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某钢铁厂钢轧区初期雨水梯级利用工程实践

2023-09-12 319 上传者：管理员

摘要：以某钢铁厂钢轧区初期雨水梯级利用工程项目为例，通过分析当地降雨量及径流特征，计算明确了初期雨水量、调蓄容积等关键参数，并充分利用企业现有污水处理站富裕处理能力，实现了初期雨水的有效处理和资源化回用。本工程实例可为其他钢铁企业提供初期雨水治理、降低吨钢耗新水量的新思路。

关键词：
初期雨水
梯级利用
水利水电
节水减排
调蓄容积
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引言

初期雨水带来的面源污染不可忽视，降雨冲刷和携带的污染物质成为了影响水体水质下降及河口污染的重要因素[1]。在工业区中，30%的降雨径流中分别携带了70%的TSS和30%左右的氮磷污染[2]。钢铁企业内金属粉尘相对含量较高，因此雨水中最主要的污染物是金属粉尘产生的SS（如氧化铁粉尘颗粒等），其中初期雨水包含了雨水污染物总量的80%～90%[3]。

随着国家双碳政策的持续深化推进，钢铁企业新水用量日益受限，未来将会对吨钢耗新水量、吨钢排水量等指标提出更加严格要求，雨水的资源化回用将是钢铁企业节水减排十分经济有效的途径[4,5]。

中部地区某钢铁厂坐落长江之滨，企业水源主要为取自长江的新水和企业污水处理站处理后的回用水。由于建厂时间较早，厂区排水系统原设计采用雨污合流排水体制，且厂区周边生活区市政污水及工业园区废水也借道钢厂排放，废水经排水箱涵排放至企业污水处理站。随着钢轧区污、废水截污管网建设等工程的投运，钢轧区实现雨污分流，生产废水、生活污水通过新建截污管网输送至企业污水处理站，区域内原排水箱涵成为雨排水专用通道，企业污水处理站来水量大幅度降低。

本文针对该钢铁厂钢轧区初期雨水收集、处理及回用的改造方案以及充分利用现有设施的改造思路进行分析，探讨钢铁企业初期雨水梯级利用及节水减排的实践成效。

1、初期雨水梯级利用改造思路

1.1现状及存在问题

钢轧区包含炼钢、连铸、热轧等生产单元，总汇水面积约为1 085 hm2，其中道路、屋顶等硬化面积约占70%，绿化面积约占30%。汇水区域内主要有5条排水骨干箱涵，分别为钢轧主线1、钢轧主线2、二热轧、三冷轧线及钢轧主线汇总线。雨水分别由排口1、排口2、排口3汇入明渠，初期雨水泵送至企业污水处理站处理，后期雨水通过拦水坝溢流至河流水体，最终排入长江。钢轧区雨排水系统如图1所示。

图1钢轧区雨排水系统

企业污水处理站旱季接纳污水经处理达标后全部回用，可实现非雨天零外排，但雨季时大量雨水进入污水处理站，造成废水水质和水量冲击，系统运行稳定性变差。明渠拦水坝对初期雨水能起到一定的拦截和收集作用，但调蓄容积有限，难以保障初期雨水不翻坝外溢，对河流水体和区域生态环境造成不利影响。

1.2雨水系统改造思路

针对钢轧区雨污分流现状，分析区域降雨特征及径流特征，分析钢轧区雨水水质特点，提出控制径流污染措施和雨水处理改造思路如下：

1）完善钢轧区排水系统，区内生产废水和生活污水通过专管输送至企业污水处理站处理，现有排水箱涵作为雨水调蓄空间。

2）优化雨水收集及调蓄系统，分区域、分类收集初期受污染雨水和后期洁净雨水，提高钢轧区截留初雨降水厚度，控制初期雨水翻坝率，削减面源污染。

3）利用企业污水处理站富裕处理能力，初期雨水经有效处理后回用于生产，实现雨水的节水减排和资源化利用。

2、初期雨水梯级利用工程实践

2.1初期雨水控制调蓄量

根据降雨统计资料，厂区降雨等级划分如表1所示。近年平均降雨次数约76次/a，日均降雨量小于10 mm的小雨占比超过50%。钢铁企业的初期雨水的收集与处理至关重要，控制初雨面源污染、削减排水管渠峰值流量，主要手段为设置雨水调蓄池，并尽可能利用现有设施。用于分流制排水系统径流污染控制时，雨水调蓄池的有效容积，可按式（1）计算[6]:

式中，V为调蓄池有效容积，m3;D为降雨量，mm，可取4～8 mm;F为汇水面积，hm2；为综合径流系数，取0.69；为安全系数，可取1.1～1.5。

表1厂区降雨等级划分

钢轧区主要为轧钢及硅钢等生产，污染相对较轻，控制4～8 mm初雨降水深度可大大削减初雨面源污染。不同降雨量时初期雨水控制调蓄量如表2所示。由于钢轧区汇水面积较大，不透水面积占比高，绿化面积偏小，降雨产生的地表径流量较大，提高初期雨水的调蓄空间及有效处理是解决初期雨水面源污染的有效措施[7,8]。

表2不同降雨量时初期雨水控制调蓄量

2.2雨水收集及调蓄系统设计

在排口1、排口2、排口3处分别设置闸门用以调节骨干箱涵内水位，实现钢轧区初期雨水的完全截留和调蓄。排水箱涵设计充满度取0.75，汇总线箱涵坡度0.5‰，其余箱涵坡度2.5‰，平均淤积深度按不超过箱涵总高10%考虑，不考虑支沟及管道调蓄容积，主箱涵可利用调蓄容积约36 593 m3，如表3所示。

表3排水骨干箱涵调蓄容积计算

明渠从排口1至拦水坝总长860m，平均宽度20 m，坡度1‰，平均水深1.0m，可利用调蓄容积约17200 m3。企业污水处理站设有废水调节池2座，单座容积8 325 m3，改造前为重力进水，溢流出水，主要起均质作用。通过在调节池内增加提升泵，完善水量调节功能，可增加调蓄容积约15 000 m3。经计算，钢轧区排水系统总调蓄容积约68 793 m3，超过8 mm降雨深度初期雨水调蓄容积要求。

2.3雨水提升泵站规模设计

本次改造在排口1、排口2、排口3处分别设置提升泵站，同时将明渠拦水坝处的提升泵站进行增容改造，将初期雨水提升至企业污水处理站处理。根据该钢铁厂所在城市近30 a降雨统计资料，3～6月降雨频次最高，每月降雨天数均在13 d以上，总降雨天数为53 d，占全年降雨天数124.7 d的42.5%，降雨平均间隔时间为2.3 d。为防止初雨水质变坏及调蓄需要，本次调蓄排空时间取2 d。

根据钢轧区雨水排水箱涵走向及汇水分区，按汇水面积比例进行提升流量分配，3个排口提升泵站设计规模分别为686 m3/h、96 m3/h、106 m3/h，明渠提升泵站扩容376 m3/h，改造后雨水提升泵站总规模为1 264 m3/h。

2.4初期雨水回用方案

企业污水处理站设计处理能力为20万m3/d，随着厂内雨污分流及各生产单元节水降耗等措施的实施，目前进水量约为12万m3/d，剩余负荷可满足钢轧区初期雨水的有效处理。初期雨水处理达标后进入厂区工业水输配水管网，供各用水单元回用，污水处理工艺流程见图2。

图2污水处理工艺流程

3、改造实施效果评价

通过初期雨水梯级利用改造，结合排水箱涵及明渠清淤，充分利用现有排水设施调蓄容积，钢轧区截留初雨降水深度可提高到8 mm以上，极大地降低了初期雨水翻坝外排率，每年可回收利用雨水生产新水约360万t。

根据钢轧区水质检测数据，初期雨水水质平均值如下：进水COD质量浓度为80 mg/L,SS质量浓度为175 mg/L；出水COD质量浓度为30 mg/L,SS质量浓度为18 mg/L，每年COD减排约180 t,SS减排约567 t。

4、结语

本工程实施后，优化和完善了钢轧区雨排水系统，有效提升了初期雨水应急调蓄能力。初期雨水经收集、调蓄和处理后回用于生产，实现了梯级利用，企业吨钢耗新水量有效降低，钢轧区面源污染物外排大幅削减，工程实施对推进全厂废水零排放和长江生态保护具有重要意义。

参考文献:

[1]周传庭,王梦玉,幸韵欣,等.城市初期雨水污染及处理措施的研究进展[J].净水技术,2022,41(7):17-26.

[2]常静,刘敏,许世远,等,上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应[J].地理研究,2006,25(6):994-1002.