磁分離凈化工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析課件

一、我國的煤礦礦井水我國煤炭產(chǎn)量位居世界第一，煤礦礦井水的產(chǎn)生量和排放量也是位居全國工業(yè)廢水的第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)和測(cè)算，目前全國煤炭礦井水的產(chǎn)生量達(dá)到每年45~50億m3，隨著礦井水越來越多地作為水資源開發(fā)利用，全國煤礦礦井水的排放量僅占產(chǎn)生量的一半以下，即每年排放25億m3左右。1二、礦井水的性質(zhì)2由于各地煤系地層的水文地質(zhì)條件不同，礦井水從涌出到集中水倉再提升到地面的途徑不同，各個(gè)礦區(qū)、各個(gè)煤礦的礦井水水質(zhì)差別很大，在煤炭行業(yè)水處理和環(huán)境保護(hù)界，一般根據(jù)礦井水雜質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，劃分為清潔礦井水、高懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和含重金屬及放射性礦井水等五類，有些礦井水兼有上述五類中的兩類甚至四類污染物。三、礦井水處理我國大規(guī)模、普遍地進(jìn)行煤礦礦井

水處理始于20世紀(jì)80年代中期，至

今僅有二十多年的歷史，但是推廣

普及的速度和技術(shù)進(jìn)步的速度很快，可以說，目前全國一萬余家正規(guī)在

冊(cè)的煤礦中，除西北地區(qū)極少數(shù)無

涌水煤礦外，都建設(shè)了并運(yùn)行著礦

井水處理系統(tǒng)。據(jù)我們調(diào)查、測(cè)算，全國煤礦礦井水的總處理能力超過

20億m3/年。3礦井水處理技術(shù)：除少數(shù)采取提前抽排或井下清污分

流措施的煤礦，能夠直接排放清潔

礦井水外，大多數(shù)煤礦的礦井水都

需要進(jìn)行水質(zhì)處理，才能達(dá)到環(huán)境

排放標(biāo)準(zhǔn)或資源利用標(biāo)準(zhǔn)。煤礦礦

井水處理技術(shù)的選擇，取決于排水

水質(zhì)和處理后的水質(zhì)要求，即“兩

頭決定中間”。根據(jù)礦井水處理的

技術(shù)特征，可以劃分為一般處理技

術(shù)、特殊處理技術(shù)和深度處理技術(shù)。4——礦井水一般處理技術(shù)，主要目的是去除礦井水中的煤粉、巖粉等顆粒物和懸浮物，主要技術(shù)手段是預(yù)沉淀→混凝-絮凝→沉淀→過濾。礦井水一般處理技術(shù)的應(yīng)用范圍最廣，占礦井水處理工程總量的90%以上。同時(shí)，一般處理技術(shù)是特殊處理技術(shù)和深度處理技術(shù)必需的前端處理環(huán)節(jié)。5——特殊處理技術(shù)，主要目的是去除礦井水中過高的酸性、溶解性鹽類、鐵錳離子等主要污染成分，部分礦井水中還

有COD、NH、油類等污染物。主要技術(shù)手段是物理化學(xué)法和化學(xué)法，通過中和、氧化、沉淀、反滲透等化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)作用，把超過標(biāo)準(zhǔn)有害物質(zhì)從水中分離出去。礦井水特殊處理技術(shù)的用戶較少但地域分布相對(duì)集中。6——深度處理技術(shù)，主要指為使處理后的礦井水達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、冷卻循環(huán)水及鍋爐內(nèi)水等，對(duì)經(jīng)過一般處理或特殊處理的煤礦礦井水進(jìn)一步進(jìn)行消毒、活性炭吸附等處理，目的是去除水中病原微生物、微量有機(jī)污染物和重金屬離子的組合技術(shù)。礦井水深度處理屬于要求嚴(yán)格的水處理技術(shù)之一。7原來煤礦礦井水處理的主要目的是

滿足達(dá)標(biāo)排放的環(huán)保要求，隨著煤

炭礦區(qū)水資源日益緊缺和用水量大

的煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，礦

井水的資源價(jià)值越來越受到重視，

特別是在缺水礦區(qū)，礦井水已經(jīng)成

為主要的工業(yè)、生活用水水源，并

明確寫入行業(yè)技術(shù)政策和設(shè)計(jì)規(guī)范。目前煤礦礦井水處理技術(shù)中的給、

排水處理已經(jīng)成為緊密不可分的系

統(tǒng)工程，資源化利用已經(jīng)成為礦井

水處理的首要目標(biāo)。四、從排放到利用8傳統(tǒng)的礦井水處理是將井下水倉集中的礦井水提升到地面，在地面建設(shè)礦井水處理廠。自20世紀(jì)90年代后期，礦井水井下處理逐漸成為一種技術(shù)潮流，越來越多地被各地煤礦采用，在山東、河北、山西等國家重點(diǎn)煤炭礦區(qū)先后建成了處理能力從5000m3/d到20000m3/d的井下礦井水處理廠，至今成功運(yùn)行。五、礦井水井下處理9與地面處理工藝相比，礦井水井下處理不僅是空間位置的變化，更是一種全新的清潔生產(chǎn)理念和高效低碳的技術(shù)路線。礦井水井下處理符合徹底改變煤礦形象（采煤不見煤、出矸不見矸，排水不見水……）的時(shí)代潮流，是煤炭綠色開采技術(shù)的重要組成部分，并且具有多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。10⑴

簡化水泵選型和維護(hù)。地面處理方案將井下水倉水提升到地面，需要采用渣漿泵，

井下處理方案則只要選用清水泵，同等規(guī)格的排水能力，采

用清水泵能夠節(jié)約投資30%--50%，同時(shí)延長維護(hù)周期3--4倍。⑵減少管路磨損和腐蝕。礦井水中的煤泥和懸浮物不但磨損水泵部件，而且還嚴(yán)重磨損排水管路，據(jù)調(diào)查，同等條件下，井下處理方案排水管的使用壽命是井上處理方案排水管使用壽命的2--3倍。特別是對(duì)于酸性礦井水，在井下進(jìn)行中和處理后再提升到地面，可以延長水泵和管路的使用壽命5倍以上。11六、 礦井水井下處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效率⑶

便于就近利用。目前礦井水資源化的重要利用途徑是用于井下降塵、灑水和消防用水以及乳化油配制用水。采用地面處理方案時(shí)，處理后的清潔礦井水需要重返井下，造成管路折返鋪設(shè)、往復(fù)運(yùn)輸?shù)睦速M(fèi)并增加設(shè)備運(yùn)行成本。井下處理方案可以將清水直接輸送到井下用水點(diǎn)，便捷、高效，余量清水入倉后，可提升至地面作為綜合利用水源。12⑷

減少土地占用。礦井水地面處理方案一般占用較大的土地面積，以日處理能力10000m3的礦井水處理廠為例，從預(yù)沉池到清水池需要5到6級(jí)構(gòu)筑物，需要土地面積5000--8000m2，而井下處理方案，平面面積300m2即可；采用井下處理工藝，可以為煤礦發(fā)展

新增地面生產(chǎn)系統(tǒng)置換土地。13⑸

提高水倉有效容積效率。大部分礦井都在井下設(shè)計(jì)容積

2000m3以上的中央水倉，礦井水中的大量煤泥、巖粉等很快在水倉沉淀，影響了有效容積和懸浮物沉降效率，一般每1到3個(gè)月就要清挖一次。井下處理方案可以直接、連續(xù)地處理礦井涌水，煤泥和懸浮物及時(shí)得到分離，保證了中央水倉的最大有效容積，大大提高了礦井防御洪水和水害的能力。14⑹實(shí)現(xiàn)機(jī)械化水倉清理。井下水倉清挖是高強(qiáng)度的艱苦勞動(dòng)，受井下場(chǎng)地條件限制，作業(yè)中也屢屢發(fā)生工傷事故。而井下處理方案采用獨(dú)立的污泥處理系統(tǒng)回收煤泥，極大地減輕了煤泥在井下沉淀，極大減少了繁重的體力勞動(dòng)，對(duì)于遠(yuǎn)期水倉中沉積的少量煤泥可以采用新型機(jī)械便捷回收。15⑺

不怕氣候變化影響。礦井水地面處理系統(tǒng)會(huì)受到嚴(yán)寒、暴雨、沙塵等不利氣象條件的干

擾，嚴(yán)重影響處理效果，特備是

北方地區(qū)，需要加蓋、增加暖通

設(shè)施隔離氣候影響。井下處理方

案則環(huán)境條件恒定，有利持續(xù)運(yùn)

行。⑻清水升井，便于利用。礦井水井下處理工藝可以實(shí)現(xiàn)清水提升到地面，相當(dāng)于在礦井中新打了一眼水源井，可以方便地供應(yīng)生產(chǎn)、消防、降塵、洗浴、綠化等各種用途。16⑼便于與后續(xù)水處理利用工藝連接。隨著東部老礦區(qū)深層開采和西部新礦區(qū)開采，需要特殊處理和深度處理的礦井水越來越多，特殊處理和深度處理工藝的必要前提是輸入清潔的原水，礦井水井下處理方案的出水水質(zhì)可以達(dá)到特殊處理和深度處理工藝進(jìn)水的要求。特別是目前大部分礦井都建設(shè)了地面礦井污水處理廠，清水升井后，可以把原有的污水廠可根據(jù)后續(xù)用水要求，改造為特殊及深度處理廠站。為后續(xù)處理提供了寶貴的建設(shè)空間。17⑽

便于煤炭回收。礦井水井下處理方案采用壓濾機(jī)回

收煤泥，濾餅水分在40%左右，可以在井下直接進(jìn)入運(yùn)輸、提升系統(tǒng)，

不僅最大限度回收了煤泥資源，而

且有效解決了地面處理帶來的煤泥“拖泥帶水”問題。⑾適合改擴(kuò)建礦井水處理能力增容。礦井水井下處理不占用地面工業(yè)場(chǎng)地面積，而且盡量利用井下水倉前原有硐室及巷道，礦建量不大。十分適合現(xiàn)有煤礦礦井水處理系統(tǒng)補(bǔ)套建設(shè)和處理能力增容。18⑿

存在局限。礦井水井下處理也有一定的局限，主要是井下處理系

統(tǒng)如果現(xiàn)有的巷道、硐室空間不能滿足要求，需要在

井下開鑿硐室或者原有巷道改造，需要增加一定的礦

建量。受井下環(huán)境限制，工藝設(shè)備需要防爆、防腐、

通風(fēng)、巷道支護(hù)等井下特殊條件要求。受井巷尺度限

制，井下處理設(shè)備的安裝、維護(hù)、檢修有一定困難等。19根據(jù)煤礦井下的特殊條件，井下水處理系統(tǒng)需要滿足基本的特殊要求。七、礦井水井下處理工藝的特殊要求2水頭變化小。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)重力自流是水處理工藝的基本原則，相對(duì)于地面可提升、可下挖的靈活水頭選擇，井下處理工藝流程的水頭變化必須限制在巷道允許的有限高度內(nèi)。在有限的空間內(nèi)，無論重力自流還是泵系統(tǒng)提升，必須精確計(jì)算。120尺寸緊湊。

無論傳統(tǒng)的構(gòu)筑物處理系統(tǒng)還是機(jī)械處理系統(tǒng)，都需要瘦身、精干，以滿足井下有限空間的安裝布置尺寸要求，機(jī)械處理系統(tǒng)更能滿足此項(xiàng)要求。5安全。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備、裝置和運(yùn)行必須滿足煤礦安全規(guī)程的有關(guān)要求。3水質(zhì)水量變化大。由于煤礦采掘生產(chǎn)的特殊性，生產(chǎn)廢水的水質(zhì)及水量不會(huì)是一個(gè)均衡的數(shù)值，所以設(shè)備的抗負(fù)荷能力、適應(yīng)水質(zhì)變化能力要強(qiáng)。4一體化。為實(shí)現(xiàn)清水入倉、井下

直接回用、余量提升地

面，礦井水處理工藝的

預(yù)沉、加藥、混凝反應(yīng)、沉淀分離、煤泥回收等

各個(gè)環(huán)節(jié)都要在井下連

續(xù)一次性完成。21磁分離技術(shù)用于礦井水井下處理的優(yōu)勢(shì)目前部分礦井水井下處理是將傳統(tǒng)的地面水處理工藝改型搬到井下。其實(shí)質(zhì)仍是靜態(tài)的水工構(gòu)筑物處理系統(tǒng)，以重力沉降為主要的分離動(dòng)力。磁分離技術(shù)是一種全新的機(jī)械式水處理工藝，它以強(qiáng)大的磁力作為分離動(dòng)力，同時(shí)滿足系統(tǒng)緊湊、占地面積小、水頭損失小、處理一體化、安全、低耗的井下處理特殊要求。22八、與傳統(tǒng)工藝對(duì)比技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較計(jì)算表以12000m3

/d處理規(guī)模計(jì)算23序號(hào)項(xiàng)

目單位超磁分離斜板沉淀磁分離與斜板沉淀對(duì)比1處理能力m3

/d1200012000井上井下均可2處理效率m3/m2·h12.501.39效率提高8.3倍3占地面積m2180~1200占地節(jié)省85%4水力停留時(shí)間Min3~420~30時(shí)間縮短7倍5藥劑添加量PACPpm≤40120藥量減少66%PAMPpm≤25藥量減少60%6運(yùn)行成本(完全成本)元/噸水0.240.60節(jié)省運(yùn)行費(fèi)60%7懸浮物濃度mg/L≤10≤10相同8污泥(煤泥)濃度mg/L＞70000＞40000污泥濃度提高75%9施工周期（天）---90210縮短施工周期70%10耐沖擊負(fù)荷能力---較強(qiáng)較強(qiáng)11自動(dòng)化程度---自動(dòng)化程度高自動(dòng)化程度一般12日常維護(hù)---維護(hù)量小運(yùn)行維護(hù)較復(fù)雜通過上表對(duì)比計(jì)算，按照日處理12000

m3/d的項(xiàng)目計(jì)算，無論井上工藝還是地面工藝，與傳統(tǒng)工藝比，優(yōu)勢(shì)明顯。九、經(jīng)濟(jì)效益（以日處理12000m3/d 計(jì)算）（1）節(jié)約的電費(fèi)以提升高度500米，水量12000m3/d計(jì)算, 經(jīng)計(jì)算含懸浮物礦井水重度由r=10850N/m3降到清水重度r=10030

N/m3。降低了水阻損失，其噸水百米提升電耗由0.450kWh/t降到0.390kWh/t，噸水節(jié)電0.06元。假設(shè)每天排水時(shí)間24小時(shí)。W1=500m3/h×24h×365d×0.06元/m3×5=131萬元/年24（2）節(jié)約的水泵及管道維護(hù)費(fèi)用井下處理后，做到清水入倉，大大減輕主提升泵的

負(fù)荷及磨損損失，同等條件下，井下處理方案主泵、排水管的使用壽命是井上處理方案使用壽命的2~3倍。特別是對(duì)于酸性礦井水，在井下進(jìn)行中和處理后再提升到地面，可以延長水泵和管路的使用壽命

5倍以上。據(jù)運(yùn)行資料，按照12000m3/d規(guī)模計(jì)算，年節(jié)約維修維護(hù)費(fèi)用（經(jīng)驗(yàn)值）

W2=30萬元。25（3）煤泥利用最大化26礦井水中的煤泥經(jīng)過本工藝處理后，可直接脫水處理后成為塊狀泥餅，含水率低于40%，通過礦井運(yùn)輸系統(tǒng)提升，水中污染物變成可利用資源，最大限度地收集和清除了礦井水中的微細(xì)煤泥量。按照

12000m3/d,ss=2000㎎/L計(jì)算，每年可回收含水40%左右的煤泥4800噸，煤泥熱值按照3760大卡計(jì)算，折標(biāo)煤系數(shù)0.5431，則年回收標(biāo)煤2606噸。W3=2606噸×400元/噸=104萬元/年（4）節(jié)約取水的收益清水入倉后，可考慮先供井下生產(chǎn)用水，余量提升到地面，可供電廠冷卻循環(huán)水、洗煤廠用水、職工洗浴用水及生活用水。按照水量300萬噸/年計(jì)算，綜合利用后，可節(jié)約取水費(fèi)用按照0.65元/噸計(jì)算，年節(jié)約資金

W4=300萬噸*0.65元/噸=195萬元。27根據(jù)煤礦礦井水排放情況調(diào)查，一般排污費(fèi)用為：

0.08元/m3，井下水處理后，達(dá)標(biāo)排放或綜合利用。每年可減少的排污費(fèi)用為：W5=500m3/h×24h×365×0.08=35萬元/年（5）排污費(fèi)用(6)節(jié)約的清倉費(fèi)用每年節(jié)約的清倉人工費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、電費(fèi)等W6=75萬元簡單例舉上述：年節(jié)約資金：570萬元28實(shí)現(xiàn)清水入倉后，水中懸浮物≦10㎎/L，懸浮物沉積量是原來的1/50,可大大減少清倉工作量及延長清挖周期,效果顯著，同時(shí)，杜絕了清倉職工繁重的體力勞動(dòng)，增加了水倉的有效容積，增加了礦井防御水災(zāi)害的能力，安全效益顯著。十、安全效益29十一、社會(huì)效益1、水資源充分利用隨著人民生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)水資源需求的不斷增大，水資源必將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。井下處理工藝的采用，每日可為礦井生產(chǎn)、生活提供充足的可利用水源，減少了外購水量，保護(hù)了地區(qū)地表水的自然平衡。2、減少了污染物的排放，緩解矛盾減少污染物的排放，保護(hù)環(huán)境，有利于改善煤礦的地企關(guān)系；促進(jìn)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。303、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本項(xiàng)目建成后，不僅解決礦區(qū)及周圍企業(yè)用水量日益增加和水資源越來越短缺