TRAITEMENT DES EAUX RESIDUAIRES DANS LA SIDERURGIE

 

Les usines métallurgiques sont les plus grands consommateurs industriels d'eau et les plus grandes sources de formation de grandes quantités  d'eaux usées contaminées. Ainsi sur une tonne d'acier fondue est consommé 150-250 m3 d'eau qui est après évacuée dans les bassins d'eau avec différents contaminants. La part d’évacuation des eaux uséespar diverses industries en Ukraine (%) est la suivante:

1)    Sidérurgie -17,5

2)    Industrie chimique- 14

3)    Industrie des pâtes et papiers – 14

4)    Industrie mécanique – 13

5)    Industrie pétrolière - 9,5

6)    Industrie alimentaire - 9.5

7)    Métallurgie non ferreuse -7,5

8)    Industrie légère- 3

9)    Autres (transport ferroviaire, transport aérien, etc) – 12

Les différentes fonctions d'eau dans les procédés metallurgiques:

a)     technologiques – l’eau est utilisé comme une matière première industrielle, comme un solvant et milieu réactif;

b)    fonctions d’extraction - l’eau est utilisé pour extraire le produit d'impuretés indésirables, pour la nettoyage des souffles gazeux, pour le traitement des déchets solides des composants hydrosolubles;

c)     le refroidissement et le transport.

De la variété d'utilisation fonctionnelle des ressources en eau dans l’industrie le plus répandue est utilisation comme un refroidisseur (50-70%), comme un solvant (15-20%) et comme l’agent de transport (15-25%).

La méthode d’épuration des eaux résiduaires dans les usines métallurgiques est résolu individuellement, pour des industries spécifiques. C’est pourqoui le but de ce travail est d'examiner les méthodes de traitement des eaux usées dans certains secteurs de la sidérurgie.

Rappelez-vous que le rejet de 1 m3 d'eaux usées contamine 20-50 m3 d'eau pure.

ELABORATION DE FONTE DANS LES HAUTS FOURNEAUX

Dans les ateliers d’elaboration de la fonte des eaux usées se forment sous l’estacade de silos au cours de lavage de charge dispersés sous un jet d’eau et pendant la dépoussiérage de l'air d’aspiration, et aussi pendant la granulation du laitier de haut fourneau.

Des eaux usées à partir des équipement réfroidis sont conventionnellement propre. Sa quantité pendant le refroidissement par eau est 15-20 m3  par tonne de fonte fondue et pendant le refroidissement par évaporation – 5-10 m/t. Le gradient de température est 7-8 °C.

Des eaux usées des lieux sous le trémis sont contaminées par des impuretés mécaniques (jusqu'à 2-3,5 g / l). Le quantité total d’eaux usées est environ 2-6 m3 par tonne de fonte fondue. La composition granulométrique des matières en suspention est très irrégulier. Les euax sont dirigés vers le décanteur, où ils se décantent. Le sédiment de décanteures est retourné à l'usine d’agglomération pour la préparation de la charge et l'eau éclairciée est utilisé dans l’adduction d’eau de recirculation.

Dans les ateliers d’elaboration de fonte on sépare les installations pour traitement du gaz de haut fourneau et celles pour traitement des eaux usées formées dans  les épurateurs de gaz en installations indépendantes.  Pendant la fusion se produit environ 4000 m3 de gaz par tonne de fonte qui contients  50-20 g/m3 de poussières. Ces gaz passent par trois étapes d’épuration: le premier - le "sec", qui emporte 70-80% de poussière, le second - «humide» - dans les scrubbers arrosés par l'eau qui emporte environ 15% de poussière, et le troisième - dans la filtre électrostatique où la poussière emporté est lavé par l'eau. Le débit total d'eau est 4-9 m3  par 1000 m3 de gaz qui est épuré ou 20-30 m3 par tonne de fonte fondue.

Dans certains cas quand il y a les matières en suspention finement diviées ou quand il y a la nécessité d'une élimination plus complète des suspentions on applique la filtration à travers des filtres à pression ramplis du sable ou du coke.

La teneur admissible en matières suspendue dans l'eau traitée est 150 mg / l ce qui est assuré par la durée de décantation 45-60 minutes.

Le sédiment qui chutes au fond de décanteures a une faible humidité (80%) et se compose des particules lourdes. Le sédiment se compose des substances (pour 60%) qui sont utiles pour le retour dans le haut fourneau. Il est évacué des décanteures à l’aide des pompes et il est envoyé  aux usines d’agglomération.

 Tout cela concernent les hauts fourneaux qui  fabriquent la fonte de moulage et la fonte d’affinage (Dniepropetrovsk, Donetsk, Krivoy  Rog, etc.)

En générale, la transformation du laitier de haut fourneau est consiste en sa granulation. Quantité d'eaux usées par la tonne du laitier granulé est 2,5 m3 pour les laitiers acides ou neutres et 5 m3 pour les laitiers basique. En dépendance de la composition de la fonte fabriquée les eaux usées ont la réaction acide ou alcaline et contient du sulfure d'hydrogène de 10-30 mg/l., de sulfates de 100-150 mg/l, des chlorures de 50-80 mg/l. et des matières suspendus de 300-650 mg/l.

Pour  clarifier des eaux usées des installations de granulation on utilise décantateurs horizontales, ce qui n’est pas suffisant, car ils n’éliminent pas de sulfure d'hydrogène, de sulfates et chlorures.

Les eaux usées acides sont neutralisé à l’aide de chaux, les eaux usées alcalines n'ont pas de nécessité de les neutraliser.

Tous les canaux et les chéneaux sont nettoyés régulièrement des composés de calcium et de silicium qui sont déposées sur les parois.

ELABORATION DE L’ACIER

Pendant l’élaboration d'acier les eaux usées se forment après le refroidissement  des fours à l’acier, des convertisseurs et après l’épuration humide des gaz.

Les eaux usées qui se forment pendant le refroidissement  des fours à l’acier sont conventionnelle propre. 

La quantité d'eaux usées  après l’épuration humide des gaz de fours Martin est 7-10 m3 par 1000 m3 de gaz, ce qui correspond à 3,7-5,2 m3 par 1 tonne d'acier. La concentration moyenne de matières en suspention est 3 g/l, la concentration maximale est 17 g/l.

Pour réutiliser les eaux usées pour l’épuration des gaz  il faut les clarifier pour que la teneur résiduelle des matières en suspention soit 150-200 mg /l.

Pour traiter les eaux usées d’épuration des gaz de fours Martin sont utilisées les décanteures radiales ou les hydrocyclones ouverts sans coagulation et avec coagulation. Dans le système d’adduction d’eau de circulation le dureté d’eau est habituellement égal à 3. 

La quantité d'eaux usées  après l’épuration humide des gaz de convertisseurs dépend de la méthode d'èvacuation et d’épuration des gaz. Quantité d'eaux usées  de l’épuration des gaz d’un convertisseurs à 100-130 tonnes est 200-300 m3/h, et d’un convertisseurs à 250-400 tonnes est 2000-4000 m3/h.

L’atelier des convertisseur se compose de deux ou trois unités. C’est pourquoi la quantité d'eaux usées d’épuration des gaz de l’atelier des convertisseur moderne atteint 4000-6000 m3/h.

Les eaux usées d’épuration de gaz de convertisseur sont contaminés par les matières en suspention et par les produits chimiques solubles. 

Pendant l’élaboration des projets des systèmes de traitement il est nécessaire de prévoir le captage de particules en suspension gros ( >500 microns) des eaux usées  avant de leur entreé dans la construction de traitement.

Traitement des eaux usées on recommande réaliser:

- dans les cyclones hydrauliques ouvertes pour les épurateur des gaz d’atelier de convertisseur avec le debit d'eaux usées de 600-900 m3 / h;

- dans les décanteurs avec de chambre de floculation pour les grands convertisseur (250-400 t), qui travaillent avec le débit d'eau à l’atelier de         2000- 4000 m3/h;

- dans les floculateurs d’un type de cyclones hydraulique pour les convertisseur de toute contenance.

Pour intensifier le travail des construction de traitement des eaux usées on utilise les additions de floculants.

La concentration de matières en suspension solides dans la pulpe de cyclones hydrauliques ouvertes est 100-150 g/l, des décanteurs et des floculateurs est 300-400 g/l.

La pulpe est envoyé pour déshydratation. Les boues sont utilisées, les eaux  d’installations de déshydratation sont retourné à la station d'épuration pour les traiter par coagulants.

Si il y a le traitement stable d'eau de circulation d’installation d’épuration des gaz de convertisseur les systèmes peuvent fonctionner sans rejet d'eau dans les bassins.

Pendant l’épuration humide de gaz de fours à arc électrique se forment des eaux usées de 2-4 m3 par 1000 m3 de gaz ou de 3-6 m3 par 1 tonne d'acier fondue. Ils contien de matière en suspension fine 1000-10000 mg/l et d'oxydes de fer, sulfates, chlorures, fluorures, etc.

On peut traiter les eaux usées des matières en suspension dans les décanteurs radiales et dans les cyclones hydrauliques ouverts.

LE LAMINAGE

Dans les ateliers du laminage les eaux usées se forment au cours de refroidissement  des fours à rechauffer, des roulements et des rouleaux des laminoirs, au cours de lavage de écailles.

Ateliers de laminage à chaud 

 Selon le type du laminoirs le quantité des eaux usées est de 5-10 m3 par une tonne de métal laminé. L'eau est chauffée seulement par 3-5 °C.

Les eaux usées sont contaminées par l'écailles et par l'huile. Ils contient de l'huile de 30-50mg/l.  Le quantité spécifiques des eaux usées est donnés dans le tableau 1.

Pour réutiliser les eaux usées il faut les épurer. En général l'épuration est effectuée en deux étapes. Dans première étape on utilisent les décantateurs primaires (horizontals, radials). Puis - les décantateurs secondaires. Au lieu de décantateurs secondaires on peut utiliser des cyclones hydrauliques sous pression.

Il existe la troisième étape d’épuration, pour laquelle on utilise les filtres électromagnétiques, les filtres à gravier et à sable.

Filtres électromagnétiques ont des conceptions différentes. L'eau passe à travers un chargement magnétisés filtrant, s’épure des matières en suspension et est évacué par un autre bouche. 

 Filtres à gravier et à sable ont des conceptions différentes aussi. Le chargement du filtre est fait de gravier ou d’abatis d'un calibre 40-60 mm. Gravier ou abatis sont appliqués comme un cadre qui empêche le mouvement transversal de la matièrede chargement pandent le lavage.

Ces filtres épurent les eaux usées qui contient des matières en suspension moins que 100 mg/l pour le teneur restante de 5-8 mg/l.

L'effet du traitement sur les matières en suspension attiends jusqu'à 50-70%,  mais élimination des solutés dans les filtres de ce type ne se réalise pas.

Ateliers de laminage à froid

Pandent le laminage à froid de métal les eaux usées de refroidissement d'installations, de refroidissement de l'huile et d'air ne sont pas contaminés, mais sont seulement chauffée par 5-8°C. Leur quantité est de 25-30 m3 par 1 tonne de métal laminé.

Les eaux usées contaminés sont venue du système technologique de graissage des rouleaux et de métal laminé.

Comme les matières lubrifiantes sont utilisés d'émulsion ou des solutions de l'eau.

Les solutions de l'eau doivent être réutilisés dans un système de circulation fermé. Au cours de laminage ils sont contaminé par les impuretés mécaniques minuscules, par sels et acides, qui restent après l’attaque. Aussi les solutions de l'eau sont chauffé à environ 10-15%. Le quantité total des particules contenues dans les solutions de l'eau est de 200 à 650 mg/l.

Dans les émulsions, la teneur en huile émulsionnée doit etre moins que 200mg / l, la dureté totale de l'eau ne doit pas dépasser 2 mEq/l, la concentration admissible de chlorures - 25 mg/l, de sulfates - 60 mg/l.

Eaux usées de huile émulsionnée sont  épurées par la flottasion pendant 6-10 minute.

Flottation - c'est la méthode physico-chimique de traitement des eaux usées des impuretés insolubles et de certaines substances solutés. Cette méthode donne un rendement élevé de traitement des eaux usées d'impuretés insolubles et de matières en suspension à 90-98%. La flottation est utilisé pour enliminer d'eaux usées des huiles, des graisses, des pruduits pétroliers, des résines, des hydroxydes de métaux lourds, des polymères, etc.

Pendant le traitement des des eaux résiduaires on retire principalement des petites particules de bous. Pour leur flottaison il faut avoir des bulles d'air très faible (la taille de quelques microns) et un haut degré de saturation des eaux usées par ces bulles. Pour obtenir ces bulles on ajoute parfois dans les installations de flottation des réactifs - des agents moussants (huile de pin, etc.)

Les installations de flottation de pression réalise l’amenage des eaux usées dans la chambre de flottation par la pompe, à l’aide de laquelle l’eau est saturé par l'air. La décantation avec la flottaison réduit la quantité de matières en suspension de 8-162 jusqu’à 7-100 mg/l, l'effet du traitement est 70-99%, et réduit la quantité de produits pétroliers jusqu’à 7-174 mg/l, l'effet du traitement est 68-99%.

 

On voit que toutes les usines métallurgiques ont l'influence nuisible sur l'environnement — les bassins, l'atmosphère et le sol. Parmi les usines principales de la métallurgie les plus grands polluants sont les ateliers d’elaboration de la fonte, les ateliers d’elaboration de l'aciér.

Les ateliers d’elaboration de la fonte, les ateliers d’elaboration de l'aciér, les ateliers du laminage ont les plus grandes dépenses de l'eau par une tonne de la production faite par eux. Cette eau peut être en forme de frais eau, conventionnelles-propres ou contaminée.

La création des systèmes fermés de l'approvisionnement en eau et d’évacuation des eaux des usines est la solution la plus rationnelle de question de la protection des bassins de contamination. Dans ce cas on utilise des eaux usées traitées dans les systèmes de la distribution technique d’eau et on retire de l'eau fraîche seulement pour la distribution d’eau potable.

Il y a trois systèmes de la distribution et d’évacuation des eaux aux usines métallurgiques : successif (à écoulement direct), adduction d’eau de circulation et fermé.

Dans le système successif on utilise de l'eau fraîche dans le cycle métallurgique, puis on la traite et on la évacue au bassin.

L’adduction d’eau de circulation – c’est quand toute l'eau ou sa partie se trouve tout le temps dans la circulation.

Si le système de l’adduction d’eau de circulation fonctionne sans quelque rejet de l'eau à la source -  c’est le système fermé. L'eau de la source ou d’un autre système est utilisée seulement pour compléter des pertes. Tels systèmes sont le plus écologiquement propres. C'est le cycle idéal, auquel il faut aspirer.

Les volumes de la consommation de l'eau sont très grandes,  il y a le déficit des sources de la distribution d’eau et la nécessité de leur protection de la pollution. Tout cela obligent les usines de réduire les rejets des eaux usées aux sources, c'est-à-dire ils sont obligées d’introduire les systèmes d’adduction d’eau de circulation et  d’aspirer à réalisation des cycles fermés. Il faut marquer que la création des systèmes n de l’adduction d’eau de circulation et fermés demande les dépenses supplémentaires financières, en comparaison du système successif.