Effective use of water resources in the steel industry

اهمیت آب در صنعت فولاد

همیشه مقررات سختگیرانه زیست محیطی، صنایع فرآیندی اروپایی را بر آن داشته است که فعالیت های خود را در جهت دستیابی به مدیریت کارآمد و بهره برداری از منابع پیش ببرند. آب یکی از منابع مناسب و اساسی برای اکثر مراحل تولید است، بنابراین انجام بهره برداری از منابع شامل کاهش مصرف آب شیرین و آب خروجی می شود.

آب مصرفی در صنعت فولاد چقدر است؟

صنعت فولاد از مقادیر زیادی آب استفاده می کند. با این وجود مقدار بسیار کمی مصرف می شود، زیرا اکثر آب استفاده مجدد شده یا به منبع باز می گردد. آب نه تنها در عملیات خنک سازی، بلکه در فرایندهای دیگر مانند پاک کردن رسوبات و تمیز کردن گرد و غبار استفاده می شود. انواع گوناگون آب در فرآیند تولید فولاد استفاده می شود. آب شیرین به طور عمده برای فرآیندها و خنک سازی مستقیم و غیر مستقیم استفاده می شود، در حالی که آب دریا به طور معمول پس از یک مرحله ی پیش تصفیه و ضدعفونی شدن، یک مرتبه در فرایند خنک سازی استفاده می شود.

روش های تولید فولاد

• یکی چرخه پیوسته است، که فولاد از مواد اولیه خام تولید می شود
• دوم مسیر الکتریکی است، که فولاد را با ذوب کردن قراضه در یک کوره قوس الکتریکی (EAF) تولید می کند.

متوسط مصرف آب برای تولید فولاد

 متوسط ​​مصرف آب برای تولید فولاد به روش یکپارچه 28.6 متر مکعب در هر تن فولاد تولید شده است که میانگین آب خروجی آن 25.3 متر مکعب بر تن فولاد است. برای مسیر الکتریکی، متوسط ​​مصرف 28.1 متر مکعب در هر تن فولاد است که متوسط ​​آب خروجی 26.5 میلیون متر مکعب در هر تن فولاد است. در نتیجه، مصرف آب کلی در هر تن فولاد تولید شده از 3.3 متر مکعب تا 1.6 متر مکعب است که این مقدار تلفات آب هم عمدتا به دلیل تبخیر است. به طور خلاصه، مصرف آب کلی در یک سایت تولید فولاد در واقع محدود است. اکثر آب مصرف شده تبخیر می شود و حدود 90٪( به طور متوسط ​​88٪ در یک کارخانه یکپارچه و 94٪ در یک کارخانه مبتنی بر EAF) آب پس از تمیز کردن و یا خنک کردن تخلیه می شود و اغلب توسط سایر تاسیسات استفاده می شود.

مدیریت مصرف آب

با توجه به نگرانی های عمده در مورد آب شیرین در دسترس و کیفیت آب، مدیریت منابع آب یک چالش مهم در جهت بهبود پایداری چرخه تولید می باشد. آب، و همچنین فولاد، می توانند استفاده مجدد و بازیافت شوند. با این حال، افزایش مقدار آب بازیافتی، پس از تمیز کردن و خنک سازی، می تواند کیفیت آب را کاهش دهد، تولید کنندگان فولاد، متعهد به کاهش مصرف آب و یا بهبود فن آوری های تصفیه هستند.

تاثیر افزایش غلظت نمک بر تجهیزات کارخانه ها

 آب نیاز به خنک شدن و نمک زدایی دارد، زیرا افزایش غلظت نمک در سیستم های گردش آب (به علت تبخیر) می تواند نه تنها یک مسئله زیست محیطی باشد، بلکه تأثیر منفی روی تجهیزات کارخانه (مثلا در کارخانه های نورد) به جای بگذارد. به عنوان مثال، فسفات ها می توانند باعث آلودگی آب های محیطی شوند، کلرید ها می توانند منجر به خوردگی فلزات شوند، در حالی که کربنات ها باعث تشکیل رسوب در لوله ها می شوند و در نتیجه باعث افزایش مصرف انرژی می گردند.

نمک زدایی و کریستالیزاسیون آب های نمکی

با توجه به فرآیندهای نمک زدایی و کریستالیزاسیون نمک های جامد از آب های نمکی (یک محصول جانبی فرآیند آب شیرین کن)، مقدار قابل توجهی انرژی مورد نیاز است که با افزایش انتشار CO2 همراه می باشد. تجزیه و تحلیل آماری عوامل ویژه ی موثر بر مصرف انرژی (SEC) به منظور پیش بینی مصرف انرژی از نمک زدایی انجام شده است. علاوه بر این، یک تجزیه و تحلیل اقتصادی نشان دهنده یک رابطه آماری ضعیف، بین SEC و هزینه تولید آب می باشد. با این وجود، کیفیت نمک های بازیافت شده معمولا پایین است و به همین علت نمیتوان آنها را دوباره استفاده کرد. علاوه بر این، آنها باید در محل های ویژه ی دفن زباله دفع شوند، چون بر کیفیت leachate اثر می گذارد.

چگونه از منابع آب در صنعت فولاد استفاده بهینه کنیم؟

برای دستیابی به استفاده ی بهینه از منابع آب در بخش فولاد، یک رویکرد جامع و متوازن مورد نیاز است که مصرف واقعی را بدون توجه به جنبه های دیگر مانند در دسترس بودن و کیفیت آب، پیکربندی کارخانه و بهره وری انرژی مورد توجه قرار می دهد. علاوه بر این، به عنوان چالش های مرتبط با آب (یعنی دسترسی، کمبود فصلی، رقابت با مصرف کنندگان دیگر) که به منطقه و کشور بستگی دارد، مهم است که یک رویکرد محلی و یک چارچوب قانونی مناسب ایجاد شود. هر دو روش سنتی و پیشرفته تصفیه فاضلاب (به عنوان مثال، لای گیری / شفاف سازی شیمیایی همراه با لخته سازی) بر تولید آب با کیفیت بالا و همچنین بازیافت آب بسیار کارآمد تمرکز می کنند. این منجر به کاهش استخراج آبهای زیرزمینی شده است. مطالعات به منظور استفاده از اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون برای تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب در بخش های دیگر مانند دباغی و صنایع نساجی انجام شده است. در بخش فولاد، الکترودیالیز و مبادله یونی برای تصفیه فاضلاب حاصل از شستشوی فولاد ضد زنگ در اسید نیتریک و اسید هیدروفلوئوریک استفاده شده است. علاوه بر این، ترکیبی از اولترافیلتراسیون (UF) و RO برای تولید آب دئونیزه شده از آبهای سطحی مورد آزمایش قرار گرفته است. یک روش کارآمدتر RO می تواند از طریق ترکیب با یک پیش تصفیه، مانند میکروفیلتراسیون قابل شستشو با قابلیت برگشت پذیری (BMF)  به دست آید. با این حال، نمک ها، میکروارگانیسم ها و آلاینده ها می توانند باعث آسیب رساندن به غشا در روند RO شوند، و کارایی آن کاهش می یابد. استفاده از پیش تصفیه (به عنوان مثال، ضدعفونی کردن، اسیدی کردن، اضافه کردن منعقد کننده و یا فلکولانت، فیلتراسیون واسطه و فیلتراسیون کارتریج) می تواند از رسوب جلوگیری کند. علاوه بر این، به عنوان پیش تصفیه سنتی اغلب در حذف مواد جامد کلوئیدی معلق، میکرو فیلتر کردن پیوسته (CMF) و UF می تواند اعمال شود، که منجر به تولید آب با کیفیت بالا برای کاربردهای صنعتی و کاهش هزینه ها می شود.