제철소의 수질 관리 및 오염 방지

제철소의 수질 관리 및 오염 제어

물은 철강 공장에서 철강을 생산하는 데 필요한 중요한 유틸리티입니다. 값싸고 풍부한 물은 수세기 동안 철강 산업이 당연하게 여겼던 생산 유틸리티였습니다. 그러나 현재 시나리오에서는 담수 가용성과 소비 사이의 불균형이 증가함에 따라 수자원이 점점 부족해지고 있으며, 따라서 깨끗하고 안전한 담수에 대한 접근은 현대 사회의 주요 과제 중 하나가 되었습니다.

물 수요는 (i) 인구 증가 및 가뭄 취약 지역으로의 이동, (ii) 급속한 산업 발전 및 1인당 물 사용량 증가, (iii) 인구 밀집 지역의 기상 패턴 변화로 이어지는 기후 변화로 인해 계속 증가하고 있습니다. . 이로 인해 철강 산업은 새로운 물 제약 시대에 진입했습니다. 또한 지난 30년 동안 전 세계적으로 환경 오염에 대한 우려가 증가했으며 이에 따라 보다 엄격한 환경 규제가 공포되었습니다. 미래에 수자원 부족의 위협이 있기 때문에 철강 산업은 담수 소비를 줄이는 방향으로 물 전략 및 정책에 대한 접근 방식을 변경했습니다.

담수 가용성과 품질이 주요 관심사이기 때문에 물 관리는 제철소 관리가 직면한 중요한 과제이며 생산 주기의 지속 가능성을 개선하기 위해 직면하고 있습니다. 물은 강철과 마찬가지로 재사용 및 재활용이 가능합니다. 그러나 세척 및 냉각 후 물 재활용의 증가는 수질을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 제철소는 물 사용량을 줄이기 위해 세척 기술을 지속적으로 개선해야 합니다. 또한 물 관련 문제(예:가용성, 계절적 부족, 다른 사용자와의 경쟁)는 플랜트 위치에 따라 다르므로 현지 접근 방식과 맞춤형 솔루션이 중요합니다. 물의 수명 주기는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 물의 수명 주기

일관제철소에서는 많은 양의 물이 사용됩니다. 그러나 대부분의 물이 재사용되거나 수원으로 되돌려지기 때문에 소비량은 많지 않습니다. 소비된 물의 대부분은 증발되고 물의 약 90%(통합 플랜트의 경우 평균 88%, EAF 기반 플랜트의 경우 94%)가 청소 및/또는 냉각 후 배출되며 다른 유틸리티에서 자주 사용됩니다. 제철소에서 사용하지 않는 물은 정화, 냉각하여 수원으로 돌려보냅니다. 강 및 기타 수원으로 되돌아가는 물은 취수 펌프에서 추출할 때보다 더 깨끗한 경우가 많습니다.

철강 공장은 원료 준비에서 마무리 철강 압연에 이르기까지 여러 공정을 통합합니다. 이 모든 과정에는 물이 필요합니다. 이러한 공정에서 물이 사용되면 다양한 양과 농도의 오염 물질로 오염됩니다. 철강 공장의 다양한 공정에서 물의 일반적인 요구 사항은 철강 공장 간에 광범위하며 조강 1톤당 20입방미터에서 조강 1톤당 150입방미터 범위일 수 있습니다. 이러한 물의 양에 대한 펌핑 용량은 제철소의 다양한 공정 기능을 위해 필요합니다. 물 소비량은 섭취한 물에서 배출하는 물을 뺀 값으로 간주됩니다. 전체 물 소비량은 철강 공장의 수처리 및 재순환 시설에 따라 달라지며 일반적으로 조강 1톤당 1.5입방미터에서 조강 1톤당 4입방미터 범위입니다.

철강 공장은 냉각, 먼지 억제, 세척, 온도 조절(열처리), 폐기물(재, 슬러지, 스케일 등)의 운송 및 기타 용도를 포함하여 다양한 용도에 막대한 양의 담수를 사용합니다. 물은 점결탄 혼합물의 수분 함량을 제어하기 위한 물 첨가, 소결 혼합물의 펠릿화, 철광석 펠릿 생산 중 녹색 펠릿 만들기, 증기 및 이에 따른 전력 생산과 같은 일부 철강 공장 공정의 필수 부분입니다. , 고로 슬래그 등의 입상화. 다량의 물을 사용하면 상당한 양의 폐수가 발생하여 배출 전에 처리해야 합니다.

제철소에서는 다량의 용수를 사용하기 때문에 냉각기술의 개선으로 용수 사용량을 약간 줄일 수 있어 자연환경에서 많은 양의 용수를 절약하고 용수를 최소화할 수 있는 가능성이 있습니다. 발자국. 철강 산업에서 물 사용량을 최소화할 수 있는 방법과 기술을 찾는 것이 중요합니다.

물 발자국은 담수 사용을 정량화할 수 있는 새로운 개념입니다. 물 발자국 방법론은 간접적인 물 사용을 수량화 및 매핑하고 물 관리에서 공급망을 따라 소비자와 생산자를 참여시키는 관련성을 보여주기 위한 목적으로 Hoekstra에서 담수 사용의 지표로 도입했습니다.

물 관리 전략은 철강 공장이 물을 회수, 재사용 및/또는 재활용하는 데 도움이 되며, 이는 차례로 취수 수요를 최소화하고 배출량을 줄임으로써 상당한 비용 절감을 가져올 수 있습니다. 일관제철소의 물 관리는 주로 현지 조건, 물 가용성 및 규제 요건에 따라 달라집니다.

최근 물 관리는 지속 가능한 철강의 가장 중요한 부분 중 하나가 되었습니다. 물은 사회에 필수적인 가치이기 때문에 지속 가능한 물 관리는 제철소 경영에 있어 매우 중요합니다. 제철소 경영진은 물 관리를 진지하게 받아들일 필요가 있습니다. 경영진은 물을 가장 잘 사용하는 방법을 지속적으로 평가하고 보존과 재사용 모두에서 개선점을 찾아야 합니다.

강철의 경우 물을 재사용하고 재활용할 수 있습니다. 이것은 물 사용의 효율성을 향상시키고 비용뿐만 아니라 수요를 줄입니다. 물 재활용 및 계단식 물 사용을 높은 품질에서 낮은 품질로 증가시킴으로써 제철소에서 물 사용 및 소비를 상당히 줄일 수 있습니다. 그러나 물 재이용 관리 시스템을 구현하기 전에 에너지 사용의 잠재적 증가를 고려해야 합니다.

물 섭취를 줄이는 가장 효과적인 방법은 물을 재사용하는 것입니다. 이것은 일반적으로 각 사용 사이에 세척 및 냉각수 흐름을 포함합니다. 냉각과 같은 이러한 처리 중 일부는 많은 양의 에너지를 필요로 하며 더 높은 증발로 인해 물 소비율을 증가시킬 수 있습니다. 필요한 추가 공정은 더 높은 이산화탄소 배출량을 의미하는 에너지 소비를 줄이기 위한 목표와 항상 거의 상충됩니다. 따라서 모든 환경적 측면을 고려하여 통합된 방식으로 물 재사용의 효율성을 평가할 필요가 있습니다.

따라서 에너지 효율은 제철소의 물 관리에서 매우 중요한 측면입니다. 물 감소 조치는 에너지 효율적인 펌프 및 열 회수 시설의 사용과 결합되어야 합니다. 에너지 효율적인 펌프는 물 추출, 수처리 및 물 순환에 필요한 에너지가 적다는 것을 의미합니다. 또한, 물 사용 효율은 실제 소비, 즉 (동일하거나 더 나은 품질의) 유입 및 배출의 차이와 가용성 측면 및 에너지와 같은 제철소의 다른 자원 범주에 대한 영향을 고려합니다. 또한 제철소와 같은 고온 산업에서 물을 재사용하면 물 소비량이 증가할 수 있습니다.

철강 공장의 물 소비량은 매우 다양하며 (i) 물의 가용성, (ii) 사용된 기술, (iii) 공장 및 장비의 수명 및 상태, (iv) 생산 유형과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다. 공정 및 (v) 공장 운영 절차. 효율적인 물 관리에 중요한 세 가지 기본 요소는 (i) 보충수의 품질, (ii) 제철소 위치의 기후 조건, (iii) 규제 요건입니다.

제철소의 물 관리에 영향을 미치는 주요 물 관련 문제는 (i) 필요한 공정 용수의 품질 (ii) 폐수의 품질, (iii) 물 재활용 및 소비 최소화, (iv) 오염 물질입니다. 물, (v) 물 관리를 위한 새로운 기술의 구현, (vi) 폐수 처리 기술의 구현 및 비용 효율성

소비 증가, 추가 에너지 필요, 생성된 부산물의 처리/처리 필요성으로 인해 다양한 감수 및 처리 기술의 도입을 고려할 때 모든 환경 측면을 고려한 전체론적 접근이 중요합니다. 폐수 배출 제로를 목표로 합니다. 따라서 수자원에 대한 전반적인 영향에 대한 전체적인 관점을 갖는 것이 중요합니다. 그림 2는 물 관리에 대한 전체적인 접근 방식을 보여줍니다.

그림 2 물 관리에 대한 전체적인 접근 방식

물 사용

제철소에서 물은 다양한 용도로 사용되며 각 용도에 필요한 물의 품질도 다릅니다. 또한 시스템을 통해 하나가 있을 수 있으며 물의 부분적 또는 전체 재순환 시스템이 있을 수 있습니다.

제철소의 대부분의 물은 냉각, 장비 보호 및 작업장 작업 환경 개선에 사용됩니다. 작지만 여전히 상당한 양의 물이 공정 용수로 사용됩니다. 소량의 물은 보일러 급수와 생활용수 및 상수도로 사용됩니다.

물은 냉각 작업뿐만 아니라 다른 용도로도 사용됩니다. 공장의 다양한 장소에서 물 요구 사항을 충족하는 데 필요한 다양한 품질의 물이 있습니다. 또한 공정 및 직간접 냉각에는 담수를 주로 사용하고 방오 전처리 후 관류 냉각에는 해수를 주로 사용한다. 담수 사용은 일반적으로 성능 지표로 간주됩니다. 직접 냉각에서는 물이 재료 및 장비와 접촉하고 간접 냉각에서는 물이 재료 또는 장비와 접촉하지 않습니다.

해수는 주로 전처리나 후처리 없이 관류 냉각에 사용됩니다. 재료나 장비와 접촉하지 않습니다. 담수는 주로 공정 및 냉각에 사용됩니다. 재료 및 장비와 접촉하여 재사용 또는 배출 전에 처리됩니다. 일관제철소에서 물의 중요한 용도는 다음과 같습니다.

• 공정 요구 사항을 충족하려면 물이 필요합니다. 예를 들면 석탄 혼합물의 수분 조절, 코크스의 습식 담금질, 펠릿화 드럼의 펠릿화를 위한 소결 혼합물의 첨가, 최고 온도를 제어하기 위한 고로(BF) 상부의 물 분무, 액체 BF 슬래그의 과립화, 돼지 주조, 연속 주조 등이 있습니다. , 열간 압연 전 강의 스케일 제거, 열간 압연기의 라인 열처리 및 온도 제어 및 산세척 강도 조정 등
• 물은 취급 및 운송을 용이하게 하기 위해 재료를 조절하는 데 사용됩니다. 예를 들면 연속 주조 및 열간 압연에서 스케일 운송, 운송 및 저장 중 먼지 억제를 위해 원료에 물 첨가, 파이프라인 운송을 위한 슬러리 제조, 비산회를 회분지로 운송 및 그곳에 저장 등이 있습니다.
• 다양한 공정에서 발생하는 다양한 유형의 가스를 물로 냉각, 세척 및 조절합니다.
• 물은 열전달에 사용됩니다. 용광로의 다양한 장비, 롤 및 쉘은 물로 냉각됩니다. 이를 위해 직접 및 간접 냉각 방식이 모두 사용됩니다.
• 공정 및 발전용 증기 생산에는 탈염수가 필요합니다.
• 물은 용광로와 같은 기타 냉각에 사용되며 내화물은 수리 및/또는 리라이닝을 수행하기 전에 물로 냉각됩니다. 금속 및 슬래그 유출물은 운송 전에 물로 냉각됩니다.
• 수성 모르타르, 러너 매스 및 점토에는 일정량의 물이 필요합니다.
• 하수 및 수처리 공정은 효율적인 처리와 더 나은 반응을 위해 물을 추가해야 합니다. 산성 폐수를 중화하는 데도 물이 필요합니다.
• 물은 작업장 청소 및 세척에 사용되어 작업장 바닥에 침전된 먼지를 청소할 수 있습니다.
• 전기 제어실과 터널은 물 분무기를 사용하는 습한 공기로 환기됩니다.
• 물은 제철소에서 소방용으로 사용됩니다. 물은 식수, 냉각기, 매점 및 세면실에도 사용됩니다.
• 제철소는 환경을 위해 공장 내부의 녹지를 유지하기 위한 것입니다. 이 활동에는 물이 필요합니다.

물 흐름도 및 물에 사용되는 용어

제철소의 물 흐름 다이어그램은 그림 3에 나와 있습니다. 다이어그램에서 다양한 유형의 물에 사용된 용어는 아래에 설명되어 있습니다.

그림 3 철강 공장의 물 흐름도

섭취 물 – 취수 펌프 하우스의 수체에서 퍼내어 제철소의 수계에 추가되는 물입니다.

화장수 – 급수 시스템에 추가되는 물입니다. 보충수는 재순환수를 사용하는 시스템에서 자주 필요합니다. (i) 공정에서 손실된 물, (ii) 증발로 손실된 물, (iii) 누출로 인해 손실된 물을 보상하기 위해 시스템에 추가되는 물입니다.

공정 용수 – 최종 제품 또는 최종 제품에 포함된 재료와 접촉하는 물입니다. 공정 용수에는 철강 생산의 원료 또는 최종 제품과 접촉하거나 최종 제품의 일부가 되는 흐름이 광범위하게 포함됩니다. 광석 성분의 물리적 분리, 담금질 경화, 스케일 제거, 아연 도금 및 도금을 포함하여 많은 공정 용수 응용 분야가 있습니다. 공정 용수는 또한 강철 표면의 세척, 탈지 및 헹굼에 사용되는 용제, 산 및 유제의 구성 요소입니다.

냉각수 – 냉각 전용으로 사용되는 물입니다. 냉각수는 철강 제품 및 관련 장비에서 과도한 열을 발산하는 데 사용되는 흐름을 나타냅니다. 냉각 응용 분야는 철강 공장에서 사용되는 대부분의 물을 차지하며 열간 압연 및 냉간 압연 공정의 접촉 냉각, 배출 가스 냉각 및 봉쇄, 오븐 및 용광로의 냉각 및 기타 응용 분야를 포함합니다.

시설에서 끌어오고 배출하는 물의 양은 사용하는 냉각 시스템 유형에 따라 크게 다릅니다. 관류 냉각 시스템은 물에 대한 수요가 가장 높은 반면 순환 냉각 시스템은 반복되는 냉각 주기 동안 거의 모든 물을 보유합니다.

염수 – 탈염수는 물의 미네랄이 제거된 물입니다. 탈염수는 보일러 급수로도 사용됩니다. 탈염 공정은 일반적으로 물이 화학 공정에 사용될 때 수행되며 존재하는 미네랄이 다른 화학 물질을 방해할 수 있습니다. 탈염 과정에서 원하지 않는 미네랄이 제거되어 물이 부드러워집니다. 탈염수는 탈이온수보다 전도도가 높습니다.

보일러 급수 – 탈염수는 보일러 급수로 사용됩니다. 보일러 급수는 철강 생산과 관련된 많은 공정에 전력을 공급하는 데 사용되는 공정 증기를 생성하는 데 사용됩니다. 보일러는 공정 가열 및 냉각을 위한 에너지를 생산하고 기계 구동 시스템 및 압력 제어 시스템에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 보일러는 일반적으로 고온 및 고압 작동 조건에서 안전한 기능을 보장하기 위해 높은 수질 표준이 필요합니다. 그러나 적절한 전처리를 통해 다양한 출처의 물을 재활용하여 보일러 보충수로 사용할 수 있습니다.

소방용 물 – 제철소의 화재 진압에 사용되는 물입니다.

연수 – 연수는 이온 농도가 낮고 특히 칼슘과 마그네슘 이온이 적은 물입니다. 이 용어는 연수화 과정에 의해 생성된 물을 설명하는 데 사용됩니다. 연수에는 높은 수준의 나트륨 및 중탄산염 이온도 포함될 수 있습니다. 연수는 온수 난방 시스템 및 간접 수냉 시스템에서 칼슘 침전물을 생성하지 않습니다.

폐수 – 상수도 시스템에서 배출되는 폐수입니다. 공장의 폐수는 폐기물 처리 시스템으로 배출됩니다. 그러나 공장 내에서 한 단위의 폐수는 다른 단위의 취수로 사용할 수 있습니다. 대부분의 장소에서 소비된 물의 양은 결정하기가 매우 어려우며 일반적으로 유입수와 유출수의 차이로 간주되거나 공장 운영자가 추정합니다. 원스 스루 시스템에서는 일반적으로 유출수가 측정되지 않습니다.

국내 용수 – 위생수라고도 하며 음용 및 세면실에서 사용됩니다.

용수 – 일반 작업장 청소, 먼지 억제, 폐기물 플러싱 등에 사용되는 물입니다.

기타 물 사용 – 물의 기타 용도는 위의 제목에서 다루지 않는 물의 용도입니다. 다른 용도의 예로는 환기 시스템에 사용되는 물, 슬러리와 같은 폐기물 운송, 정원 가꾸기 등이 있습니다.

폐수의 오염 물질

일관제철소의 물 관리는 일관제철소가 가동되기 위해서는 많은 양의 물이 필요하기 때문에 성공적인 운영을 위해서는 매우 중요합니다. 공장이 가동되는 동안 이 물은 오염됩니다. 플랜트의 수질 관리와 수질 오염 관리를 분리하는 것은 매우 어렵습니다. 좋은 물 관리는 물의 오염 통제를 감소시키는 동시에 물의 오염 통제는 좋은 물 관리를 필요로 합니다. 물 관리를 잘 하려면 공장에서 배출되는 물이 전혀 없거나 최소한이어야 합니다. 이것은 물 재순환을 위한 정교한 수처리 시스템을 통합함으로써 달성됩니다. 이것은 보충수의 요구량이 감소하기 때문에 물 소비를 감소시킨다. 또한 식물 경계에서 배출되는 물이 0이 되거나 무시할 수 있기 때문에 수질 오염을 줄입니다. 또한 식물 경계에서 배출되기 전에 오염된 물을 처리해야 하는 필요성과 비용을 줄입니다. 방류수에는 다음과 같은 오염물질이 존재합니다.

• 콜로이드 및 부유 고형물 – 광석 및 플럭스 미분, 스케일, 모래, 비산회, 석탄 및 코크스 미분 등
• 온도 및 열 – 냉각수, 보일러 블로우 다운 등
• 오일 – 압연기 오일, 윤활유, 유압 오일, 퀜칭 오일, 연료 오일, 솔벤트, 타르 및 피치 등
• 화학물질 – 산세척액, 산성슬러지, 가성세척액, 석회, 폐암모니아액, 보일러 블로우다운 및 유독성 화학물질 등으로 구성됩니다.
• 위생 폐기물 – 매점, 세면실, 탈의실 및 화장실 등에서 나오는 폐기물

방류수를 처리하지 않고 방류하면 방류지 수역이 오염되므로 제철소에서 방류수를 방류하기 전에 방류수에 대한 적절한 처리가 필요하다. 다음은 폐수 처리에 일반적으로 사용되는 주요 방법 중 일부입니다.

• 침강 탱크 – 직사각형 또는 원형 탱크의 기존 침강 공정은 부유 물질의 침강에 사용됩니다. 출력을 고려하여 응집을 사용하는 경우가 있습니다. 슬러지 배출은 펌프나 그랩이 있는 크레인을 사용하여 수행됩니다.
• 매우 미세한 크기의 부유 고형물과 다양한 크기의 증점제를 제거하기 위해 청징제와 청징제를 개별적으로 또는 조합하여 사용합니다. 명반, 염화 제2철, 황산 제2철 및 고분자 전해질과 같은 응고제는 부유 고체의 응고에 사용됩니다.
• 열 제거 및 온도 감소용. 뜨거운 물은 냉각 연못, 분무기 또는 냉각탑에서 처리됩니다.
• 중화 – 폐수의 pH 값은 6.5에서 7.5 사이로 제어되어야 합니다. 이 경우 pH 값이 낮은 산성 물은 알칼리로 처리되고 pH 값이 높은 알칼리성 물은 산으로 처리됩니다.
• 유류 함유 폐수 – 폐수에서 유류를 수집하기 위해 기존의 자연 부유식 및 스키밍 공정이 사용됩니다. 탈지유 수집은 이동식 물마루에서 이루어집니다.
• 생물학적 산소 요구량(BOD)이 높은 코크스 오븐의 폐수는 살수 필터나 활성 슬러지 공정으로 처리됩니다. 폭기 연장을 통한 활성 슬러지 처리는 BOD 값 감소에 더 효과적입니다. 적절한 미생물 분해를 위해 코크스 오븐 폐수는 영양소 균형을 위해 인의 보충이 필요합니다. 미처리 하수를 사용할 수 있는 경우 이 하수를 추가하면 활성 슬러지 처리에 도움이 됩니다.

슬러지 처리에 대한 일반적인 흐름도는 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 슬러지 처리용 Flow sheet