Gestion de l'eau et contrôle de la pollution dans une aciérie

Gestion de l'eau et contrôle de la pollution dans les aciéries

L'eau est une utilité essentielle nécessaire à la production de fer et d'acier dans une aciérie. Bon marché et abondante, l'eau a été pendant des siècles une utilité de production que l'industrie sidérurgique tenait pour acquise. Mais dans le scénario actuel, les ressources en eau se font de plus en plus rares en raison du déséquilibre croissant entre la disponibilité et la consommation d'eau douce, d'où l'accès à une eau douce propre et sûre est devenu l'un des défis majeurs de la société moderne.

La demande en eau continue d'augmenter en raison (i) de l'augmentation de la population et de la migration vers les régions sujettes à la sécheresse, (ii) du développement industriel rapide et de l'augmentation de la consommation d'eau par habitant, et (iii) du changement climatique entraînant des changements dans les conditions météorologiques dans les zones peuplées. . Cela a conduit l'industrie sidérurgique à entrer dans une nouvelle ère de contrainte hydrique. De plus, au cours des trois dernières décennies, les préoccupations concernant la pollution de l'environnement ont augmenté dans le monde entier, ce qui a entraîné la promulgation de réglementations environnementales plus restrictives. Étant donné qu'il existe une menace de pénurie des ressources en eau à l'avenir, l'industrie sidérurgique a changé son approche de la stratégie et de la politique de l'eau vers la réduction de la consommation d'eau douce.

Comme la disponibilité et la qualité de l'eau douce représentent des préoccupations majeures, la gestion de l'eau est un défi important auquel est confrontée la direction des aciéries et cela est relevé pour améliorer la durabilité du cycle de production. L'eau, comme l'acier, peut être réutilisée et recyclée. Cependant, l'augmentation du recyclage de l'eau, après nettoyage et refroidissement, peut diminuer la qualité de l'eau. Par conséquent, l'aciérie doit améliorer en permanence les technologies de nettoyage pour réduire la consommation d'eau. De plus, les défis liés à l'eau (c'est-à-dire la disponibilité, la pénurie saisonnière, la concurrence avec d'autres utilisateurs) dépendent de l'emplacement de l'usine, il est important d'avoir une approche locale et une solution sur mesure. Le cycle de vie de l'eau est illustré à la figure 1.

Fig 1 Le cycle de vie de l'eau

Une grande quantité d'eau est utilisée dans une aciérie intégrée. Cependant, la quantité consommée n'est pas élevée, puisque la majeure partie de l'eau est réutilisée ou renvoyée à la source. La majeure partie de l'eau consommée est évaporée et environ 90 % (en moyenne, 88 % dans une usine intégrée et 94 % dans une usine basée sur l'EAF) de l'eau est rejetée après nettoyage et/ou refroidissement et fréquemment utilisée par d'autres services publics. L'eau qui n'est pas consommée dans l'aciérie est nettoyée, refroidie et renvoyée à la source. L'eau renvoyée dans les rivières et autres sources est souvent plus propre que lorsqu'elle est extraite à la pompe d'admission.

Une aciérie intègre un certain nombre de processus allant de la préparation des matières premières au laminage de l'acier de finition. Tous ces processus ont besoin d'eau. Lorsque l'eau est utilisée dans ces processus, elle est contaminée par des polluants en quantités et concentrations diverses. Les besoins typiques en eau dans les divers processus d'une aciérie varient considérablement d'une aciérie à l'autre et peuvent aller de 20 mètres cubes par tonne d'acier brut à 150 mètres cubes par tonne d'acier brut. Des capacités de pompage pour ces quantités d'eau sont nécessaires au fonctionnement des différents processus de l'aciérie. La consommation d'eau est considérée comme l'apport d'eau moins le rejet d'eau. La consommation globale d'eau dépend des installations de traitement et de recirculation de l'eau dans l'aciérie et se situe normalement entre 1,5 mètre cube par tonne d'acier brut et 4 mètres cubes par tonne d'acier brut.

Une aciérie utilise d'énormes quantités d'eau douce pour une variété d'utilisations, notamment le refroidissement, la suppression de la poussière, le nettoyage, le contrôle de la température (traitement thermique), le transport des déchets (cendres, boues et tartre, etc.) et d'autres utilisations. L'eau est une partie essentielle de certains des processus de l'aciérie, tels que l'ajout d'eau pour contrôler la teneur en humidité du mélange de charbon à coke, la pelletisation du mélange d'agglomération, la fabrication de pellets verts lors de la production de pellets de minerai de fer, la production de vapeur et donc d'électricité. , et granulation de laitier de haut-fourneau, etc. L'utilisation d'une grande quantité d'eau génère également une quantité considérable d'eaux usées qui doivent être traitées avant leur rejet.

Étant donné qu'une grande quantité d'eau est utilisée dans l'aciérie, toute amélioration technologique de la technologie de refroidissement conduisant à un petit pourcentage de réduction de la consommation d'eau, a le potentiel d'épargner une grande quantité d'eau dans l'environnement naturel et de minimiser la consommation d'eau. empreinte. Il est important de rechercher des moyens et des technologies qui permettent de minimiser la consommation d'eau dans l'industrie sidérurgique.

L'empreinte eau est un nouveau concept qui permet de quantifier l'appropriation de l'eau douce. La méthodologie de l'empreinte eau a été introduite par Hoekstra comme indicateur d'appropriation de l'eau douce, dans le but de quantifier et de cartographier l'utilisation indirecte de l'eau et de montrer la pertinence d'impliquer les consommateurs et les producteurs tout au long des chaînes d'approvisionnement dans la gestion de l'eau.

Les stratégies de gestion de l'eau aident les aciéries à récupérer, réutiliser et/ou recycler l'eau, ce qui peut à son tour générer des économies de coûts considérables en minimisant la demande d'eau d'alimentation et en réduisant les volumes de rejet. La gestion de l'eau dans une aciérie intégrée dépend principalement des conditions locales, de la disponibilité de l'eau et des exigences réglementaires.

Ces derniers temps, la gestion de l'eau est devenue l'un des éléments les plus importants de l'acier durable. La gestion durable de l'eau est très importante pour la gestion de l'aciérie en raison de la valeur essentielle de l'eau pour la société. Il est nécessaire que la direction de l'aciérie prenne la gestion de l'eau au sérieux. La direction est tenue d'évaluer en permanence la meilleure façon d'utiliser l'eau et de trouver des améliorations tant dans sa conservation que dans sa réutilisation.

Comme dans le cas de l'acier, l'eau peut être réutilisée et recyclée. Cela améliore l'efficacité de l'utilisation de l'eau et réduit sa demande ainsi que son coût. En augmentant le recyclage de l'eau et l'utilisation de l'eau en cascade d'une qualité supérieure à une qualité inférieure, l'utilisation et la consommation d'eau peuvent être considérablement réduites dans l'aciérie. Cependant, il est nécessaire de considérer l'augmentation potentielle de la consommation d'énergie avant de mettre en place tout système de gestion de la réutilisation de l'eau.

Le moyen le plus efficace de réduire la consommation d'eau est de la réutiliser. Cela implique normalement de nettoyer et de refroidir les flux d'eau entre chaque utilisation. Certains de ces traitements, tels que le refroidissement, nécessitent de grandes quantités d'énergie et peuvent entraîner une augmentation des taux de consommation d'eau en raison d'une évaporation plus élevée. Les processus supplémentaires nécessaires sont toujours presque en conflit avec les objectifs de réduction de la consommation d'énergie, ce qui signifie des émissions plus élevées de dioxyde de carbone. Par conséquent, il est nécessaire d'évaluer l'efficacité de la réutilisation de l'eau de manière intégrée, en tenant compte de tous les aspects environnementaux.

Par conséquent, l'efficacité énergétique est un aspect très important dans la gestion de l'eau dans l'aciérie. Les mesures de réduction de la consommation d'eau doivent être associées à l'utilisation de pompes à haut rendement énergétique et d'installations de récupération de chaleur. Les pompes économes en énergie signifient moins d'énergie nécessaire pour l'extraction de l'eau, le traitement de l'eau et la circulation de l'eau. En outre, l'efficacité de l'utilisation de l'eau doit prendre en compte la consommation réelle, c'est-à-dire la différence d'apport et de rejet (de qualité identique ou supérieure), ainsi que les aspects de disponibilité et les influences sur d'autres catégories de ressources de l'aciérie telles que l'énergie. De plus, la réutilisation de l'eau dans une industrie à haute température telle qu'une aciérie peut augmenter la consommation d'eau.

La consommation d'eau dans l'aciérie varie très largement et dépend de plusieurs facteurs tels que (i) la disponibilité de l'eau, (ii) la technologie employée, (iii) l'âge et l'état de l'usine et des équipements, (iv) les types de production processus, et (v) les procédures d'exploitation de l'usine. Les trois facteurs de base qui sont cruciaux pour une gestion efficace de l'eau sont (i) la qualité de l'eau d'appoint, (ii) les conditions climatiques sur le site de l'aciérie et (iii) les exigences réglementaires.

Les principaux problèmes liés à l'eau qui ont des effets sur la gestion de l'eau dans une aciérie sont (i) la qualité de l'eau de traitement nécessaire (ii) la qualité des eaux usées, (iii) le recyclage de l'eau et la minimisation de sa consommation, (iv) les polluants dans le l'eau, (v) la mise en œuvre de nouvelles technologies pour la gestion de l'eau, et (vi) la mise en œuvre de technologies de traitement des eaux usées et leur rentabilité.

Étant donné qu'en raison de l'augmentation de la consommation, de l'énergie supplémentaire nécessaire et de la nécessité de traiter / éliminer les sous-produits générés, il est crucial d'avoir une approche holistique prenant en compte tous les aspects environnementaux lors de l'examen de l'introduction de différentes technologies de réduction et de traitement de l'eau avec l'objectif de zéro rejet d'effluents. Il est donc crucial d'avoir une vision globale de l'impact global sur les ressources en eau. La figure 2 montre une approche holistique de la gestion de l'eau.

Fig 2 Approche holistique de la gestion de l'eau

Utilisations de l'eau

L'eau a de nombreuses utilisations dans l'usine sidérurgique et la qualité de l'eau nécessaire pour chaque utilisation varie également. De plus, il peut y avoir un système traversant et il peut y avoir des systèmes avec une recirculation partielle ou complète de l'eau.

La majeure partie de l'eau de l'usine sidérurgique est utilisée pour le refroidissement, la protection des équipements et l'amélioration des conditions de travail sur les lieux de travail. Une quantité d'eau moindre, mais tout de même considérable, est utilisée comme eau de procédé. Une petite quantité d'eau est utilisée comme eau d'alimentation de chaudière et comme eau domestique et de service.

L'eau est utilisée non seulement pour les opérations de refroidissement, mais aussi à d'autres fins. Il existe différentes qualités d'eau nécessaires pour répondre aux besoins en eau à divers endroits de l'usine. De plus, l'eau douce est principalement utilisée pour les processus et le refroidissement direct et indirect, tandis que l'eau de mer est normalement utilisée pour le refroidissement à passage unique après un prétraitement antisalissure. L'utilisation d'eau douce est normalement considérée comme un indicateur de performance. En refroidissement direct, l'eau entre en contact avec le matériau et l'équipement, tandis qu'en refroidissement indirect, l'eau n'entre pas en contact avec le matériau ou l'équipement.

L'eau de mer est principalement utilisée pour le refroidissement à passage unique sans prétraitement ni post-traitement. Il n'entre pas en contact avec le matériel ou l'équipement. L'eau douce est principalement utilisée pour les processus et le refroidissement. Il entre en contact avec le matériel et l'équipement et est traité avant d'être réutilisé ou rejeté. Les principales utilisations de l'eau dans une aciérie intégrée sont indiquées ci-dessous.

• L'eau est nécessaire pour répondre aux besoins du processus. Les exemples sont l'ajustement de l'humidité dans le mélange de charbon, la trempe humide du coke, l'ajout dans le mélange d'agglomération pour la pelletisation dans le tambour de pelletisation, la pulvérisation d'eau au sommet du haut fourneau (BF) pour contrôler la température supérieure, la granulation de laitier liquide BF, la coulée de porc, la coulée continue , décalaminage de l'acier avant laminage à chaud, traitement thermique en ligne et contrôle de la température dans les laminoirs à chaud et réglage de la force de l'acide de décapage, etc.
• L'eau est utilisée pour le conditionnement des matériaux afin de faciliter la manipulation et le transport. Les exemples sont le transport de tartre dans la coulée continue et le laminage à chaud, l'ajout d'eau dans les matières premières pour la suppression de la poussière pendant leur transport et leur stockage, la fabrication de boue pour le transport par pipeline, le transport de cendres volantes vers un bassin de cendres et son stockage là-bas, etc.
• Divers types de gaz générés au cours de différents processus sont refroidis, nettoyés et conditionnés avec de l'eau.
• L'eau est utilisée pour le transfert de chaleur. Divers équipements, rouleaux et coquilles de fours sont refroidis à l'eau. Des méthodes de refroidissement directes et indirectes sont utilisées à cette fin.
• La production de vapeur pour les besoins du processus et à des fins de production d'électricité nécessite de l'eau déminéralisée.
• L'eau est utilisée pour divers refroidissements tels que les fours et les réfractaires sont refroidis à l'eau avant de reprendre les réparations et/ou le regarnissage. Les déversements de métaux et de scories sont refroidis à l'eau avant leur transport.
• Les mortiers à base d'eau, les coulis et les argiles ont besoin d'eau en quantité mesurée.
• Les processus de traitement des eaux usées et de l'eau nécessitent un ajout d'eau pour un traitement efficace et une meilleure réaction. L'eau est également nécessaire pour la neutralisation des effluents acides.
• L'eau est utilisée pour le nettoyage et le lavage des sols des magasins afin que la poussière déposée sur les sols des magasins puisse être nettoyée.
• Les salles de contrôle électriques et les tunnels sont ventilés avec de l'air humide pour lequel des pulvérisateurs d'eau sont utilisés.
• L'eau est utilisée à des fins de lutte contre les incendies dans une aciérie. L'eau est également utilisée pour l'eau potable, la glacière, les cantines et les toilettes.
• Les usines sidérurgiques doivent maintenir la verdure à l'intérieur de l'usine à des fins environnementales. Cette activité a besoin d'eau.

Schéma d'écoulement de l'eau et termes utilisés pour l'eau

Le diagramme d'écoulement d'eau dans une aciérie est illustré à la figure 3. Les termes utilisés pour les différents types d'eau dans le diagramme sont décrits ci-dessous.

Fig 3 Diagramme d'écoulement d'eau d'une aciérie

Prise d'eau - Il s'agit de l'eau pompée du plan d'eau à la station de pompage d'admission et ajoutée au système d'eau de l'aciérie.

Eau d'appoint – C'est l'eau qui est ajoutée au système d'eau. L'eau d'appoint est souvent nécessaire dans les systèmes qui utilisent de l'eau de recirculation. C'est cette eau qui est ajoutée au système pour compenser l'eau (i) perdue dans le processus, (ii) perdue par l'évaporation et (iii) perdue en raison des fuites.

Eau de traitement – C'est l'eau qui entre en contact avec un produit fini ou avec des matériaux incorporés dans un produit fini. L'eau de traitement comprend généralement les flux qui entrent en contact avec les matières premières ou les produits finaux de la production d'acier, ou qui deviennent une partie du produit final. Il existe de nombreuses applications d'eau de procédé, y compris la séparation physique des constituants du minerai, le durcissement par trempe, le décalaminage, la galvanisation et le placage. L'eau de traitement est également un composant des solvants, des acides et des émulsions utilisés pour nettoyer, dégraisser et rincer les surfaces en acier.

Eau de refroidissement – C'est l'eau qui est exclusivement utilisée pour le refroidissement. L'eau de refroidissement fait référence aux flux qui sont utilisés pour dissiper l'excès de chaleur des produits en acier et des équipements associés. Les applications de refroidissement représentent la majeure partie de l'eau utilisée dans une aciérie et comprennent le refroidissement par contact dans les processus de laminage à chaud et à froid, le refroidissement et le confinement des gaz de dégagement, le refroidissement des fours et des fours, et d'autres applications.

La quantité d'eau prélevée et rejetée par une installation varie considérablement en fonction du type de système de refroidissement utilisé. Les systèmes de refroidissement à passage unique ont la plus forte demande en eau, tandis que les systèmes de refroidissement à recirculation retiennent presque toute l'eau pour les cycles de refroidissement répétés.

Eau déminéralisée – L'eau déminéralisée est celle où les minéraux de l'eau ont été éliminés. L'eau déminéralisée est également utilisée comme eau d'alimentation de la chaudière. Le processus de déminéralisation est normalement effectué lorsque l'eau doit être utilisée pour des processus chimiques et que les minéraux présents peuvent interférer avec les autres produits chimiques. Avec le processus de déminéralisation, l'eau est adoucie par l'élimination des minéraux indésirables. L'eau déminéralisée a une conductivité plus élevée que l'eau déminéralisée.

Eau d'alimentation de chaudière – L'eau déminéralisée est utilisée comme eau d'alimentation de la chaudière. L'eau d'alimentation des chaudières est utilisée pour générer de la vapeur de procédé utilisée pour alimenter de nombreux procédés impliqués dans la production d'acier. Les chaudières sont utilisées pour produire de l'énergie pour le chauffage et le refroidissement des processus, ainsi que pour alimenter les systèmes d'entraînement mécanique et les systèmes de contrôle de la pression. Les chaudières ont besoin de normes élevées de qualité de l'eau pour assurer un fonctionnement sûr dans leurs conditions de fonctionnement à température et pression généralement élevées. Cependant, avec un prétraitement approprié, l'eau provenant de diverses sources peut être recyclée pour être utilisée comme eau d'appoint de la chaudière.

Eau anti-incendie – C'est l'eau utilisée pour éteindre les incendies dans l'aciérie.

Eau douce – L'eau douce est une eau qui contient de faibles concentrations d'ions et en particulier une faible teneur en ions de calcium et de magnésium. Le terme est utilisé pour décrire l'eau qui a été produite par un procédé d'adoucissement de l'eau. L'eau douce peut également contenir des niveaux élevés d'ions sodium et bicarbonate. L'eau douce ne produit aucun dépôt de calcaire dans les systèmes de chauffage de l'eau et le système de refroidissement indirect de l'eau.

Eaux effluentes – Il s'agit des eaux usées évacuées du système d'eau. L'eau effluente d'une usine est rejetée dans un système d'élimination des déchets. Cependant, au sein d'une usine, les effluents d'une unité peuvent être utilisés comme apport pour une autre unité. Dans la plupart des endroits, la quantité d'eau consommée est très difficile à déterminer et est normalement considérée comme la différence entre l'apport et l'effluent ou est estimée par l'exploitant de l'usine. Dans les systèmes à passage unique, les effluents ne sont normalement pas mesurés.

Eau domestique – Elle est également connue sous le nom d'eau sanitaire et est utilisée pour boire et dans les toilettes.

Eau de service – Il s'agit de l'eau utilisée pour le nettoyage général de l'atelier, la suppression des poussières et le rinçage des déchets, etc.

Autres utilisations de l'eau – Les autres utilisations de l'eau sont les utilisations de l'eau qui ne sont pas couvertes par les rubriques ci-dessus. Des exemples d'autres utilisations sont l'eau utilisée dans les systèmes de ventilation, le transport de déchets tels que les boues, le jardinage, etc.

Polluants dans les eaux usées

La gestion de l'eau dans une aciérie intégrée est très importante pour son bon fonctionnement puisque l'aciérie intégrée a besoin d'une grande quantité d'eau pour son fonctionnement. Pendant le fonctionnement de l'usine, cette eau est polluée. Il est très difficile de séparer le contrôle de la pollution de l'eau de la gestion de l'eau dans l'usine. Une bonne gestion de l'eau entraîne une diminution du contrôle de la pollution de l'eau alors que dans le même temps, le contrôle de la pollution de l'eau nécessite une bonne gestion de l'eau. Une bonne gestion de l'eau nécessite un rejet d'eau nul ou minimal de l'usine. Ceci est réalisé en incorporant des systèmes élaborés de traitement de l'eau pour la recirculation de l'eau. Cela réduit la consommation d'eau puisqu'il y a une réduction des besoins en eau d'appoint. Cela réduit également la pollution de l'eau puisque le rejet d'eau depuis les limites de l'usine devient nul ou négligeable. En outre, cela réduit la nécessité et le coût du traitement de l'eau polluée avant son rejet des limites de l'usine. Les polluants suivants sont présents dans les eaux usées.

• Solides colloïdaux et solides en suspension :fines de minerai et de fondant, calamine, sable, cendres volantes, fines de charbon et de coke, etc.
• Température et chaleur :eau de refroidissement, vidange de la chaudière, etc.
• Huile – Huiles de laminoirs, lubrifiants, huiles hydrauliques, huiles de trempe, mazouts, solvants, goudron et brai, etc.
• Produits chimiques – Il s'agit de la liqueur de décapage, des boues acides, du lessivage caustique, de la chaux, de la liqueur ammoniacale usée, de la purge de la chaudière et des produits chimiques toxiques, etc.
• Déchets sanitaires - Déchets de la cantine, des salles de lavage, des vestiaires et des toilettes, etc.

Le rejet d'eau effluente sans traitement provoque une pollution des masses d'eau à l'endroit du rejet et, par conséquent, un traitement adéquat de l'eau effluente est nécessaire avant son rejet de l'aciérie. Voici quelques-unes des principales méthodes normalement utilisées pour le traitement des effluents.

• Réservoirs de décantation - Un processus de décantation conventionnel dans des réservoirs rectangulaires ou circulaires est utilisé pour la sédimentation des solides en suspension. Compte tenu des rendements, la floculation est parfois utilisée. Le retrait des boues se fait au moyen de pompes ou au moyen d'une grue avec grappin.
• Pour éliminer les solides en suspension de taille très fine et de taille variable, des épaississants, des clarificateurs et des clariflocculateurs sont utilisés individuellement ou en combinaison. Des coagulants tels que l'alun, le chlorure ferrique, les sulfates ferriques et les polyélectrolytes sont utilisés pour la coagulation des solides en suspension.
• Pour évacuer la chaleur et réduire la température. L'eau chaude est traitée dans un bassin de refroidissement, un bassin de pulvérisation ou des tours de refroidissement.
• Neutralisation - La valeur du pH des eaux usées doit être contrôlée entre 6,5 et 7,5. Pour cela, les eaux acides à pH bas sont traitées avec des alcalis tandis que les eaux alcalines à pH élevé sont traitées avec des acides.
• Effluent contenant des huiles - Pour collecter les huiles des effluents, un processus conventionnel de flottation naturelle et d'écrémage est utilisé. La collecte de l'huile écrémée se fait par des auges mobiles.
• Les eaux usées des fours à coke à forte demande biologique en oxygène (DBO) sont traitées soit dans des filtres bactériens, soit par un procédé à boues activées. Le procédé à boues activées avec aération prolongée est plus efficace pour réduire les valeurs de DBO. Pour une décomposition microbienne appropriée, les eaux usées des fours à coke ont besoin d'une supplémentation en phosphore pour les équilibrer en nutriments. Si des eaux usées brutes sont disponibles, l'ajout de ces eaux usées aide au processus de boues activées.

Un organigramme typique pour le traitement des boues est illustré à la Fig 4.

Fig 4 Schéma de traitement des boues