技术,超滤与反渗透等膜技术,以及废酸回收技术、低浓度酸碱废水处理技术,已形成较完整的有效技术。但总体水平的监控仪表与膜材料上尚有差距。

④水质稳定技术与药剂。目前我国在药剂品质、品种上及生产工艺技术上还存在一定差距。就宝钢而言,引进的水处理药剂已经基本国产化,并已形成配套生产供应基地,其他企业的水处理药剂基本为国内供应。但在高效、低毒的药剂种类与品质上,药剂自动投加与药剂浓度实现在线随机监控上,还存在一定差距。

⑤焦化废水处理技术差距不大,但焦化废水的质与量差别很大。我国对焦化废水处理的技术研究十分广泛,据不完全统计有20多种,如A-O(厌氧-好氧)法、A-A-O(厌氧-缺氧-好氧)法、A-O-O(厌氧-好氧-好氧)法以及生物膜法、高效菌法等。但由于焦化废水中COD和氨氮含量高,通常生物脱氮处理后外排废水水质不够稳定并难以达标排放。近年来,由于A-O-MBR(厌氧-好氧-膜生物反应器)技术对焦化废水处理中的突破进展,已显示焦化废水处理回用和实现“零排放”的可能,并已有应用与“零排放”实例。

⑥在节水整体水平上有差距,特别是吨钢耗新水量有较大差距。与发达国家钢铁业相比,我国有代表性的大型钢铁企业与国外大型企业的吨钢耗新水量的差距见表1-8。表1-8表明,我国先进的大型钢铁企业的吨钢耗新水量与先进的国外钢铁企业相比相差2~3倍,说明我国钢铁工业节水减排潜力很大,节水减排工作尚需努力。表1-8 国内外大型钢铁企业吨钢耗新水量情况  

⑦在治理深度上、内涵上存在明显差距。我国钢铁工业环保工作尚未完全脱离以治理“三废”为内容,达标排放为目标,综合治理为手段的发展阶段。以首钢京唐、宝钢而言,总体上处于国际先进水平。但与世界先进水平相比,仍存在一定差距。发达国家的钢铁工业污染治理早已完成,对第二代污染物SO、NO等的治理已处于商业化和2x完善阶段。现已致力于第三代污染物如CO、二英、TSP(总悬浮2颗粒物)、PM(粒径<10μm颗粒污染物)的控制。在水处理方面,10已更多应用微生物技术替代物化法处理技术,以防止二次污染、降低处理成本、提高净化与水资源回用程度。与之相比,我国在污染控制的深度上相差较远,我国对于SO和NO的控制在大型钢铁企业已开2x始应用,但尚未普及;对TSP、PM等指标大多数企业尚缺乏认10识,未能全面提上治理日程;对二英、CO、粉尘中重金属的控制,2以及废水深度处理替代技术还处于开发研究阶段,在标准规范的制订与监控水平上有差距。1.4 有色金属工业废水减排回用与差距1.4.1 有色冶炼用水与废水水质状况

有色金属工业废水年排污量约9亿吨,其中铜、铅、锌、铝、镍等五种有色金属排放废水占80%以上。经处理回用后有2.7亿吨以上废水排入环境造成污染。与钢铁工业废水相比,废水排放量虽小,但污染程度很大。由于有色金属种类繁多,生产规模差别较大,废水中重金属含量高,毒性物质多,对环境污染后果严重,必须认真处理消除污染。

重金属是有色金属废水最主要的成分,通常含量较高、危害较大,重金属不能被生物分解为无害物。重金属废水排入水体后,除部分为水生生物、鱼类吸收外,其他大部分易被水中的各种有机和无机胶体及微粒物质所吸附,再经聚集沉降沉积于水体底部。它在水中的浓度随水温、pH值等的不同而变化,冬季水温低,重金属盐类在水中的溶解度小,水体底部沉积量大,水中浓度小;夏季水温升高,重金属盐类溶解度大,水中浓度高。故水体经重金属废水污染后,危害的持续时间很长。其中铜、铅、铬、镍、镉、汞、砷等重金属的危害性最为严重。

有色金属种类繁多,矿石原料品位差别很大,且冶炼技术与设备先进与落后并存,生产规模各异。因此,有色金属生产企业用水与排水量差别较大。有色工业是用水大户,吨产品用水量较大,见表1-9。3表1-9 有色金属冶炼吨产品平均用水量  单位:m/t

有色金属工业废水的复杂性与多样性的主要原因是有色金属冶炼所用的矿石大多为金属复合矿,含有多种重有色金属、稀有金属、贵金属以及大量的铁和硫,并含有放射性元素等。在冶炼过程中,往往仅冶炼其中主要的有色金属,而对低品位的有色金属常作为杂质以废物形式清除。一般而言,几乎所有的有色金属冶炼废水都含有重金属和其他有害物质,成分复杂,毒性强,危害大。

表1-10列出国外锌、铜、铅冶炼厂废水水质。表1-11列出国内铜、铅锌冶炼厂废水水质。表1-10 国外有色金属冶炼厂废水水质  表1-11 国内有色金属冶炼厂废水水质  

同一有色金属冶炼废水水质随工艺方法的差别而异,即使是同一工厂也会因操作情况、生产管理的优劣而差异较大。例如,烧结法生产氧化铝厂的废水含碱量为78~156mg/L(以NaO计);联合法厂为2440~560mg/L,但在管理水平较差的情况下,可达1000~2000mg/L。几种不同生产工艺的氧化铝厂的废水水质见表1-12。表1-12 不同生产工艺的氧化铝厂废水水质  

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