4.3 钢铁工业节水减排目标与“零”排放的可能性分析
4.3.1 钢铁工业节水减排目标与实践
（1）钢铁工业节水减排目标与要求
“十一五”期间中国钢铁工业推行与落实以“三干三利用”为代表的循环经济理念促进钢铁工业可持续发展。其中节水减排与提高用水循环利用，就是要建立钢铁生产工序内部、工序之间以及厂际间多级、串级利用，提高水的循环利用率，提高浓缩倍数，实现减少水资源消耗，减少水循环系统废水排放量。具体措施包括：a.尽可能采用不用水或少用水的生产工艺与先进设备，从源头减少用水量与废水排放量；b.采用高效、安全可靠的处理工艺和技术，提高废水利用循环率，进一步降低吨钢耗新水量；c.采用先进工艺与设备对循环水系统的排污水及其他外排水进行有效处理，使工业废水资源化与合理回用，努力实现废水“零”排放。
根据《2006～2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南》中的钢铁行业的环境目标的要求，2006～2020年钢铁企业节水减排的主要目标见表4-2［28］。
表4-2 钢铁企业中长期节水减排主要目标
我国钢铁工业高速增长的过程中（主要是钢、铁和钢材产量高速增长），由于采用各项节水减排技术与废水处理回用措施及其强化管理，钢铁企业用水量已从高速增长逐步变为缓慢增长，随着节水减排工艺的技术进步，将为钢铁工业增产不增新水用量，甚至出现负增长趋势是可能的。
（2）重点钢铁企业实现节水减排目标的技术措施与实践
为了贯彻落实《2006～2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南》中的“钢铁行业的环境目标”以及十一五“钢铁工业节水要求”，国家科技部组织钢铁行业进行节水技术攻关，技术集成和节水新技术推广应用，已在生产实践中取得很多节水减排工作实践与经验。
①宝钢采用系统管理水资源方法，稳定循环水水质，进一步提高水的重复利用率 首先加强用水分析管理，制定节水目标，通过组织全公司范围内从原料、烧烤到冷轧、钢管，开展了系统的水平衡测示工作。通过对用水量的分析，掌握了对用水量的分布及宝钢节水工作的重点，对供水总量影响较大的用户进行重点分析，细化单元用水情况，有针对性提出节水措施，并能取得较好的节水效果。宝钢还进行了工序耗水、系统循环率、浓缩倍数指标分析；制定节水规划，明确节水目标，消除设计上的不合理用水状况，改直流用水点为循环回用；调整管网供水压力和系统的供水方式，有条件的实行峰值供水和小流量连续补水等措施；建立厂区生活污水处理站，实施中水回用和拓展多种回用途径；开发串接水使用用户，如将高炉区原使用净环水、工业用改用串接水，减少新水用量实现节水减排；对钢管废水和冷轧废水进行深度处理回用替代工业水以及对围厂河水经处理后用于串接水和全厂用水，实现废水资源高效利用。
②济钢实行“分质供水、分级处理、温度对口，梯级利用、小半径循环，分区域闭路”的用水方式促进和提高用水循环利用率 在用水过程中，根据生产工序不同对水质、水量水温进行合理分类，从而减轻末端治理的压力；按照各工艺不同的特点，着力推行小半径循环，大幅度降低用水的循环成本；运用水资源与能源的内在联系，充分利用物料换热回收热能，依靠水技术进步带动废弃物资源化利用；通过工序过程用水的系统优化和合理的量、质匹配减少用水量和逐级减少（或改变）系统补水水源进行源头削减，进而减少废水处理和排放量。对新投产的设备全部采用了循环水水质稳定新技术，大大提高了循环水的复用率，系统补水量逐步降低，用水浓缩倍数大幅升高，例如，高炉煤气洗涤系统的浓缩倍数达9.4，转炉除尘系统达5.4。
③莱钢围绕节水减排，实现工业废水零排放的目标，积极开展研究与应用，吨钢用水量大幅下降，达国内领先水平 为实现工业废水“零”排放的目标，积极采用节水新技术，改造完善循环用水系统；充分回收利用废水资源；优化供水系统，实现水的串级利用；根据各工序用水特点和厂距状况，实行废水就近处理循环回用；强化废水零排考核办法，完善用水计量与监督，最大限度减少用水量与非生产用水，基本实现工业废水“零”排放。
4.3.2 钢铁工业节水减排与废水“零”排放的新理念
4.3.2.1 时代背景与环境友好型发展思路
我国粗钢产量2010年达6.267亿吨，已连续15年稳居世界第一，实现了大国之梦，但未能实现钢铁强国的转变。据国统计局统计，全国共有钢铁企业3800余家，具备炼铁、炼钢能力企业1200家，其中粗钢产能超过500万吨有24家，300万～500万吨有24家，100万～300万吨有28家。经估算，全国48家300万吨以上企业的钢产能之和约占全国粗钢的比重45％。可见产业集中度还很低，与国家要求2010年，国家排名前10名的钢铁企业钢产量占全国比重达50％以上的差距还较大，这是我国钢铁工业发展历史遗留的问题，也为我国钢铁工业持续发展和水资源有效利用带来致命问题。
当今国家已经把GDP的增长作为预期性的指标，把节能降耗和污染减排指标作为必须确保完成的约束性指标，要求人们一切工作的出发点，必须是走资源节约型、环境友好型的发展思路和路线，通过清洁生产防治手段，运用循环经济组织形式，实现可持续发展战略目标。
4.3.2.2 节水减排与废水“零”排放的新思维、新理念
（1）清洁生产是实现经济与环境协调发展的环境策略
清洁生产要求实现可持续发展，即经济发展要考虑自然生态环境的长期承受能力，既使环境与资源能满足经济发展需要，又能满足人民生活需求和后代人类的未来需求；同时环境保护也要充分考虑经济发展阶段中的经济支撑能力，采取积极可行的环保对策，配合和推进经济发展历程。这种新环境策略要求改变传统的环境管理模式，实行预防污染政策，从污染后被动处理，转变为主动，积极进行预防规划，走经济与环境可持续发展的道路［24］。
（2）循环经济核心原理是节水减排和废水“零排”的理论基础
所谓循环经济本质上是一种生态经济，是将生态平衡理论与经济学相结合，按照“减量化、再利用、再循环”原则，运用系统工程原理与方法论，实现经济发展过程中物质和能量循环利用的一种新型经济组织形式。它以环境友好的方式，利用自然资源和环境容量来发展经济、保护环境。通过提高资源利用效率、环境效益和发展质量，实现经济活动的生态化，达到经济效益与环境效益的双赢。其特征是自然资源的低投入、高利用和废弃物低排放，形成资源节约型、环境友好型的经济与社会的和谐发展，从根本上消除长期存在的环境与发展之间尖锐对立的局面。
从上述分析表明：清洁生产既是一种防治污染的手段，更是一种全新的生产模式，其目的是为了达到节能、降耗、减污、增效的统一；循环经济是一种新型经济组织形式，是按照自然生态系统的模式把经济活动组织成一个“资源—产品—再生资源”的物质反复循环流动过程的组织形式，是为了达到从根本上消除环境与发展长期存在的对立；可持续发展是经济社会发展的一项新战略，其核心问题是实现经济社会和人口、资源、环境的协调发展，三者是一脉相通的，其最终目标是实现经济活动的生态化、环境友好化、资源节约化，达到经济效益、社会效益与环境效益的统一。据此原则和理念，我国钢铁工业节水减排工作应注入新的理念，其研究工作重点应按废水生态化的要求进行技术延伸与完善［23，24］。
（3）减量化、再利用、再循环的核心原则
减量化、再利用、再循环（即“3R”原则）既是循环经济的核心原则，也是实现钢铁工业节水减排和废水“零”排放的基本原则。
①减量化原则 属于源头控制，是实现循环经济和钢铁工业节水减排的首要原则，它体现当今环境保护发展趋势，其目的是最大限度地减少进入生产和消费环节中的物质量。对钢铁工业而言，首先应提高和改进生产工艺先进水平，使吨钢耗水最小化。例如，采用干熄焦、高炉与转炉煤气干法净化除尘，高炉富氧喷煤，熔融还原COREX炉、热连铸连轧等工艺，可大大减少热能和水的消费量。目前国内大多数企业都采用湿法净化煤气，均消耗大量用水，又产生二次污染，若用干法除尘净化可实现节水与零排。
对水资源利用应统筹规划，实施串级供水、按质用水、一水多用和循环用水的措施，力求降低新水用量，削减吨钢用水与外排废水量。如冷却水可供煤气洗涤除尘用水，再用于冲渣用水和原料场的酒水等。一般钢铁联合企业，废水处理量约占总用水量的30％～40％［17］。净环水的排污水一般可作为浊环水的补充水，通过串接循环使用，可大大消减企业水资源消耗量。
②再利用原则 是属于过程控制，其目的是提高资源的利用率，将可利用的资源最大限度地进行有效利用。对钢铁工业而言，应积极有效利用水资源和多渠道开发利用非传统水资源，以缓解钢铁工业的持续发展中水资源短缺的瓶颈问题，这是近年来世界各国普遍采用的可持续发展的水资源利用模式，也是用水节水的新观念、新途径。
1）雨水再利用。雨水再利用是一项传统技术，在美国、德国、日本、丹麦等国得到十分重视，许多国家已把雨水资源化作为城市生态用水的组成部分。雨水作为一种免费水资源，只需少量投资就可作为一种水资源进行再利用。钢铁企业厂区面积较大，能收集大量雨水，若将厂区的雨水收集与利用将可化害为利、一举两得。目前所建的雨水工程是将雨水视为废水而外排，造成大量水资源浪费。事实上雨水经简单处理后就可达到杂用水的水质标准，可直接用于钢铁企业的原料场与车间地坪洒水、绿化、道路以及对水质无严格要求的用户。这不仅可在一定程度上缓解钢铁企业水资源供需矛盾，还可减少企业的雨水排水工程支出，缓解城市与企业的雨、污水处理工程的负荷。我国新建的首钢京唐工程已实现雨水的再利用，其节水效果显著［29］。
2）城市污水再利用。城市污水的处理费用一般是工业废水处理费的1/2，其处理工艺比较成熟。从城市污水量和水质而言；经妥善处理不仅可用于直接冲渣和冲洗地坪用水，并可作为深度脱盐处理制取工业新水、纯水、软化水、脱盐水的水源［30］。如果城市污水再利用能在钢铁行业普遍采用，既能缓解钢铁企业的用水压力，同时也能大大降低城市生活用水的压力，可将城市上游水资源用于城市的发展与开发。另外，将城市污水作为钢铁企业的水源，可将钢铁业从与城市争水转变到城市用水的下游用户，既可以极大地减少对城市上游新水的需求量，并将钢铁行业从一个用水大户、污染大户转变为一个接纳污水大户，清除污染大户。其经济效益、社会效益与环境效益是非常巨大的。
3）海水再利用
a.海水直接冷却利用。随着人类对海水认识和利用的发展，海水直接冷却已是成熟工艺。目前，在我国天津、大连、上海等沿海城市电力、石油、化工等行业均取得成功应用。在钢铁行业中日本加古川钢铁厂的海水直接冷却约占其冷却水总量的45％［30］。根据钢铁产业政策，今后新建的钢铁厂将靠近大海，而钢铁企业在生产中需大量使用冷却水，因此海水作为一种再利用冷却水资源是发展方向，这将大大地缓解钢铁生产需要的冷却水资源紧缺问题。首钢京唐工程实践表明，海水直接冷却利用可缓解水资源紧缺问题［29］。
b.海水淡化利用。开发利用海水资源，是节水的新观念、新途径，近年来在世界各国已得到普遍采用。加鼓励企业开发利用非传统的水资源，目前中国企业自取的海水和苦咸水的水量不纳入定额计量管理的范围。利用海水淡化水与传统水资源合理使用，将可大大地减轻钢铁厂生产发展需要的水资源短缺问题。海水淡化已是成熟技术，一般成本在4.5～6元/m3（包括取水、生产、回收、日常运行、管理及经营等方面费用）。如淡化水产量在（8～10）×104m3/d规模时，其成本可降至3元/m3［17，30］。目前，我国年海水用量为256×108m3，比日本（1200×108m3）和美国（2000×108m3）相差较大。我国一些沿海地区的大型钢铁企业正在研究海水淡化技术，解决水资源短缺的问题，首钢京唐工程已有海水淡化利用实践，宝钢的湛江工程也在积极探索中［17，29］。
③再循环原则 是末端控制，其目的是把废物作为二次资源并加以利用，以期减少末端处理负荷。再循环应包括两个层次：其一是钢铁企业内部小循环；其二是深层次的社会大循环。
1）钢铁企业内部，实施水资源的循环利用。钢铁企业的工业废水和生活污水经过净化处理后，再作为补充水用于各个生产工序的水循环系统，这既可大幅提高水重复利用率、减少取水量和废水排放量，又可减轻各单位水处理设施压力，保证正常供水。例如，国内某钢铁企业，对各生产工序均设置循环水系统，充分发挥废水处理回用功效，使得生产水、生活水、脱盐水、软水均得到充分使用，有效提高水资源利用效率，最大限度地节约用水与节水减排，使吨钢耗新水3.9m3/t，达到世界吨钢耗新水最先进水平［17］。宝钢根据工序对水质要求不同，实行工业水、过滤水、软水和纯水四个供水系统，这四个系统的主要用途是作为循环系统的补充水。以铁厂为例，高炉炉体间接冷却水循环系统、炉底喷淋冷却水循环系统，高炉煤气洗涤水循环系统等“排污”水，依次串接循环使用、前一系统排水作为后者补充水。而高炉煤气洗涤循环系统“排污”水，作为高炉冲渣水循环系统的补充水；水冲渣循环系统，则密闭不“排污”。这种多系统串接排污循环使用，最终实现无排水，这是宝钢实现98％以上用水循环率的有力措施，是国内钢铁企业内循环用水的典范。
2）深层次的大循环。钢铁企业用水应与周围地区协调发展，应通过吸收城市污水和厂周围地区废水再循环，为钢铁生产提供水资源，并将经处理后较好水质供给周围地区，回报于社会，建立水资源的良性互动与循环。例如，城市污水处理再循环利用就是实例［30，31］。
4.3.3 钢铁工业节水减排与废水“零”排放的可能性分析
随着国家对节水减排工作要求的日益提高，即将公布的新的《钢铁工业水污染物排放标准》对现有企业和新建企业的工业废水排放提出了更为严格的要求，因此，钢铁企业全厂工业废水将作为非传统水资源，已经越来越受到各大钢铁企业的重视。
（1）废水生态化原理是节水减排和废水“零”排放的技术依据与主要途径
生态工业学是可持续发展的科学，它要求人们尽可能优化物质—能源的整个循环系统，从原料制成的材料、零部件、产品，直到最后的废弃，各个环节都要尽可能优化。对钢铁工业系统而言，其生态化的核心就是物质和能源的循环，不向外排放废弃物。为了从根本上解决钢铁工业废水对水环境的污染与生活破坏，必须把整套循环用水技术引入生产工艺全过程，使废水和污染物都实现循环利用。钢铁企业把生产过程中排出的废水及其污染物作为资源加以回收，并实现循环利用，其实质是模拟自然生态的无废料生产过程。尽量采用无废工艺和无废技术是为了使这个系统不超过负荷，能正常良好运转，而工艺的自动化在一定的程度上可以起到系统的调控机能。
所谓水循环经济就是把清洁生产与废水利用和节水减排融为一体的经济，建立在水资源不断循环利用基础上的经济发展模式，按自然生态系统模式，组成一个资源—产品—再生资源的水资源反复循环流动的过程，实现污水最少量化与最大的循环利用。即对钢铁企业用水进行废水减量化、无害化与资源化的模式研究过程［25］。“分质供水—串级用水”一水多用的使用模式；“废水—无害化—资源化”的回用模式；“综合废水—净化—回用”的循环利用模式。
这个最优化循环经济过程称为钢铁工业废水生态化，它是节约水资源，保护水环境最有效的举措。因此，最少量化、资源化、无害化、生态化用水技术必将成为控制钢铁工业水污染的最佳选择，并将越来越受到人们的重视，是我国乃至世界钢铁工业水污染的综合防治技术今后发展的必然趋势，也是当今世界最为热门的研究课题［24，25］。
（2）新标准、新规范对钢铁企业节水减排提出严格要求与规定
我国《钢铁工业发展循环经济环境保护导则》（国标HJ 465—2009）已于2009年7月实施，已酝酿6年之久的新版《钢铁工业污染物排放标准》已公布实施，上述“导则”与“标准”对钢铁工业的节水减排与废水“零”排放提出明确规定与要求。
①国标《钢铁工业发展循环经济环境保护导则》的有关规定与要求［32］ a.强化源头控制，实现源头用水减量化；b.对新水与循环水应按分级分质供水原则，实现废水回用与提高水的重复利用率；c.全面配置循环用水技术所必需的计量监控等技术和设备；采用节水冷却技术和设备，如汽化冷却、蒸发冷却、管道强制吹风冷却等，实现冷却水用量最小化。d.对烧结、球团工序、炼铁工序、转炉炼钢工序的生产废水要实现“零”排放，其中如有少量排污水非排不可时，也应收集排入总废水处理厂经处理后循环回用；e.对焦化工序高浓度有机废水和含有煤、焦颗粒的除尘废水应分别处理后回用不得外排；f.冷轧工序废水应先分别设置单独处理设施达到车间排放标准后再排入综合废水处理厂，经处理后循环回用。
②新版《钢铁工业污染物排放标准》有关规定与要求 新的《钢铁工业水污染物排放标准》［33］将按钢铁生产过程的工序分别制订，整个排放标准体系，由采选矿标准、烧结标准、炼铁标准、铁合金标准、炼钢标准、轧钢标准、联合企业水污染物排放标准7个具体的排放标准组成，并把焦化工序的焦化的水染物排放，从《钢铁工业水污染物排放标准》分离出来按《焦化工业污染物排放标准》进行严格控制。该“标准”规定对现有企业的烧结（球团）炼铁工序的废水要实行“零”排放；对新建企业还要增加炼钢工序废水“零”排放。该“标准”的实施，将意味着钢铁工业要执行更加严格的废水排放标准，必将有一批生产装备比较落后、资源能源消耗高、环境污染较重、用水量大的企业被淘汰出局。生产废水作为非传统水资源进行高效利用，已越来越受到大型钢铁企业的重视，并已有很多大型企业建立综合废水处理厂实用废水回用“零”排放［34］。因此钢铁工业节水减排和废水“零”排放是钢铁工业清洁生产和循环经济发展的必然趋势与选择。
（3）综合废水处理回用是实现节水减排废水零排最有效途径与技术保障
要实现钢铁工业节水减排与废水“零”排放，要从如下几个方面配套研究和技术突破［35］：a.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的平衡为主要研究内容，实现最大限度地将废水分配和消纳于各级生产工序最大化节水的目标；b.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、循环用水、废水处理回用的水质指标为研究内容，实现企业废水最大循环利用的目标；c.以保障落实“焦化废水不得外排”为核心，以焦化废水无污染安全回用和消纳途径为主要研究内容，最终实现焦化废水“零”排放的目标；d.以保障钢铁企业综合废水安全回用为核心，以经济有效的处理新工艺与配套设备和以出厂水脱盐为主要研究内容，最终实现钢铁企业废水“零”排放的目标。
上述四个方面是实现钢铁工业节水减排和废水“零”排放的关键，相互构成有机的联系，前者为废水“零”排放提供基础，后者是实现“零”排放的保障［35，36］。
钢铁企业外排废水综合处理回用是我国钢铁工业发展的国情特色。由于我国钢铁企业发展历程大都是由小到大、经历改造、扩建、填平补齐历程而逐步发展完善的。因此钢铁企业用水量大，用水系统不完善循环率低；钢铁企业的废水种类多，分布面广，排污点分散，即使有的企业各废水产生工序设有循环水处理设施，但由于供排水系统配置、技术、应用及管理上原因，各工序水处理设施的溢流和事故排放，加上生活污水和工艺排污与跑、冒、滴、漏，因此钢铁企业产生的总外排废水都比较大。如将这些外排废水进行综合处理回用，既提高用水循环率，又实现废水“零”排放。
基于钢铁企业外排废水综合处理回用对钢铁工业持续发展的重要性迫切性，国家科技部将“钢铁企业用水处理与污水回用技术集成与工程示范”和“大型钢铁联合企业节水技术开发”分别列入“十五”“十一五”国家科技攻关计划。
经科技攻关与节水实践表明综合废水处理回用对钢铁企业节水减排与废水“零”排放意义与作用重大，效果显著。例如，日照钢铁集团公司综合废水处理厂规模30000m3/d，经处理后20000m3/d回用于热轧用水系统，10000m3/d经脱盐后补充至生产新水系统［32］。目前首钢京唐、莱钢、济钢、邯钢和攀成钢均已实现废水“零”排放［37，38］。