煤礦井水處理系統(tǒng)設(shè)計方案

目 錄
一．項目意義 3
二．礦井水回用介紹 4
2.1礦井水回用形勢 4
2.2礦井水生產(chǎn)回用 4
2.3礦井水生活回用 5
2.4本項目礦井水回用 6
三．設(shè)計原則 9
3.1可行性原則 9
3.2可靠性原則 9
3.3先進(jìn)性原則 9
3.4可操作性原則 9
3.5經(jīng)濟(jì)性原則 9
四．系統(tǒng)工藝概述 10
4.1 工藝簡介 10
4.2 工藝流程 10
4.3 系統(tǒng)說明 10
4.4 設(shè)計依據(jù) 11
五．工藝設(shè)備選型與設(shè)計 12
5.1 取水泵 12
5.2中間水池 12
5.3 提升泵 12
5.4 離子吸收器 12
5.5 反沖洗水泵 12
5.6 清水池 13
5.7 清水泵 13
六．電氣設(shè)備設(shè)計 14
6.1控制方式 14
6.2控制系統(tǒng)配置 14
6.3控制對象 15
6.4顯示的工藝參數(shù) 15
6.5用電負(fù)荷計算 15
七．成本分析 16
7.1 動力費(電費按0.5元/度電計)： 16
7.2 水費： 16
7.3濾料更換費 16
7.4 人工費 16
7.5 運行成本 16
八．供貨范圍 17
8.1供貨說明 17
8.2供貨范圍清單 17

一．項目意義
水是社會文明、經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(dāng)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(dāng)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(chǎn)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(yán)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(yuǎn)距離輸水，這是對能源的極大浪費。隨著礦區(qū)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)用水日益緊張，且飲用含有大量致癌、致畸、致突變物質(zhì)的礦井水。主要產(chǎn)煤區(qū)北方和西北地區(qū)有70%的礦區(qū)缺水，40%屬嚴(yán)重缺水，直接影響了煤礦的生產(chǎn)和人們的正常生活；更為嚴(yán)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(gòu)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(yán)重制約礦區(qū)及煤礦城市經(jīng)濟(jì)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(jìn)而又經(jīng)濟(jì)可行的工藝和技術(shù)處理礦井水作為生產(chǎn)和生活用水，已成為保證煤礦正常生產(chǎn)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(jìn)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(jì)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(chǎn)、生活使用。另外，1990 年原煤炭部就礦井提高水的重復(fù)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(shè)計規(guī)范》MT/ T5014296 中也明確規(guī)定應(yīng)積極采取措施，將礦井水作為水資源用于生產(chǎn)、生活和農(nóng)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(dāng)?shù)V井排水時間不均衡時，設(shè)置調(diào)節(jié)水池當(dāng)原水懸浮物含量高時，增設(shè)預(yù)沉池；當(dāng)水中粗顆粒懸浮物多時，增設(shè)沉砂池；當(dāng)水中的pH值低時，增加中和設(shè)備。有的煤礦采用澄清池代替混合、反應(yīng)、沉淀池；有的煤礦還將井下水倉加隔板改成反應(yīng)、沉淀池，在水倉的入口處投加混凝劑使藥劑與進(jìn)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(dāng)?shù)厣a(chǎn)、進(jìn)貨容易、凈化效果好、溫度適應(yīng)性強、pH值適應(yīng)范圍廣的產(chǎn)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(yīng)從實際出發(fā)，根據(jù)水質(zhì)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(chǎn)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(nóng)村使用，另外還有大量的礦井水供農(nóng)村灌溉和發(fā)展養(yǎng)殖，一般利用如下：
 

2.2礦井水生產(chǎn)回用

礦井水排水污染物成分及性質(zhì)不同于其它工業(yè)廢水，礦井水排水水量、水質(zhì)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(jié)物，而且含有油類等物質(zhì)。
礦井水經(jīng)混凝沉淀、過濾等合理、經(jīng)濟(jì)的處理后出水水質(zhì)滿足井下消防和防塵灑水水質(zhì)要求。煤礦井下消防灑水和防塵灑水,用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表2-1-2。
 

]由以上監(jiān)測結(jié)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(zhì)含量多，重金屬指標(biāo)偏高等特點，水質(zhì)較復(fù)雜，尤其是鐵、錳、鎘、鉛等金屬物質(zhì)在水中呈離子狀態(tài)?？偞竽c桿菌超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)77個。
由于生活用水和生產(chǎn)用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不同，因此，礦井水的凈化利用可按先生產(chǎn)用水的生活用水，先井下用水后井上用水的原則進(jìn)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(dá)10度以下，通過多層過濾、吸附等工藝，水質(zhì)完全澄清，濁度達(dá)到1度以下，再經(jīng)過消毒處理，細(xì)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1920m3。
2.4礦井水回用
2.4.1 原水水質(zhì)
本系統(tǒng)的處理原水水質(zhì)成份非常復(fù)雜，必須對原水進(jìn)行系統(tǒng)的檢測分析，按《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》GB5750-85對原水水質(zhì)進(jìn)行分析，其數(shù)據(jù)見表2-4-1。

由以上監(jiān)測結(jié)果可以看出，該礦井水屬于高礦化度水質(zhì)，具有渾濁度高，成灰褐色，膠體懸浮物含量大，礦物質(zhì)成份復(fù)雜且含量多，重金屬和有毒有害有機(jī)化合物指標(biāo)偏高，細(xì)菌總數(shù)和總大腸桿菌群嚴(yán)重超標(biāo)等特點。尤其是重金屬汞的含量超過《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB5749-85》的2倍，六六六是生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的4倍，總大腸桿菌超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)100個，總大腸桿菌超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)20個。
2.4.2凈化后水質(zhì)要求
本項目中的礦井水回用于生活飲用水必須經(jīng)過嚴(yán)格的凈化處理，使出水達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）。
2.4.3社會經(jīng)濟(jì)效益
本項目的實施，有很重要的積極作用，社會、經(jīng)濟(jì)、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3500 m3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m3，有助于保證煤礦的正常生產(chǎn)，又能促進(jìn)非煤產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增加就業(yè)機(jī)會，社會效益顯著。
（2）經(jīng)濟(jì)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(jì)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(chǎn)業(yè)的建設(shè)，為礦區(qū)經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)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(zhì)。 
三．設(shè)計原則
為確保設(shè)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(hù)，現(xiàn)遵循以下相關(guān)設(shè)計準(zhǔn)則：
3.1可行性原則
崇尚工程設(shè)計科學(xué)、合理，所選擇的技術(shù)路線均為國內(nèi)外較成熟的，在確保工藝可行的同時，考慮工藝與經(jīng)濟(jì)可行性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
3.2可靠性原則
所選用的設(shè)備質(zhì)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(guān)機(jī)，24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)。每年停車大修不超過一次，所選用國內(nèi)外產(chǎn)品均有在本工藝中常年使用的驕人業(yè)績。
3.3先進(jìn)性原則
凈化工藝均參照國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)設(shè)計，總體設(shè)計具有當(dāng)前水處理技術(shù)的先進(jìn)性，所采用的控制儀表均為同類產(chǎn)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(jì)性原則
在保證工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)可靠的前提下，降低系統(tǒng)造價和產(chǎn)水成本，達(dá)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(zhì)成份復(fù)雜且水質(zhì)比較惡劣，為了保證出水水質(zhì)能夠達(dá)到國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上增加離子吸收的處理工藝。即在現(xiàn)有凈化裝置進(jìn)入中間水池后增加：泵→離子吸收器→清水池→清水泵→生活用水點。
4.2 工藝流程
 

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(zhì)、重金屬物質(zhì)和有毒有害的有機(jī)物質(zhì)。
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(jī)物、細(xì)菌及病毒等的去除也是效果極佳的。出水已達(dá)生產(chǎn)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(gòu)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(jī)物質(zhì)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(shè)在提升泵出口。這種設(shè)計方法有利于提高催化氧化耦合絮凝反應(yīng)的效果，防止后續(xù)水凈化構(gòu)筑物內(nèi)的微生物繁殖和藻類生長。
4.4 設(shè)計依據(jù)
①《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-85
②《室外給水設(shè)計規(guī)范》GBJ13-86
③《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GBJ15-88
④《水處理設(shè)備制造技術(shù)條件》JB2932-86
⑤《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GBJ14-87）
⑥《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GBJ16-82）
⑦《建筑電氣設(shè)計技術(shù)規(guī)范》（JBJ16-83）
⑧《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ69-84）
⑨《動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ40-79）

五．工藝設(shè)備選型與設(shè)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(shè)備。
5.2中間水池
①原水池為鋼砼結(jié)構(gòu)，作為調(diào)節(jié)貯存水量之用；
②系統(tǒng)設(shè)計流量按120m3/h計，為保證工藝處理水量穩(wěn)定，設(shè)計原水調(diào)節(jié)池有效容積設(shè)計為200m3；
③中間池主要構(gòu)造尺寸為：L×B×H=9m×9m×3m。
5.3 提升泵
①取水泵設(shè)計數(shù)量為二臺，一用一備；
②提升泵用于提供后續(xù)水質(zhì)凈化器、離子吸收器進(jìn)水；
③提升泵選型。設(shè)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=75%。
5.4 離子吸收器 
①離子吸收器的作用是去除水中的剩余有機(jī)物、重金屬離子、以及“三致”物質(zhì)，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(jì)大學(xué)專利產(chǎn)品TJC-7300立式離子吸收器，直徑為Φ3000，設(shè)計濾速為7m/h，符合設(shè)計規(guī)范；
③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10 l/s•m2，則反沖洗流量為255m3/h；
④離子吸收器設(shè)計主要內(nèi)容：填料高度為1200mm。過濾器配備相應(yīng)進(jìn)水管、產(chǎn)水管、反沖洗水管、反沖洗排水管等。過濾器本體材質(zhì)為鋼襯膠。
5.5 反沖洗水泵
①水質(zhì)凈化器經(jīng)過設(shè)定工作周期后，填料上會積累一定懸浮雜質(zhì)和膠體，需用水進(jìn)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(jìn)行反沖洗；
②反沖洗水泵揚程是根據(jù)水處理設(shè)備反沖洗阻力和管路水頭損失進(jìn)行綜合計算確定，設(shè)計揚程取為20m，而泵設(shè)計流量是根據(jù)反沖洗流量確定，則流量為380m3/h；
③反沖洗水泵選型。設(shè)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=82.5%。
5.6 清水池
①清水池為鋼砼結(jié)構(gòu)，是作為工藝系統(tǒng)制水量與供水量平衡調(diào)節(jié)之用，同時該池也作為反沖洗用水的調(diào)節(jié)之用；
②系統(tǒng)設(shè)計流量按150m3/h計，為保證生產(chǎn)用水，設(shè)計貯存時間為2h，即清水池有效容積設(shè)計為300m3；
③清水池主要構(gòu)造尺寸為：L×B×H=9m×12m×3m。
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(diào)節(jié)流量，采用變頻控制的方式；
②清水泵數(shù)量設(shè)計為2臺，1用1備，切換運行，由于無法預(yù)計日用水過程中的瞬時最大供水量，因此，設(shè)計規(guī)定備用泵可在瞬時投入運行，按建筑給水使用性質(zhì)，這種瞬時時間控制在5～10min。
③清水泵性能參數(shù)設(shè)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=300m3/h計。水泵揚程應(yīng)是根據(jù)用水點要求和管路水頭損失并考慮一定的安全系數(shù)綜合計算確定。水泵轉(zhuǎn)速設(shè)計采用低轉(zhuǎn)速，其目的主要為降低振動和噪聲，水泵運轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及長期使用。
④清水泵選型。設(shè)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=1450rpm，N=45KW。 
六．電氣設(shè)備設(shè)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(jìn)行手動操作，通過就地控制柜上的各類按鈕進(jìn)行工藝系統(tǒng)設(shè)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(diào)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
6.2.1低壓配電柜
①低壓配電柜用于對系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備提供電源的作用；
②低壓配電柜選用GGD型低壓開關(guān)柜；
③電源由廠區(qū)附近的低壓變電所引入本系統(tǒng)內(nèi)配電屏，低壓側(cè)設(shè)置隔離開關(guān)，以便于檢修；
④對各主要用電設(shè)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(shè)分合指示燈及按鈕；
⑤電機(jī)主回路的斷路器、接觸器、熱繼電器等關(guān)鍵電氣元器件均選用法國施耐德礦的產(chǎn)品，以提高系統(tǒng)的可靠性及安全性，減少維護(hù)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(chǎn)品，設(shè)置在GGD柜內(nèi)，2臺水泵共用1臺變頻器。
6.2.2就地控制柜
①就地控制柜能實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)水泵就地起停的功能；
②能在就地起停電氣設(shè)備，并設(shè)置有現(xiàn)就地/遠(yuǎn)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。
6.2.3加藥控制柜
①加藥控制柜用于對系統(tǒng)內(nèi)的加藥泵以及攪拌電機(jī)進(jìn)行配電；
②加藥控制柜并能進(jìn)行加藥泵及攪拌機(jī)的起停功能。
6.2.4就地儀表柜
①就地儀表柜用于顯示原水調(diào)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(shè)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/臺
6.3.2 反沖洗水泵，2臺（1用1備），N=30KW/臺
6.3.6 清水泵，2臺（1用1備），N=45KW/臺
6.4顯示的工藝參數(shù)
6.4.1中間池液位顯示，并設(shè)置高、低液位報警。
6.4.1清水池液位顯示，并設(shè)置高、低液位報警。
6.5用電負(fù)荷計算
 

七．成本分析
7.1 動力費(電費按0.5元/度電計)：
E71=0.5×69.6/125=0.26元/m3(水)電耗

7.2 水費：
由于為礦井水，水費不計。

7.3濾料更換費
濾料更換費(吸收器濾料10.5噸，按10000元/噸計)為：
E73=(0.5×10000)/(125×24×360)=0.09元/m3(水)水耗

7.4 人工費
——根據(jù)整個水處理系統(tǒng)工程的自動化程度，該系統(tǒng)工程每班設(shè)置1名值班人員（4班3運轉(zhuǎn)）即可，總計4名職工。則該工程的人工費(職工平均年工資按24000元/人)為：
E76=24000×4/(125×24×365)=0.075元/m3(除鹽水)

7.5 運行成本
該水處理系統(tǒng)工程的運行成本為：
E7=E71＋E72＋E73＋E74 =0.26＋0.090＋0.075
=0.43元/m3(除鹽水)

八．供貨范圍
8.1供貨說明
①賣方為買方提供全新的、先進(jìn)的、成熟的、完整的和安全可靠的設(shè)備，并保證所提供設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能滿足工藝系統(tǒng)的要求。
②賣方為買方提供了詳細(xì)供貨清單，清單中依次說明了型號、數(shù)量、產(chǎn)地、生產(chǎn)廠家等內(nèi)容。對于屬于整套設(shè)備運行和施工所必需的部件，即使本合同附件未列出和/或數(shù)量不足，賣方同意在執(zhí)行的同時補足。（詳見供貨范圍清單）
③賣方為買方提供了完整的技術(shù)資料清單。
8.2供貨范圍清單