煤礦井水處理系統(tǒng)設計方案

煤礦井水處理系統(tǒng)設計方案貴州同成沁溢環(huán)境水務有限公司目錄一．項目意義 3二．礦井水回用介紹 42.1礦井水回用形勢 42.2礦井水生產回用 42.3礦井水生活回用 52.4本項目礦井水回用 6三．設計原則 93.1可行性原則 93.2可靠性原則 93.3先進性原則 93.4可操作性原則 93.5經(jīng)濟性原則 9四．系統(tǒng)工藝概述 104.1工藝簡介 104.2工藝流程 104.3系統(tǒng)說明 104.4設計依據(jù) 11五．工藝設備選型與設計 125.1取水泵 125.2中間水池 125.3提升泵 125.4離子吸收器 125.5反沖洗水泵 125.6清水池 135.7清水泵 13六．電氣設備設計 146.1控制方式 146.2控制系統(tǒng)配置 146.3控制對象 156.4顯示的工藝參數(shù) 156.5用電負荷計算 15七．成本分析 167.1動力費(電費按0.5元/度電計)： 167.2水費： 167.3濾料更換費 167.4人工費 167.5運行成本 16八．供貨范圍 178.1供貨說明 178.2供貨范圍清單 17一．項目意義水是社會文明、經(jīng)濟建設和人類賴以生存必不可少的自然資源。我國國土面積占世界第三位,但人均占有的淡水資源卻僅占世界的第八十四位,而且水資源分布極不均衡,西北地區(qū)及相當一部分地區(qū)水資源十分貧乏。我國的煤炭絕大部分蘊藏在北方缺水地區(qū),尤其是西北干旱地區(qū)。煤炭開采作為一種地下活動，不可避免地對地下含水系統(tǒng)造成局部破壞和污染，據(jù)統(tǒng)計，我國礦井年總排水量在22億噸以上，其中中性水約占70～80%，硬度符合飲用水要求的占40～50%，這是一個相當可觀的水資源，然而其再利用率目前還不到20%，水資源浪費驚人。而在煤炭開采大量破壞和排放水資源的同時，為了維持礦區(qū)的正常生產和生活，又必須打深井大量抽取地下水。過去很多煤礦對礦井排水沒有充分加以利用，通常未經(jīng)任何處理就直接排入江河、山溝、洼地中，造成嚴重的環(huán)境污染；有的礦區(qū)一方面用電力把礦井水排到地面污染地表水系，另一方面又在缺乏水源的情況下耗資打井找水或遠距離輸水，這是對能源的極大浪費。隨著礦區(qū)生產的發(fā)展和人口的增加，用水量越來越大，井越打越深，抽取地下水越來越困難，費用也越來越高，礦區(qū)工農業(yè)用水日益緊張，且飲用含有大量致癌、致畸、致突變物質的礦井水。主要產煤區(qū)北方和西北地區(qū)有70%的礦區(qū)缺水，40%屬嚴重缺水，直接影響了煤礦的生產和人們的正常生活；更為嚴重的是，由于部份煤礦長期超量抽排地下水，已造成其鄰近城市地下水位的急劇下降，對城市正常供水構成了威脅。這種一方面水資源大量浪費，另一方面卻又用水緊張的矛盾如果長期持續(xù)下去，必然將嚴重制約礦區(qū)及煤礦城市經(jīng)濟的良性發(fā)展，因此，加速礦井水資源的開發(fā)和利用，尋求先進而又經(jīng)濟可行的工藝和技術處理礦井水作為生產和生活用水，已成為保證煤礦正常生產經(jīng)營，提高企業(yè)綜合效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。為促進我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，解決水資源短缺問題，把礦井水作為一種水資源加以開發(fā)利用，已引起煤炭行業(yè)的廣泛重視。在20世紀70年代末～80年代初，有一批礦井建立了礦井水處理站，把礦井水處理后供礦井生產、生活使用。另外，1990年原煤炭部就礦井提高水的重復使用率，已明確要求利用井下水凈化處理后供礦井使用。《煤炭工業(yè)給水排水設計規(guī)范》MT/T5014296中也明確規(guī)定應積極采取措施，將礦井水作為水資源用于生產、生活和農業(yè)灌溉。二．礦井水回用介紹2.1礦井水回用形勢目前,煤礦井下排水在凈化工藝及方式上一般都能做到因地制宜。例如：當?shù)V井排水時間不均衡時，設置調節(jié)水池當原水懸浮物含量高時，增設預沉池；當水中粗顆粒懸浮物多時，增設沉砂池；當水中的pH值低時，增加中和設備。有的煤礦采用澄清池代替混合、反應、沉淀池；有的煤礦還將井下水倉加隔板改成反應、沉淀池，在水倉的入口處投加混凝劑使藥劑與進水混合，這樣可節(jié)省地面凈化站的用地、水泵用電及基建投資。在混凝劑的選用上，多采用當?shù)厣a、進貨容易、凈化效果好、溫度適應性強、pH值適應范圍廣的產品(如堿式氯化鋁等)，有時還與助凝劑、穩(wěn)定劑、中和劑配用。礦井水凈化處理應從實際出發(fā)，根據(jù)水質特點和使用要求，并考慮企業(yè)管理水平，力求處理流程簡單，便于操作管理。目前礦井水利用途徑主要有：工業(yè)用水、生活用水、生活飲用水、工業(yè)用水比較廣泛，包括井下防塵、地面洗煤、冷卻及其它工業(yè)生產和建筑、綠化等。有的未經(jīng)處理直接利用，還有些將礦井水供臨近單位或農村使用，另外還有大量的礦井水供農村灌溉和發(fā)展養(yǎng)殖，一般利用如下：2.2礦井水生產回用礦井水排水污染物成分及性質不同于其它工業(yè)廢水，礦井水排水水量、水質變化較大，懸浮物含量較高，其污染物中不但含有大量的煤渣、砂礫及其它膠結物，而且含有油類等物質。礦井水經(jīng)混凝沉淀、過濾等合理、經(jīng)濟的處理后出水水質滿足井下消防和防塵灑水水質要求。煤礦井下消防灑水和防塵灑水,用水水質標準見表2-1-2。防塵灑水用水水質標準表2-1-2項目標準懸浮物含量不超過20mg/lpH值6.5～9大腸菌群不超過3個/l通過處理不僅實現(xiàn)了煤礦礦井水資源的合理利用，而且保護了周圍環(huán)境不受污染，同時為煤礦的正常生產用水提供了可靠的水源，為煤礦產業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎，其經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益是十分顯著的。2.3礦井水生活回用經(jīng)監(jiān)測，礦井水主要水質指標如表2-2-1所示。礦井水原水水質表2-2-1序號項目結果mg/l序號項目結果mg/l1色度4511硫酸鹽52.62渾濁度18212氯化鈉211.133pH值8.513溶解性總固體846.404總硬度10814氟化物0.125鐵0.7115汞0.056錳0.9216鉛0.797銅0.0217硝酸鹽0.818鋅0.3618四氯化碳32.0μg/l9揮發(fā)酚類0.00219細菌總數(shù)1300個/ml10ABS0.2420總大腸菌群〉230個/ml21鎘0.031由以上監(jiān)測結果可以看出，該礦井水具有色度高，膠體懸浮物含量大，礦物質含量多，重金屬指標偏高等特點，水質較復雜，尤其是鐵、錳、鎘、鉛等金屬物質在水中呈離子狀態(tài)?？偞竽c桿菌超過飲用水標準77個。由于生活用水和生產用水的水質標準不同，因此，礦井水的凈化利用可按先生產用水的生活用水，先井下用水后井上用水的原則進行選擇處理工藝。礦井水經(jīng)過混凝、沉淀后，水中90%左右的懸浮物已被沉淀分離，濁度可達10度以下，通過多層過濾、吸附等工藝，水質完全澄清，濁度達到1度以下，再經(jīng)過消毒處理，細菌、大腸桿菌幾乎全部被去除掉。根據(jù)礦井水涌出量80m3/h，如果將礦井水全部凈化，每天可節(jié)約新鮮水1920m2.4礦井水回用2.4.1原水水質本系統(tǒng)的處理原水水質成份非常復雜，必須對原水進行系統(tǒng)的檢測分析，按《生活飲用水標準檢驗法》GB5750-85對原水水質進行分析，其數(shù)據(jù)見表2-4-1。原水水質分析結果表2-4-1檢測項目單位含量CODmg/L150PH值7.2渾濁度度18總硬度（以CaCO2計）mg/L50溶解性總固體mg/L350硫酸鹽mg/L35總鐵mg/L0.05氯化物mg/L16氟化物mg/L0.3氰化物mg/L〈0.002硝酸鹽（以氮計）mg/L1.0陰離子合成洗滌劑mg/L〈0.1揮發(fā)酚類mg/L〈0.002銅mg/L0.001鋅mg/L0.001鎘mg/L0.001鉛mg/L〈0.001銀mg/L0.00014鉻（六價）mg/L0.004砷mg/L0.001硒mg/L0.005汞mg/L0.003氯仿ug/L15四氯化碳ug/L1.0苯并（a）芘ug/L0.001滴滴涕ug/L0.02六六六mg/L0.2細菌總數(shù)個/mL200總大腸菌群個/mL20由以上監(jiān)測結果可以看出，該礦井水屬于高礦化度水質，具有渾濁度高，成灰褐色，膠體懸浮物含量大，礦物質成份復雜且含量多，重金屬和有毒有害有機化合物指標偏高，細菌總數(shù)和總大腸桿菌群嚴重超標等特點。尤其是重金屬汞的含量超過《生活飲用水水質標準GB5749-85》的2倍，六六六是生活飲用水標準的4倍，總大腸桿菌超過飲用水標準100個，總大腸桿菌超過飲用水標準20個。2.本項目中的礦井水回用于生活飲用水必須經(jīng)過嚴格的凈化處理，使出水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-85）。2.4.3社會經(jīng)濟效益本項目的實施，有很重要的積極作用，社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益十分顯著：（1）社會效益本項目實施后，每天可以處理3500m3的礦坑廢水，可以很好的解決周邊村民和煤礦工人的飲用水問題，并且每年可節(jié)約地下水資源126萬m（2）經(jīng)濟效益本項目實施后，每年可利用凈化和資源化礦井水126萬m3。不僅可以使礦礦井水資源得到充分、合理的利用，為礦區(qū)經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供充足的水源，并可大幅度降低現(xiàn)有供水成本；同時也可以啟動和加速礦區(qū)環(huán)保產業(yè)的建設，為礦區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供一個具有高科技含量的新的增長點。據(jù)初步測算，項目實施后每年將給礦帶來直接經(jīng)濟效益120萬元以上（廢水排水及清水減量）。（3）環(huán)境效益該礦井水處理利用工程的實施，除了上述的社會效益和經(jīng)濟效益外，其環(huán)境效益也十分明顯，主要體現(xiàn)在：每年將減少污染物的排放量：懸浮物、COD以及一些具有重要污染的物質。三．設計原則為確保設計系統(tǒng)的安全性、可靠性、合理性、完整性，以及做到系統(tǒng)操作容易、便于維護，現(xiàn)遵循以下相關設計準則：3.1可行性原則崇尚工程設計科學、合理，所選擇的技術路線均為國內外較成熟的，在確保工藝可行的同時，考慮工藝與經(jīng)濟可行性的協(xié)調統(tǒng)一。3.2可靠性原則所選用的設備質量可靠，自動化程度高，工作時參數(shù)異?？杉皶r報警或自動關機，24小時連續(xù)運轉。每年停車大修不超過一次，所選用國內外產品均有在本工藝中常年使用的驕人業(yè)績。3.3先進性原則凈化工藝均參照國內外先進技術設計，總體設計具有當前水處理技術的先進性，所采用的控制儀表均為同類產品的優(yōu)秀代表。3.4可操作性原則在確保安全可靠的同時，力爭高自動化程度，簡化操作程序，減輕操作管理強度和難度。3.5經(jīng)濟性原則在保證工程質量、安全生產可靠的前提下，降低系統(tǒng)造價和產水成本，達到性能價格比的最優(yōu)化。四．系統(tǒng)工藝概述4.1工藝簡介該系統(tǒng)礦井水凈化處理能力為3500m3/d，即150m3/h，礦井水水質成份復雜且水質比較惡劣，為了保證出水水質能夠達到國家生活飲用水水質標準的要求，本工程生活飲用水處理系統(tǒng)采用在原有沉淀+水力澄清+重力無閥過濾的基礎上增加離子吸收的處理工藝。即在現(xiàn)有凈化裝置進入中間水池后增加：泵→離子吸收器→清水池→清水泵4.2工藝流程清水箱中間水池離子吸收器清水箱中間水池離子吸收器原有處理系統(tǒng)泵清水泵外排生活用水點4.3系統(tǒng)說明這是以礦井水為水源的生活飲用水的特殊處理工藝。處理對象主要是水中的懸浮物、膠體雜質、重金屬物質和有毒有害的有機物質。原水經(jīng)現(xiàn)有系統(tǒng)處理后，一些大顆粒絮凝體及砷、鉛、汞等重金屬離子得以去除，且可以降低水的濁度，對水中某些有機物、細菌及病毒等的去除也是效果極佳的。出水已達生產回用水要求。離子吸收器是利用經(jīng)過熱解作用處理過的高級粉末狀吸附填料的構筑物，能夠有效地去除水中的氯、酚、汞、鉛、砷、氰化物，對六六六、滴滴涕等有毒有害有機物質的去除有極好的效果。消毒是消滅水中致癌、致畸、致突變的微生物，消毒劑投加點可設在提升泵出口。這種設計方法有利于提高催化氧化耦合絮凝反應的效果，防止后續(xù)水凈化構筑物內的微生物繁殖和藻類生長。4.4設計依據(jù)①《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749-85②《室外給水設計規(guī)范》GBJ13-86③《建筑給水排水設計規(guī)范》GBJ15-88④《水處理設備制造技術條件》JB2932-86⑤《室外排水設計規(guī)范》（GBJ14-87）⑥《建筑設計防火規(guī)范》（GBJ16-82）⑦《建筑電氣設計技術規(guī)范》（JBJ16-83）⑧《給水排水工程結構設計規(guī)范》（GBJ69-84）⑨《動力機器基礎設計規(guī)范》（GBJ40-79）五．工藝設備選型與設計5.1取水泵①將礦井水從礦坑中提升至地面。②使用用戶原有設備。5.2中間水池①原水池為鋼砼結構，作為調節(jié)貯存水量之用；②系統(tǒng)設計流量按120m3/h計，為保證工藝處理水量穩(wěn)定，設計原水調節(jié)池有效容積設計為③中間池主要構造尺寸為：L×B×H=9m×9m×35.3提升泵①取水泵設計數(shù)量為二臺，一用一備；②提升泵用于提供后續(xù)水質凈化器、離子吸收器進水；③提升泵選型。設計選用2臺DFG125-200A/2/30型離心泵，其性能參數(shù)為Q=120m3/h，H=30m，n=2900rpm，N=18.5KW,η=755.4離子吸收器①離子吸收器的作用是去除水中的剩余有機物、重金屬離子、以及“三致”物質，使得出水最終符合生活飲用水規(guī)范要求；②單臺離子吸收器水凈化能力為50m3/h，采用2臺同濟大學專利產品TJC-7300立式離子吸收器，直徑為Φ3000，設計濾速為7③離子吸收器反沖洗采用清水池水反沖。根據(jù)反沖洗強度取為10l/s·m2，則反沖洗流量為255m④離子吸收器設計主要內容：填料高度為1200mm5.5反沖洗水泵①水質凈化器經(jīng)過設定工作周期后，填料上會積累一定懸浮雜質和膠體，需用水進行反沖洗，以重新獲得良好的凈化性能。同樣，離子吸收器也需要用水進行反沖洗；②反沖洗水泵揚程是根據(jù)水處理設備反沖洗阻力和管路水頭損失進行綜合計算確定，設計揚程取為20m，而泵設計流量是根據(jù)反沖洗流量確定，則流量為380m③反沖洗水泵選型。設計選用2臺DFG200-250/4/30型離心泵，其性能參數(shù)為Q=400m3/h，H=200Kpa，n=1450rpm，N=30KW，η=82.55.6清水池①清水池為鋼砼結構，是作為工藝系統(tǒng)制水量與供水量平衡調節(jié)之用，同時該池也作為反沖洗用水的調節(jié)之用；②系統(tǒng)設計流量按150m3/h計，為保證生產用水，設計貯存時間為2h，即清水池有效容積設計為③清水池主要構造尺寸為：L×B×H=9m×12m×5.7清水泵①清水泵將處理后的出水送至用水點使用，并實現(xiàn)自動調節(jié)流量，采用變頻控制的方式；②清水泵數(shù)量設計為2臺，1用1備，切換運行，由于無法預計日用水過程中的瞬時最大供水量，因此，設計規(guī)定備用泵可在瞬時投入運行，按建筑給水使用性質，這種瞬時時間控制在5～10min。③清水泵性能參數(shù)設計。水泵基本流量按工藝系統(tǒng)水處理能力Q=150m3/h計；瞬時最大時供水量按2×Q=300m④清水泵選型。設計選用2臺DFG200-315(II)/4/45型離心泵，其性能參數(shù)為Q=300m3/h，H=32m，n=六．電氣設備設計6.1控制方式針對礦的實際情況，該飲用水處理系統(tǒng)的控制方式采用就地控制的方式，即在就地控制柜上進行手動操作，通過就地控制柜上的各類按鈕進行工藝系統(tǒng)設備的控制操作。另外，用水加壓系統(tǒng)即清水泵采用變頻控制的方式，根據(jù)實際的生活用水量，通過變頻器的調節(jié)來滿足終端用水的需要——即用水量的隨時間變化。6.2控制系統(tǒng)配置6.2.1①低壓配電柜用于對系統(tǒng)內電氣設備提供電源的作用；②低壓配電柜選用GGD型低壓開關柜；③電源由廠區(qū)附近的低壓變電所引入本系統(tǒng)內配電屏，低壓側設置隔離開關，以便于檢修；④對各主要用電設備如提升泵、反沖洗水泵、清水泵、以及加藥控制柜等所有饋電回路，在低壓配電柜上裝設分合指示燈及按鈕；⑤電機主回路的斷路器、接觸器、熱繼電器等關鍵電氣元器件均選用法國施耐德礦的產品，以提高系統(tǒng)的可靠性及安全性，減少維護工作量，降低運行成本；⑥對終端供水泵采用變頻控制的方式，變頻器選用法國施耐德礦的產品，設置在GGD柜內，2臺水泵共用1臺變頻器。6.2.2①就地控制柜能實現(xiàn)系統(tǒng)內水泵就地起停的功能；②能在就地起停電氣設備，并設置有現(xiàn)就地/遠程控制的切換，以實現(xiàn)在低壓配電柜上直接控制水泵的起停。6.2.3①加藥控制柜用于對系統(tǒng)內的加藥泵以及攪拌電機進行配電；②加藥控制柜并能進行加藥泵及攪拌機的起停功能。6.2.①就地儀表柜用于顯示原水調節(jié)箱及清水箱的液位；②液位顯示采用液晶數(shù)字顯示儀，并設置有高、低液位報警的功能。6.3控制對象6.3.1提升泵，2臺（1用1備），N=30KW/6.3.2反沖洗水泵，2臺（1用1備），N=30KW/6.3.6清水泵，2臺（1用1備），N=456.4顯示的工藝參數(shù)6.4.16.4.16.5用電負荷計算表5-1除鹽水站用電負荷計算表序號設備名稱單位數(shù)量功率裝機容量使用臺數(shù)功率因子使用功率備注1原水泵臺218．56011302反洗水泵臺2306010.133清水泵臺2459010.8364總計211.5569.6七．成本分析7.1動力費(電費按0