1.前言

近年來，我國鋼鐵企業(yè)通過技術(shù)改造，基本實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)內(nèi)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(dú)立的管渠系統(tǒng)內(nèi)排除。采用分流制排水的主要原因是：①減少污水排放量，滿足環(huán)境保護(hù)的需要；②可以對工業(yè)污水單獨(dú)收集、集中處理并回用，減少工業(yè)新水用量。

隨著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題。

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

2.建立雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的設(shè)想

所謂雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)，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(tǒng)內(nèi)排除。其前提是，在排水系統(tǒng)的末端設(shè)有雨水和污水處理設(shè)施，對雨污水進(jìn)行集中處理。采用雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)可在廠區(qū)內(nèi)減少一套排水管網(wǎng)，節(jié)約建設(shè)、管理、運(yùn)營成本。

3.建立雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)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(guī)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(dǎo)致降雨在不同時(shí)間的數(shù)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(nèi)，降雨具有隨機(jī)性和偶然性，因此雨水排水具有時(shí)程變化的隨機(jī)性[1]。

由于雨水排水具有時(shí)程變化的周期性和隨機(jī)性，因此雨水排水具有常年水量穩(wěn)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。雨水在降落過程中，空氣中的溶解性氣體、溶解或懸浮狀固體、重金屬及細(xì)菌等會(huì)進(jìn)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(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(zhì)會(huì)因地點(diǎn)、時(shí)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(zhì)較差；隨著降雨歷時(shí)的延續(xù)和徑流的持續(xù)，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(wěn)定。以寶鋼為例，其寶山廠區(qū)雨水排除掉初期徑流后，雨水的pH約為7~9，電導(dǎo)率不超過300μS/cm。從總體上來說，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)污水按其來源來分，可以分為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水，脫鹽水、軟化水及純水制取設(shè)施產(chǎn)生的濃鹽水、鋼鐵廠各工序在生產(chǎn)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢水等。與雨水排水相比，其排水量相對穩(wěn)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(shù)也相對較小，一般日變化系數(shù)(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(zhì)特點(diǎn)

對于鋼鐵企業(yè)來說，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(yīng)主工藝單元處理達(dá)到全廠工業(yè)污水納管標(biāo)準(zhǔn)后排至全廠工業(yè)污水管網(wǎng)或是直接接入全廠回用水管網(wǎng)，因此無論是從水質(zhì)上講還是從水量上來說，鋼鐵企業(yè)全廠工業(yè)污水也主要來源于循環(huán)水系統(tǒng)的排污水(濁循環(huán)水系統(tǒng)排污水)，根據(jù)濁循環(huán)水系統(tǒng)排污水的特點(diǎn)，鋼鐵企業(yè)全廠工業(yè)污水一般具有以下主要污染物：濁度、COD、硬度與堿度、油類、鹽類等[3][4]。

表2是列舉的國內(nèi)幾個(gè)鋼廠工業(yè)污水的主要水質(zhì)參數(shù)表。

表2 國內(nèi)鋼廠工業(yè)污水水質(zhì)參數(shù)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(tǒng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于工業(yè)污水量，但年雨水排水總量遠(yuǎn)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500萬噸。根據(jù)雨量公式，當(dāng)降雨歷時(shí)5min時(shí)，按重現(xiàn)期為3年計(jì)算，綜合徑流系數(shù)設(shè)為0.8，最大設(shè)計(jì)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(jù)工廠的總體規(guī)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(tǒng)而言，平時(shí)雨水量恒定且較小，降雨時(shí)系統(tǒng)排水量遠(yuǎn)大于平時(shí)，具有較大的水量沖擊負(fù)荷。

3.3.2水質(zhì)分析

采用雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)后，在不降雨時(shí)，管網(wǎng)系統(tǒng)中的水為工業(yè)污水；在降雨時(shí)，管網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)中的排水水質(zhì)居中。雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)也具有較大的污染負(fù)荷沖擊。

目前國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)，均逐步在其常規(guī)工業(yè)污水處理設(shè)施之后建設(shè)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(shè)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)主要問題是工業(yè)污水的進(jìn)水含鹽量過高，在數(shù)據(jù)指標(biāo)上常以電導(dǎo)率值來體現(xiàn)。全廠工業(yè)污水的電導(dǎo)率值一般都在3000μS•cm以上，工業(yè)用純水的電導(dǎo)率值一般要求在10μS•cm以下，工業(yè)新水的電導(dǎo)率值一般要求在500μS•cm以下。經(jīng)過雙膜法處理后，產(chǎn)生的工業(yè)新水完全可以達(dá)到使用的要求，但是如果制成純水用于生產(chǎn)則可能出現(xiàn)較難達(dá)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(bǔ)入脫鹽系統(tǒng)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(tǒng)后，原工業(yè)污水高電導(dǎo)率的問題在降雨時(shí)節(jié)可得到有效解決，對于節(jié)能減排有著積極的意義。

4.建立雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的具體方式

4.1雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)置

目前，鋼鐵企業(yè)雨水排水管網(wǎng)常采用重力流無壓敞開式管網(wǎng)系統(tǒng)。在排水入天然水體處在必要的情況下，設(shè)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(tǒng)。各排水點(diǎn)均設(shè)置增壓設(shè)施將工業(yè)污水排至全廠工業(yè)污水管網(wǎng)。

由水量分析可以得知，雨水的瞬時(shí)量要遠(yuǎn)大于工業(yè)污水排水量，因此應(yīng)以原雨水排水系統(tǒng)的管網(wǎng)作為雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的管網(wǎng)。以原雨水排水系統(tǒng)管網(wǎng)作為雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的管網(wǎng)后，一方面可以節(jié)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(guī)范工業(yè)污水的收集工作也非常有益。

4.2水處理設(shè)施的設(shè)置

雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)設(shè)置的關(guān)鍵在于后續(xù)的水處理設(shè)施。從當(dāng)前實(shí)際情況出發(fā)，在鋼鐵企業(yè)設(shè)置專門的大型雨水處理設(shè)施和雨水儲(chǔ)存設(shè)施不符合現(xiàn)狀和國情，因此雨水處理往往應(yīng)該與工業(yè)新水處理、工業(yè)污水處理等結(jié)合在一起統(tǒng)一考慮。鋼鐵企業(yè)現(xiàn)普遍建有工業(yè)新水處理設(shè)施和工業(yè)污水處理設(shè)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(shè)施處理。降雨初期過后，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(shè)施。不降雨時(shí)，雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)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(shè)施進(jìn)行相關(guān)處理。
附圖一為雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)工藝原理圖，供參考。

5.雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的運(yùn)行控制

5.1雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)水質(zhì)控制問題

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，如何控制雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)出水的去向是實(shí)現(xiàn)雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，即如何界定初期雨水的問題。

由于雨水是優(yōu)質(zhì)的淡水資源，因此可以考慮以電導(dǎo)率值來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(biāo)志。

在雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)管網(wǎng)末端設(shè)置分配井，分配井設(shè)通往工業(yè)新水處理設(shè)施的出口和通往工業(yè)污水處理設(shè)施的出口。分配井的兩個(gè)出口設(shè)置電動(dòng)閥門，分配井內(nèi)另設(shè)置電導(dǎo)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(dǎo)率值較高，開啟分配井通往工業(yè)污水處理設(shè)施的電動(dòng)閥門，關(guān)閉分配井通往工業(yè)新水處理設(shè)施的電動(dòng)閥門，使工業(yè)污水能夠正常送往工業(yè)污水處理設(shè)施處理。降雨初期，管網(wǎng)中的雨污混合水水質(zhì)較差，導(dǎo)致電導(dǎo)率值也較高，開啟分配井通往工業(yè)污水處理設(shè)施的電動(dòng)閥門，關(guān)閉分配井通往工業(yè)新水處理設(shè)施的電動(dòng)閥門，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(shè)施處理。降雨后期，管網(wǎng)中的雨污混合水水質(zhì)較好，導(dǎo)致電導(dǎo)率值也較低，開啟分配井通往工業(yè)新水處理設(shè)施的電動(dòng)閥門，關(guān)閉分配井通往工業(yè)污水處理設(shè)施的電動(dòng)閥門，使水質(zhì)較好的雨污混合水能夠送往工業(yè)新水處理設(shè)施處理。

如果因降雨量較少，雨水量小于工業(yè)污水量，導(dǎo)致雨污混合水的電導(dǎo)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(shè)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(dǎo)率值應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定，甚至要通過一段時(shí)間的實(shí)踐運(yùn)行才行。

5.2雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)水量調(diào)節(jié)問題

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，需要解決的另外一個(gè)問題是雨水的調(diào)蓄。在不設(shè)置專門的雨水儲(chǔ)存池或調(diào)節(jié)池的前提下，充分挖掘工業(yè)新水處理設(shè)施和工業(yè)污水處理設(shè)施的調(diào)節(jié)功能成為必然的措施。工業(yè)新水調(diào)節(jié)池、新水池和工業(yè)污水的調(diào)節(jié)池、回用水池都可以提供一部分調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)時(shí)，首先要在條件許可前提下，適當(dāng)增大工業(yè)新水處理設(shè)施和工業(yè)污水處理設(shè)施水池的調(diào)節(jié)能力；另外，雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)并非需要覆蓋全廠，對于雨水可以按照不同的區(qū)域加以選擇。如大型廠房的屋面雨水，其水質(zhì)較好，可納入雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)；其它環(huán)境較差的區(qū)域可以不納入雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的范疇。

6.小結(jié)

雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)的應(yīng)用是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)雨水資源化、保護(hù)環(huán)境的重要手段。雨污聯(lián)合排水系統(tǒng)是一項(xiàng)目系統(tǒng)工程，其設(shè)計(jì)需要周密的考慮。

參考文獻(xiàn)
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[3]金亞飚.淺談鋼鐵企業(yè)工業(yè)污水處理現(xiàn)狀和存在的問題[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(hù)，2008，6：28-32.

金亞飚，男，學(xué)士，高級(jí)工程師/注冊公用設(shè)備工程師，從事鋼鐵企業(yè)給排水設(shè)計(jì)和冶金環(huán)境保護(hù)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(dǎo)報(bào)》雜志特約編委，jinyabiao@baosteel.com/jyb707@sina.com。作者: 金亞飚