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钢铁行业循环经济与清洁生产技术评价方法研究 冯光宏张宏亮张培 钢铁研究总院冶金工艺研究所， 北京 100081 摘要 在分析钢铁行业循环经济与清洁生产技术范围与特点的基础上， 通过循环经济 3R 原则、 清洁生产技术评价的 方法调研并结合生命周期理论， 建立了钢铁行业循环经济与清洁生产技术的分析评价方法模型， 并采用德尔菲方法进 行专家多轮讨论修正， 完善了模型的评价体系， 为我国钢铁行业推行循环经济与清洁生产技术提供理论和技术支持。 关键词 钢铁行业; 循环经济; 清洁生产; 技术评估 UATION OF CYCLIC ECONOMY AND CLEAN PRODUCTION TECHNOLOGY OF IRON AND STEEL INDUSTRY Feng GuanghongZhang HongliangZhang Pei Institute of Metallurgical Processing，CISRI，Beijing 100081，China AbstractBased upon the analysis of iron and steel industry recycle economy and clean production technologies framework as well as characteristics，through the 3R principle of cyclic economy，clean production technology research and uation s with the life-cycle theory，it was constructed a model of analysis and uation s for the iron and steel industry cyclic economy and clean production technology，which was discussed for several rounds to be improved by experts with the Delphi ． The model provided theoretical and technical support for the recycle economy and clean production of Chinas iron and steel industry． Keywordsiron and steel industry; cyclic economy; clean production; technology uation 0引言 钢铁工业“十二五” 规划纲要明确提出 到 2015 年， 钢铁企业平均吨钢综合能耗不高于 580 kg 标准 煤; 吨钢耗新水量不高于 4 m3; 吨钢 SO2排放量不高 于 1 kg。节能减排工作已经成为国家的整体战略目 标。钢铁工业是耗能大户， 而循环经济和清洁生产技 术是钢铁企业降低能耗的主要途径之一， 所以需要对 我国钢铁企业现有生产技术进行环境效益综合评价 分析， 最终实现钢铁企业环境友好、 循环生态发展。 钢铁生产未来发展的特点是以调整产品结构、 优化 生产流程和环境友好为目标， 以循环经济和清洁生产技 术评价环境友好型程度， 为钢铁生产过程中环境负荷研 究的改善评价提供依据。本研究以钢铁工业生产的资 源、 能源、 环境与技术经济的关系为依据， 建立了钢铁生 产可持续发展评价指标及指标体系模型。 1钢铁行业实现循环经济的 3R 原则 从循环经济角度评价钢铁行业的相关技术， 可按 照循环经济的“减量化、 再利用、 再循环” 的三原则来 构建 ［1］。 减量化 循环经济的“减量化” 原则在钢铁企业 里要求尽可能地减少资源、 能源的消耗和废弃物的产 生， 核心是提高资源、 能源利用效率， 这就要求在方案 设计阶段把握整个生产工艺流程， 减少进入生产过程 中的物质和能源流量。一是源头减量化; 二是能源回 收利用， 减少能源消耗。 再利用 “再利用” 原则是指产品多次使用或修 复、 翻新或再制造后继续使用， 尽可能地延长产品的 使用周期， 防止产品过早地成为垃圾。 再循环 “再循环” 原则是指废弃物最大限度地转化 为资源， 变废为宝、 化害为利， 既可减少自然资源的消耗， 又可减少污染物的排放。一是固体废弃物的再循环; 二 是工业废水循环利用; 三是烟气回收循环利用。 2清洁生产技术的评价方法 国外常用的清洁生产评价方法有层次分析法、 加 311 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 权因子法和输入输出法等， 如层次分析法在欧盟常用 于产品的生命周期评估。国内常用的评价方法有百 分制法、 灰色关联分析、 层次分析法、 贝叶斯网络、 综 合指数法、 模糊数学评价法、 BP 神经网络法以及德尔 菲法等 ［2- 8］。 德尔菲法是由美国兰德公司于 1950 年创造的， 经过多年的使用和理论上的完善已日趋成熟， 预测流 程如图 1 所示。由最初的定性预测， 到现在迅速扩展 到科技领域及军事预测、 人口预测、 医疗保健预测、 经 营和需求预测、 教育预测等方面。德尔菲法依据系统 的程序， 采用匿名发表意见的方式， 通过多轮次调查 专家对问卷所提问题的看法经过反复征询、 归纳、 修 改， 最后汇总成专家基本一致的看法作为预测的结 果。德尔菲法不仅可以用于预测领域， 而且可以广泛 应用于各种评价指标体系的建立和具体指标的确定 过程， 具有一定的代表性和客观性 ［8- 9］。 图 1德尔菲法预测示意 3钢铁行业生产技术的数据信息特征 3. 1清洁生产技术主要涉及的评价数据 1 资源方面。矿物资源 铬矿、 锰矿、 钨精矿、 钛 精矿、 钒土矿、 钼精矿、 镍精矿、 铁矿、 硅石、 石灰石、 萤 石; 回收资源 铁块、 粉尘、 钢渣、 氧化皮、 尘泥; 水资 源 地表水、 地下水、 循环水; 成品原料 酸液、 润滑液、 耐材、 石墨等。 2 能源方面。一次能源 粉煤、 洗精煤、 动力煤、 天 然气等; 二次能源 电能、 焦炉煤气、 高炉煤气、 转炉煤 气、 蒸气、 压缩空气、 氧气、 氩气、 氮气、 热风、 循环水等。 3 废弃物污染方面。气体、 粉尘 废气、 烟尘、 二 氧化硫、 氮氧化物、 粉尘; 固体废弃物 冶炼废渣、 粉煤 灰、 炉渣、 煤矸石、 尾矿、 各种固体渣; 放射性废渣等; 液体污染物 汞、 镉、 六价铬、 铅、 砷、 挥发酚、 氰化物、 石油类、 硫化物、 COD、 废酸等。 3. 2循环经济技术主要涉及的评价数据 对于从循环经济角度评价钢铁行业的相关技术， 可按照循环经济的“减量化、 再利用、 再循环” 的三原 则来构建。减量化 单位产品生产原料的减少、 工艺 过程及流程的减少、 新材料的代替、 减少有害物质的 排除、 减少能源消耗等。再利用 多次使用或修复、 翻 新或再制造后继续使用、 产品的使用寿命和使用效 率、 废弃物的利用等。再循环 固体废弃物的再循环 利用、 工业废水的循环利用、 粉尘和气体回收利用、 向 生活提供的能源等。 4钢铁循环经济与清洁生产技术评价的数据处理 根据各技术特征信息， 用生命周期理论对下列指 标矩阵进行具体的分析、 比较与评判。表 1 中， 各纵 向得分说明了此项技术在生命周期各阶段对环境影 响相对大小; 横向得分情况可以反映被评估技术在全 生命周期中的哪项循环经济与清洁生产特征指标更 突出。然后应用“德尔菲法” ， 组织专家群对某一技 术的具体指标进行四轮评价与评估。 评分操作说明 1 参加评分人员为钢铁行业相关 技术领域的专家， 熟悉国内外行业发展动向; 2 分数取 值范围 －1、 0、 1、 2、 3。3 对于钢铁行业循环经济和清 洁生产的技术中不涉及生命周期 LCA 的阶段， 取值 均为 0。评分赋值标准 低于行业平均水平赋值为 －1; 不了解情况赋值为 0; 行业国内平均水平赋值为 1; 行 业国内先进水平赋值为 2; 行业国际先进水平赋值为 3。评分值计算说明 评分合计 ΣE ΣF 。 本评价方法的赋值是建立在假设参加评分的人 员对钢铁行业相关领域技术发展情况十分了解的基 础上的， 存在一定的风险因素。因此， 应在专家选取 阶段， 对专家的业务资质认真审核、 谨慎操作， 尽量将 此项风险降至最低。 按照上述方法与步骤， 可以得到一个技术集对环 境影响评价的系列得分。按评价得分大小排序， 然后 剔除等于或小于“0” 值的数据， 便可得到优选结果。 此外， 还要考虑被优选出来的技术成熟度如何。成熟 度可分为 应列入研发项目、 已进入研发阶段、 基本完 成尚需要完善、 已成熟可应用推广、 已有一定推广基 础和案例。另外， 还要考察该项技术的应用成本， 可 与同类专业领域广泛应用的技术相比较， 区分为成本 的高、 中、 低三档。显然， 在环境影响评价结果优选的 基础上， 再进行技术成本低、 技术成熟度高的优选， 才 可以得到比较合理的结论性评价意见。对于有些技 术环境效益评分较高、 技术可行性评价较差的情况， 可在组织专家群讨论过程中单独提出来， 进行重点讨 411 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 论， 最终确定该技术是否被甄选出来。 研究制定适宜钢铁工业特点的循环经济与清洁 生产技术评估与评价方法， 对于科学、 有效地实施相 关技术甄选， 引导和推动钢铁工业循环经济与清洁生 产技术的研究与推广具有重要的现实意义 ［10］。 表 1钢铁行业循环经济与清洁生产技术环境效益评价表 循环经济和清洁生产 技术特征 LCA 生命周期的各个阶段 原材料阶段产品制造包装、 运输和销售使用回收再次循环废弃处置 评分 合计 循 环 经 济 3R 原则 减量化 F11F12F13F14F15Σ n 5 1 F1j 再利用 F21F22F23F24F25Σ n 5 1 F2j 再循环 F31F32F33F34F35Σ n 5 1 F3j 清 洁 生 产 资源 指标 能源 指标 污染物 指标 矿物资源 E11E12E13E14E15Σ n 5 1 E1j 水资源 E21E22E23E24E25Σ n 5 1 E2j 回收资源 E31E32E33E34E35Σ n 5 1 E3j 成品资源 E4 1E4 2E4 3E4 4E4 5Σ n 5 1 E3j 一次能源 E51E52E53E54E55Σ n 5 1 E5j 二次能源 E61E62E63E64E65Σ n 5 1 E6j 气体粉尘 E71E72E73E74E75Σ n 5 1 E7j 固体污染物 E81E82E83E84E85Σ n 5 1 E8j 液体污染物 E91E92E93E94E95Σ n 5 1 E9j 评分合计Σ n 3 1 Fi1 Σ n 9 1 Ei1Σ n 3 1 F Σ n 9 1 Ei2Σ n 3 1 Fi3 Σ n 9 1 Ei3Σ n 3 1 Fi4 Σ n 9 1 Ei4Σ n 3 1 Fi5 Σ n 9 1 Ei5Σ E F 5钢铁行业循环经济与清洁生产技术评价体系 我国钢铁生产矿物资源和能源消耗过大、 环境污 染问题十分突出， 所以急需建立发展循环经济与清洁 生产技术的评价指标和指标体系， 为钢铁生产由传统 生产向绿色化和生态化发展提供理论依据 ［11］。 以钢铁工业生产的资源、 能源、 环境与技术经济 的关系为依据， 通过生命周期理论 ［12］和科学的评价 方法， 建立起钢铁生产可持续发展的技术评价指标体 系模型， 如图 2 所示。 6总结 1 利用循环经济和清洁生产技术评价体系甄选 出的技术得到了钢铁企业的应用。例如 a． 转炉负 能炼钢技术。推广应用转炉负能炼钢技术， 吨钢平均 节能 23. 6 kg 标煤， 转炉煤气回收率大幅提高， 不仅 可减少 CO 排放使之有效地转化为能源， 还可减少烟 尘等排放， 有效改善厂区环境质量。b． 热送直装技 术。相对于连铸坯冷装工艺而言， 采用热送直接热装 工艺可节能 65 ; 加热炉产量可提高 20 ～ 30 ; 成 材率提高 0. 5 ～ 1. 0 ; 生产成本降低。 图 2循环经济和清洁生产技术评价体系 2 钢铁行业中， 节能、 减排、 循环利用的新技术、 工艺、 设备不断涌现， 应该科学评价、 甄选并介绍给钢 铁企业， 使之得到推广和应用。今后还需通过实操， 对钢铁行业循环经济与清洁生产技术的评估方法不 断加以完善和修正， 使之成为服务企业技术进步、 实 现可持续发展的有效技术工具。 下转第 21 页 511 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 2. 3. 3pH 值 pH 值的变化对亚硝化菌和硝化菌影响较大， 在高 效生物强化工艺 1 号反应池中发生短程硝化过程会消 耗碱度， 为了系统正常运行， 需要在生化系统内投加碱 源 粉末 Na2CO3 来补充池内碱度。高效生物强化工艺 1 号、 2 号、 3 号反应池的 pH 值均控制在 7. 5 ～8. 0。 2. 3. 4营养盐的投加 微生物启动期和负荷提升期投加少量葡萄糖作 为微生物的生长素， 以增加微生物数量和活性。磷是 微生物生长所必须的元素， 而焦化废水中几乎不含磷 素， 故需外加磷盐， 使好氧池内 C∶ N∶ P 100∶ 5∶ 1， 厌 氧池内 C∶ N∶ P 200 ～ 300 ∶ 5∶ 1。本工艺在 1 号和 3 号高效生物强化工艺反应池内投加硫酸亚铁， 以增 加污泥的絮凝性和吸附性， 提高污泥性能。 3焦化废水调试及运行中常见问题 1 废水含油量过大。由于机械化氨水澄清槽油水 分离效果差或蒸氨塔清排焦油渣不及时， 常造成废水含 油量过大， 试验现场废水含油量最大值为 215 mg/L， 如 果废水处理站除油系统运行不当， 极易造成油类物质进 入生化系统， 从而影响污泥活性， 降低生化系统的去除 率， 甚至当油类进入系统过大时， 将使生化系统瘫痪。 2 污泥活性变差。在保证温度和营养比满足生 化系统要求的条件下， 及时监测废水中的有毒物质， 防止含有高浓度氰化物或硫化物的废水进入系统， 使 污泥中毒， 活性变差。 4结语 1 采用高效生物强化工艺处理焦化废水， 出水 水质稳定， 其中 COD、 氨氮去除率分别达 95. 6 ～ 97. 9 、 98 ～ 100 。 2 后处理中投加混凝药剂， COD 去除率可达 20 ～ 30 。 3 处理后废水可直接用于熄焦， 减小废水中氨 氮对熄焦设备的腐蚀以及生成的氮氧化物对空气的 二次污染。 参考文献 ［1］单明军， 吕艳丽， 丛蕾． 焦化废水处理技术［M］． 北京 化学工 业出版社， 2007． ［2］周喜先． 硫酸亚铁预处理焦化污水对活性污泥法的影响［J］． 东北师大学报自然科学版， 1992 2 78- 81． ［3］聂麦莤， 温晓玫， 张志杰， 等． 优良菌对焦化废对酒当歌的降解 性能研究［J］． 环境工程，2002， 20 5 9- 11． ［4］张龙， 肖文德． 亚硝化厌氧氨氧化生物脱氮技术［J］． 化工环 保， 2004， 24 2 103- 106． ［5］单明军， 吕艳丽， 张海灵． 生物脱氮新技术在焦化废水处理中 的应用［J］． 冶金能源，2005，24 4 52- 54． ［6］Strous M，van Gerven E，Zheng Ping． Ammonium removal from concentrated waste streams with the anaerobic ammonium oxidation ANAMMOXprocess in different configurations［J］． Wats Res， 1997， 31 1955- 1962． 作者通信处金旭东114044辽宁省鞍山市高新技术开发区千山 路 189 号科大科技园 4 楼中环辽宁工程技术股份有限公司 E- mailrodney_jin 126． com 2012 － 03 － 14 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 115 页 参考文献 ［1］段宁． 循环经济理论与生态工业技术［M］． 北京 中国环境科学 出版社， 2009． ［2］Chen Bo， Yang Jianxin， Ouyang Zhiyun． Life cycle assessment of internal recycling options of steel slag in chinese iron and steel industry［J］． Journal of Iron and Steel Research International ， 2011， 18 7 33- 40． ［3］Finnveden G， Hauschild M Z， Ekvall T． Recent developments in life cycle assessment［J］． Journal of Environmental Management， 2009， 91 1 1- 21． ［4］李崧， 邱微， 赵庆良， 等． 层次分析法应用于黑龙江省生态环境 质量评价研究［J］． 环境科学， 2006 5 1031- 1034． ［5］秦国明， 孙希昌． 综合指数法在生态环境影响评价中的应用 ［J］． 民营科技， 2009 2 94- 95． ［6］滕丽华， 卢奕南， 王新华． 贝叶斯网在生态工业园清洁生产推进 中的应用［J］． 计算机与应用化学， 2008 5 333- 337． ［7］李秀红． 基于灰色关联度的多目标决策模型与应用［J］． 山东 大学学报， 2007 12 33- 36． ［8］刘学毅． 德尔菲法在交叉学科研究评价中的运用［J］． 西南交 通大学学报， 2007 2 21- 25． ［9］李娟． 皮江法炼镁行业清洁生产指标体系建立及其评价方法研 究［D］． 长春 吉林大学， 2008． ［ 10］张红． 机械行业循环经济与清洁生产技术评价［J］． 机电产品 开发与创新， 2009 5 4- 13． ［ 11］曲思禹． 钢铁行业清洁生产指标体系建立及评价方法研究 ［M］． 长春 吉林大学， 2009． ［ 12］曹利江， 金声琅． 基于生命周期评价的清洁生产模式研究［J］． 环境保护与循环经济， 2010 8 37- 39． 作者通信处冯光宏100081北京市海淀区学院南路 76 号钢铁 研究总院 E- mailfgh vip． sina． com 2012 － 02 － 22 收稿 12 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期