浅谈废水零排放与钢铁企业的水资源管理

来源:宝武钢铁

摘 要：对工业“废水零排放”内涵进行探讨，指出废水零排放是一种“工业理想”，是“碧水保卫战”的努力目标之一，但必须因地制宜、因厂施策并兼顾环保与经济双赢。废水零排放包括了废水排放不断“趋零”的一系列行动与过程，而其本质是实现企业的灰水足迹为零。因此工业企业废水处理的一种现实选择是“近零排放”，目的是实现新水消耗、外排废水与废水中污染物的共同减量。基于对纳入中国钢协统计的大中型钢铁企业近20年来的水资源管理绩效指标分析，得出全流程钢铁企业的吨钢蒸发损失水量约为1.5-2.0 m³/t。分析了中国钢铁行业节水工作存在的问题，提出推进海水、雨水、城市再生水、企业外排蒸汽（含冷凝水）等非常规水资源的开发利用，并加强非常规水资源利用过程中的环境风险管理等建议。

关键词：钢铁企业，水资源管理，废水零排放，近零排放，污染物减排，水足迹，生命周期评价，吨钢蒸发水量

一、废水零排放的提出与思考

（一）什么是废水零排放？

广义的“零排放”是指不向生态环境排放任何废气、废液和固体废弃物，本文所讨论的“废水零排放”则专注于工业废水废液的“零排放”。

1972年，美国对其水污染控制法提出修正案，要求现有工业排放单位（包括电厂）到1977年7月1日前运用“当前可行的最佳实用控制技术（BPT）达到限制排废”，到1983 年7月1日前运用“经济上能达到的最佳可行技术（BAT）达到限制排废”，到1985年以后不再向通航的水域排放所有污染物，从而朝着减少一切污染物排放的国家目标而发展[1]。由此，废水零排放(Zero Liquid Disge，ZLD)概念应运而生。由于火电企业的耗水量大且有大量余(废)热可供利用，因而当时ZLD的主要应用领域是火电行业。

废水零排放，一般是指：除去蒸发、风吹等自然损失以外，工厂用水全部(通过各种处理)在厂内循环使用，不向厂外排放任何废水，水循环系统中积累的盐类通过蒸发、结晶以固体形式排出[2]。

（二）关于废水零排放热的冷思考

1.废水零排放是一种不断接近的“工业理想”。

由于现有废水处理工艺技术难以真正实现废水的完全封闭循环，因此ZLD只能是一个无限接近的目标，而不能成为误导企业和政府官员的噱头[3]。

2000年，美国环保署发布研究报告EPA 625/R-99/008《金属表面加工迈向零排放》[4]，其所述的“迈向零排放”（Approaching Zero Disge，AZD），是指“最大程度地减少废水废液排放”，是一种更为务实的BAT，与近年来国内学者专家所说的“近零排放”（Near Zero Disge，NZD）意思相当。

作者认为，废水零排放，既是企业水资源管理的目标，也是包含了实现这一目标的所有行动的过程。因此，AZD或NZD才应该成为工业企业废水处理的现实选择。

2.废水零排放相关工艺技术是不断发展的

上世纪70年代以来，国内外已经开发了许多ZLD、AZD（NZD）工艺技术，尤其是近年来随着中国环保政策与排放标准的趋严，中国在火电、煤化工等领域也发展、应用了一系列单项或综合性工业废水ZLD、AZD（NZD）工艺技术，取得了明显效果。如，文献[5]针对含有大量无机盐或溶解性总固体物（Total Dissolved Solids，TDS）的工业废水，介绍了美国RCC公司开发的技术、设备及应用实绩；文献[6]、文献[7]分析了我国燃煤电厂常用的几种ZLD、AZD（NZD）技术，分析了其应用过程中存在的问题，并对未来的技术发展方向提出相关建议；文献[8]介绍了煤化工高盐水处理工艺中的热浓缩工艺和膜分离技术，文献[9]介绍了化工制药废水的反渗透处理工艺。

根据国内外应用情况，无论是ZLD，还是AZD（NZD），大都存在有待改进的问题。相信，随着相关废水处理工艺、技术、装备的持续进步，以及由此而产生的浓缩盐、污泥等固废（或危废）综合利用、安全处置技术的成熟，工业废水的外排量将会进一步减少，废水处理过程中产生的浓缩盐、污泥等固废（危废）也会不断实现全量循环利用，从而逐步迈向真正意义上的零排放。

3.废水零排放应该基于全生命周期评价理念

废水处理过程中必然伴随着药剂与能源消耗，而药剂和能源的生产、使用过程也会产生一定的环境负荷。同时，由于废水处理过程不可避免地会产生一部分废气、废液、固废等污染物，如果所采用的工艺技术不尽合理的话，过程中新增的各种二次污染物总量就不能忽略，从而使外排废水减量所带来的污染物减排效果大打折扣。在这种情况下，如果把工业“废水零排放”的目标仅仅定位于废水的减量或零排放，那么有可能仅仅是将污染物从水中转移到大气或固废中而“走上歧途”。比如，近几年国内关于湿法烟气脱硫脱硝工艺技术的质疑，主要就在于湿法脱硫脱硝过程中的“废水零排放”，溶有大量盐分的污水在系统中反复循环时部分蒸发或发生跑冒滴露，从而造成对大气、地下水体、土壤的污染，于是有专家质疑“废水零排放为伪命题”，更有专家质疑燃煤发电等湿法烟气脱硫脱硝过程中排放的“白色烟羽”是造成雾霾的主要原因。因此，必须关注废水处理末端产生的大量浓缩盐的减排，也就是说“废水零排放”的目标应该是朝着整个废水处理系统的“固、液零排放”不断努力。

由此说明，废水零排放是一项系统的综合性工程，必须从全系统、全消耗、全排放的角度去研究污染物的减排问题。生命周期评价(Life Cycle Assessment, LCA)是一种用于评估产品、工艺过程或生产活动在其整个生命周期中造成的环境负荷的方法，是一种考虑了全系统、全消耗、全排放的定量化研究能源、资源利用和废弃物排放影响的方法，已成为一种重要的环境管理工具和预防性的环境保护手段。同济大学在国内较早地运用LCA 技术对废水处理工艺进行评估与选择[10]，笔者也于2008年运用LCA方法对钢铁企业循环冷却水的浓缩倍数进行了优化研究[11]。将LCA方法应用于污水处理领域正受到越来越广泛的关注。

4.废水零排放必须兼顾环保与经济的双赢

当前，生态环境是关系党的使命宗旨的重大政治问题，也是关系民生的重大社会问题。坚决打赢污染防治攻坚战，全力守护蓝天碧水和净土，是生态文明建设的重要内容，是建设美丽中国、满足人民群众美好生活需要的内在要求，也是落实中华民族永续发展“根本大计”的关键一步。

打好碧水保卫战、实现废水零排放，在各地方政府简单追求“指标化”的环境治理绩效、环保企业狂热掘金“零排放”市场、以及排污企业努力获得应对环保压力“金字招牌”的多重需求驱动下，各种不计成本的“零排放”项目与成果不断见诸媒体。不过，不断涌现的“首家实现废水零排放的企业”本身就说明了这种“零排放”的尴尬。这些成果，很多只局限于单一装备或工序，仅仅是实现了污染物的部分减量或在企业内部不同系统之间的转移，而其巨额的建设成本和长期的运营负担也使得大部分成果往往止于“示范”。

对于排污企业来说，应该追求社会声誉与经营绩效的最优配置，在积极履行企业社会责任、环保责任的同时按照市场化原则实现企业价值最大化。因此，无论是政府还是企业，都不应盲目追求“零排放”这个金光闪闪的招牌。实现环保与经济的双赢，探索更高效、更经济的工业废水处理工艺技术才是符合我国现阶段国情的务实做法，废水零排放绝不能沦为一种概念游戏、成为一个噱头，而应该成为企业践行生态文明的一种自发行为与努力目标。

近年来兴起的水管理会计[12-14]（Water Management Acing，WMA，也叫水会计、水资源会计、水管理核算等）是对水资源资产化管理的一种创新，是对环境会计的发展与延续。水管理会计的主要内容包括：水资源的价值评估，水资源会计核算中的权益取得、开发投资、开发成本与费用、开发收人、保护支出、循环利用和使用权转让，以及水资源会计信息的披露方式和要求等。将传统的财务会计方法与企业的水资源管理结合，有助于更好地了解企业水资源管理活动的经济性，有助于对水资源的生态循环和消耗过程及结果进行反映和控制，从而促进企业在发展经济与保护环境之间保持平衡与可持续。

二、钢铁企业水资源管理工作问题浅析

（一）统计指标的严肃性有待提高

近二十年，中国钢铁行业依靠技术进步和科学管理，通过采用节水新工艺、新技术，完善循环水系统、串接利用水资源、回收利用外排水、扩大非常规水源利用等措施，不断降低产品新水消耗，减少污水排放，节水工作取得显著效果。吨钢新水用量从2000年的28.96m3/t降到2018年的2.75m³/t，下降了90.3%；吨钢废水排放量从2000年的16.83m3/t降到2018年的0.69m3/t，下降了95.9%。

钢铁企业的吨钢新水用量与吨钢废水排放量之差，所体现的主要是企业生产过程中水的蒸发量与跑冒滴漏量等损失量。如果企业的生产组织结构不发生较大调整时生产过程中水的蒸发量基本比较稳定，而水的跑冒滴漏等损失则随着钢铁企业能源环保管理水平的提升呈总体减少趋势。根据国际钢协2011年对20家钢铁企业的调查研究发现，钢铁企业的吨钢新水用量与吨钢废水排放量之差在1.6-3.3m³/t之间，并认为大部分为蒸发损耗[15]。而冶金工业规划研究院的刘涛[16]则认为，钢铁企业冷却水系统的蒸发损失量约为2.8m³/t。

从上述纳入中国钢协统计的大中型钢铁企业的情况来看，确实呈现出上述这样一种趋势，即：吨钢新水用量与吨钢废水排放量之差呈总体下降趋势，且从2007年以后相对稳定，尤其是近两年来该差值已低至2.1 m³/t左右，如图2示。该差值的持续变小，还有一个原因是部分钢铁企业加大了对城市中水的使用、加强了对雨水的收集利用，使得吨钢新水用量指标持续减小。这也说明，随着近几年企业强化水资源管理工作，纳入中国钢协统计的大中型钢铁企业水系统的跑冒滴漏现象已经得到了有效控制，但相对稳定的蒸发水量却会长期存在甚至会随着企业产线的延长而增加，不过行业平均的蒸发损失水量不会高于2 m³/t。作者认为，全流程钢铁企业的吨钢蒸发损失水量在1.5-2.0 m³/t之间是比较合理的，北方干燥地区企业的蒸发损失会较大一些。

近几年，国内部分钢铁企业对外宣称实现了废水零排放，可是这些企业的吨钢新水消耗量指标有的却高达3m3/t以上，远大于上述纳入钢协统计的大中型钢铁企业近几年的新水消耗量与废水排放量差值，特别是这些企业中有的还使用了大量的城市中水或收集利用了部分雨水。所以，如果这些企业真的是实现了废水零排放，那么说明这些企业内部有大量的水发生了蒸发或者跑冒滴漏，进而说明这些企业的水资源管理水平很差？或者，这些企业所谓的“零排放”需要打个问号？

因此，中国钢铁企业的用水、排水统计指标的严肃性还有待加强。对于明显偏离常规的统计数据，建议组织技术力量进行核查、或责成企业自行开展审计、自查。钢铁企业自身也应该严格执行统计规范，确保统计数据的真实、准确与可核查。

（二）重视水量的减少，轻视污染物的减排

长期以来，对工业企业节水工作进行评价的重要指标之一是其单位产品用水量，如反映钢铁企业节水工作的主要对标指标就是“吨钢新水消耗”。为了促进工业企业节约用水、提高用水效率，2013年，工业和信息化部、水利部、国家统计局、全国节约用水办公室联合印发《重点工业行业用水效率指南》（工信部联节〔2013〕367号）；2016年，国家发改委发布《水效领跑者引领行动实施方案》（发改环资〔2016〕876号）；2017年，工业和信息化部会同水利部、发展改革委、质检总局联合发布《重点用水企业水效领跑者引领行动实施细则》（工信厅联节﹝2017﹞16号）。虽然这些文件中提到的水效指标包括了单位产品取水量、重复利用率、循环利用率、废水回用率、用水综合漏失率等多个指标，但单位产品取水量无疑却是最重要的指标，因为其他几个指标的先进性最终依然会反映在单位产品取水量这个指标的进步上来。因此，降低新水消耗量是工业企业节水工作的重中之重。

从排水的角度来说，废水零排放已成为企业应对环保压力的金字招牌，因此不断减少外排废水总量是企业“生存保卫战”的现实需要。

由于节水与废水减排项目的经济性较差，所以目前大多数企业将节水工作、废水减排的重点放在新水消耗与废水排放的减量方面，并且以废水的达标排放和完成政府下达的考核目标为主，轻视外排废水中污染物浓度的持续降低。

但是，作者认为，污水只是污染物的载体，环保工作的目的是减少污染物的排放。因此，持续减少外排废水中各种污染物的总量才是工业企业水资源管理的最重要工作之一。

（三）节水工作“一刀切”问题依然存在

尽管国家三令五申禁止环保工作“一刀切”，但在实际工作中难免“一把尺子量天下”。从企业外部来说，只有用统一的绩效指标评价不同企业工作的先进性才能有公信力，并促进企业之间的对标挖潜与持续进步；而从企业内部来说，外部的压力就是驱动力、外部的评价就是指挥棒，企业也需要不断赢得社会肯定、保持良好的社会声誉。

事实上，不同地区企业所处的自然环境和社会环境等外部条件差异很大，如水资源稀缺性、环境容量、相关利益者对当地环境质量的诉求等，同时不同企业之间在生产工艺、装备技术、管理制度、员工素质等内在条件也都不尽相同。因此，应该因地制宜、因厂施策推进企业节水与废水减排工作。

（四）污水不当使用的情况比较普遍

工业企业节水工作中，有一个重要思路就是水资源的串接使用和循环利用。但是，工业污水如果使用不当就会造成较为严重的环境污染。比如，很多钢铁企业把经简单处理的工业污水作为高炉冲渣水、钢渣处理冷却水、厂区道路洒水、绿化用水等使用（开放型使用，即：使用过程或使用后水被直接排放到自然环境中），高炉冲渣和钢渣处理过程中污水中的有毒有害物质会随着水蒸气散发到大气中，道路洒水和绿花浇水过程中污水中的有毒有害物质会渗透到土壤中，长期下去必然对大气环境和地下水系、厂区土壤造成污染。

因此，随着生态环境治理工作的深入推进，工业企业在对中水进行开放型使用时应逐步提升中水的水质，或者通过技术改造降低中水的开放型使用量。

三、加强钢铁企业水资源管理的几点建议

2012年1月，国务院以（国发〔2012〕3号）文件发布了《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》，对实行最严格水资源管理制度作出全面部署和具体安排。2013年1月，国务院办公厅以（国办发〔2013〕2号）印发了《国务院办公厅关于印发实行最严格水资源管理制度考核办法的通知》，明确了考核内容、评分方法等。此后，各地方政府也陆续出台了实行最严格水资源管理制度的具体实施意见。

2015 年4 月，国务院发布《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17号）。2018年6月，《中共中央 国务院 关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》提出，坚决打赢蓝天保卫战，着力打好碧水保卫战，扎实推进净土保卫战。

实行最严格水资源管理制度，加强水污染防治，打好碧水保卫战，企业是主体。根据国内外工业企业水资源管理的最新研究成果和发展趋势，并针对以上钢铁企业水资源管理方面存在的问题，对强化钢铁企业水资源管理工作提出以下几点建议。

（一）加强水资源基础管理，推广先进水资源管理工具的应用

加强水资源管理组织机构与制度建设，建立协同、高效的取水、制水、用水与排水的水资源管理体系；认真贯彻取水许可制度，严格执行取水许可审批程序；建立日常巡查和检修制度，防止跑冒滴漏；建立和完善用水情况统计、监测、分析制度，加强水资源管理系统的信息化建设，确保水资源管理数据的完整、真实、准确；定期开展水平衡测试，加强用水效率和总量分析；制定并实施节水规划和年度节水计划，推进节水重点技术改造项目实施，积极研发应用节水新技术、新工艺、新设备，加快淘汰落后用水工艺、设备和器具；强化目标责任管理和考核，开展对标、达标活动，降低单位产品用水量，提高水资源的利用效率。

目前，中国工业企业的水资源管理工作还比较粗放，水平衡测试、水足迹、水管理会计、生命周期评价等先进的水资源管理工具尚没有普及应用。建议有条件的企业将水平衡测试作为水资源管理的基本工具进行全面推广，并在此基础上逐步推进水足迹、水管理会计、生命周期评价等其他先进水资源管理工具的应用。

如果说，水平衡测试重点关注的是水资源消耗，那么工业水足迹研究则不仅关注水资源消耗，还关注水环境污染。工业水足迹是基于水足迹理论发展起来的、专门用于分析工业生产过程中水资源消耗和环境影响的物理指标，研究内容包括各种工业原料、辅料与生产过程中的水资源消耗和水环境污染，即生产过程中的绿水足迹、蓝水足迹、灰水足迹和隐含水足迹。综合国内关于工业水足迹的研究成果[17-20]，绿水足迹是指企业收集、利用的雨水量，蓝水足迹是指企业对传统水源的直接消耗量（直接蓝水足迹）；灰水足迹是指以自然本底浓度和现有的环境水质标准为基准，将污水排放的污染物负荷吸收同化所需的淡水量，即“占用的纳污能力”；隐含水足迹也可以称作为原辅料水足迹，其包含整个生产过程中的工业原料、辅料、能源消耗及公共部门分摊的隐含水足迹（间接蓝水足迹）。所以，从污染防治和废水零排放的管理需求来说，工业企业的灰水足迹比绿水足迹、蓝水足迹、隐含水足迹更具有研究价值。从这个意义上来说，工业企业推进废水零排放的本质，其实就是为了实现企业的灰水足迹为零。

（二）推进非常规水资源利用

积极鼓励企业开展海水、雨水、城市再生水、企业蒸汽系统冷凝水与乏蒸汽等非常规水资源的开发利用，全面减少钢铁工业地下水、地表水取水量，提高水资源重复利用率。关于海水利用的研究论文很多，这里仅对其他几种非常规水资源的开发利用进行简单讨论。

1．关于雨水的收集、处理与利用，应关注最新国家标准相关内容的导向。

目前，大部分企业由于场地的限制没有雨水的收集利用设施，而是采用雨污分流的方式将雨水排放，而且部分企业的雨污分流形同虚设、并没有很好地发挥其作用。

由于工业企业地面雨水的污染物成分复杂,部分污染物如油类、COD、重金属等的浓度较城市雨水更高。随着国家对环保的日益重视，工业企业厂区雨水尤其是初期雨水的收集处理越来越重要。2016年新修订的国家标准《室外排水设计规范》（GB50014）对雨污分流、初期雨水与工业厂区雨水的污染物处理作出了特别限制，第1.0.4条规定“除降雨量少的干旱地区外，新建地区的排水系统应采用分流制；现有合流制排水系统，应按城镇排水规划的要求，实施雨污分流改造；暂时不具备雨污分流条件的地区，应采取截流、调蓄和处理相结合的措施，提高截流倍数，加强降雨初期的污染防治”；第4.1.6条规定“工业区内经常受有害物质污染的场地雨水，应经预处理达到相应标准后才能排入排水管渠”。

因此，应全面实施雨污分流，并加强对雨水特别是初期雨水的收集、处理、利用。

不过，雨水是宝贵的自然淡水资源，源自自然本应回归自然。如果进行截流、利用，则建议纳入新水消耗指标进行统计或单独设计一个雨水消耗指标进行统计。只是，雨水是免费的，雨水的消耗并不应缴纳水资源费。

2．城市再生水的利用，是城市钢铁企业助力城市生态文明建设的重要抓手。

城市再生水，主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水。根据《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》（发改环资〔2016〕2849号），“十三五”期间我国城市和县城再生水利用率要进一步提高。到2020 年底，京津冀地区不低于30%，缺水城市再生水利用率不低于20%（2015年约为12.1%），其他城市和县城力争达到15%（2015年约为4.4%）。

需要说明的是，与发达国家标准相比，目前我国城市再生水利用的相关标准偏低，一些风险较高的新型污染物未涉及，特别是再生水利用在生态与景观环境、农业灌溉、地下水回灌等方面存在一定的安全隐患，加大了地下水污染和农业食品安全的风险。随着我国再生水利用科学研究的不断深入、再生水处理与监测技术的不断进步，有关标准将进一步提升、完善。而作为城市再生水利用的潜在大用户，钢铁企业特别是大中型钢铁企业，更应自我加压、自我约束，在积极推进城市再生水利用的同时，应加强再生水安全利用管理，加强再生水的再处理与水质监测，加强对再生水用水设施或景观绿化地土壤的监测，提升城市再生水利用效率并持续减少污染物排放。

3.加强冷凝水的使用，是钢铁企业进一步深化节水工作的潜力点。

如前所述，全流程钢铁企业的吨钢蒸发损失水量（含蒸汽管网等的冷凝水）在1.5-2.0 m3/t之间。保守地按1.5m3/t计算，常温常压下1.5m3的水蒸发所带早的热量约为3.6GJ，约合123千克标准煤。也就是说，全流程钢铁企业由于水蒸发损失带走的热量约合123kgce/t。因此，回收利用钢铁企业排放的蒸汽（含冷凝水）及其所含的热量，潜在的节能、节水效果显著，商业机会巨大。

不过，由于钢铁企业内损失的乏蒸汽分布比较分散，且乏蒸汽余热回收的热效率极低，使得乏蒸汽余热及其冷凝水回收的经济效益较差、实际应用的装置不多。

开发乏蒸汽余热及其冷凝水回收的最佳可适用技术，是钢铁企业进一步深化节能、节水、减排工作的有效潜力点。建议有实力的钢铁企业与相关科研院所合作，加大科研投入，开发相关工艺、技术与装备，促进钢铁企业节能、节水工作不断深入，实现精细化、精益化。

结束语

随着生态文明建设的深入推进，国家节能减排政策、标准日趋严格，钢铁企业的精细化水资源管理工作越来越受到重视，废水零排放更是成为企业提升可持续发展能力与竞争力的重要抓手。但是，目前钢铁企业在水资源管理和废水零排放方面还存在很多问题需要加强管理或开展深入研究，特别是中国钢铁企业的用水、排水统计指标的严肃性还有待加强。

本文研究得出以下几方面认识：

1. 工业“废水零排放”的是一种“工业理想”，而“近零排放”才是工业企业废水处理的现实选择，目的是实现新水消耗、外排废水与废水中污染物的共同减量。因而，废水零排放是废水排放不断“趋零”的一系列行动与过程，而其本质是实现企业的灰水足迹为零；

2. 应因地制宜、因厂施策推进企业节水与废水减排工作，并兼顾环保与经济的双赢，切忌“一刀切”；

3. 全流程钢铁企业的吨钢蒸发损失水量约为1.5-2.0 m3/t；

4. 雨水是宝贵的自然淡水资源，工业企业应全面实施雨污分流，并加强对雨水特别是初期雨水的收集、处理、利用；建议将雨水的使用情况纳入新水消耗指标进行统计；

5. 钢铁企业应积极推进城市再生水利用，并强再生水安全利用管理；

6. 钢铁企业应逐步提升企业内部中水水质，或者通过技术改造减少中水的开放型使用（即：使用过程或使用后被直接排放到自然环境中）。如果需要对经简单处理的工业污水（中水）进行开放型使用，则在使用前应对可能造成的环境污染开展安全性评价；

7. 回收利用钢铁企业的外排蒸汽（含冷凝水）及其所含的热量，潜在的节能、节水效果显著，商业机会巨大。应加大科研投入，开发利用相关工艺、技术与装备；

8. 应逐步推广应用水平衡测试、水足迹、水管理会计、生命周期评价等先进的水资源管理工具，促进中国钢铁企业水资源管理水平的提升。