煤礦井水處理系統設計方案
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．設計原則 9
3.1可行性原則 9
3.2可靠性原則 9
3.3先進性原則 9
3.4可操作性原則 9
3.5經濟性原則 9
四．系統工藝概述 10
4.1 工藝簡介 10
4.2 工藝流程 10
4.3 系統說明 10
4.4 設計依據 11
五．工藝設備選型與設計 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．電氣設備設計 14
6.1控制方式 14
6.2控制系統配置 14
6.3控制對象 15
6.4顯示的工藝參數 15
6.5用電負荷計算 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,西北地區及相當一部分地區水資源十分貧乏。我國的煤炭絕大部分蘊藏在北方缺水地區,尤其是西北干旱地區。
煤炭開采作為一種地下活動，不可避免地對地下含水系統造成局部破壞和污染，據統計，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，通常未經任何處理就直接排入江河、山溝、洼地中，造成嚴重的環境污染；有的礦區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。隨著礦區生產的發展和人口的增加，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，礦區工農業用水日益緊張，且飲用含有大量致癌、致畸、致突變物質的礦井水。主要產煤區北方和西北地區有70%的礦區缺水，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下去，必然將嚴重制約礦區及煤礦城市經濟的良性發展，因此，加速礦井水資源的開發和利用，尋求先進而又經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營，提高企業綜合效益，實現可持續發展的必由之路。
為促進我國煤炭工業的發展，解決水資源短缺問題，把礦井水作為一種水資源加以開發利用，已引起煤炭行業的廣泛重視。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?！睹禾抗I給水排水設計規范》MT/ T5014296 中也明確規定應積極采取措施，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：當礦井排水時間不均衡時，設置調節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，多采用當地生產、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、穩定劑、中和劑配用。
礦井水凈化處理應從實際出發，根據水質特點和使用要求，并考慮企業管理水平，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：工業用水、生活用水、生活飲用水、工業用水比較廣泛，包括井下防塵、地面洗煤、冷卻及其它工業生產和建筑、綠化等。有的未經處理直接利用，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展養殖，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。
礦井水經混凝沉淀、過濾等合理、經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。
]由以上監測結果可以看出，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?？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，再經過消毒處理，細菌、大腸桿菌幾乎全部被去除掉。根據礦井水涌出量80m3/h，如果將礦井水全部凈化，每天可節約新鮮水1920m3。
2.4礦井水回用
2.4.1 原水水質
本系統的處理原水水質成份非常復雜，必須對原水進行系統的檢測分析，按《生活飲用水標準檢驗法》GB5750-85對原水水質進行分析，其數據見表2-4-1。
由以上監測結果可以看出，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。
2.4.2凈化后水質要求
本項目中的礦井水回用于生活飲用水必須經過嚴格的凈化處理，使出水達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-85）。
2.4.3社會經濟效益
本項目的實施，有很重要的積極作用，社會、經濟、環境效益十分顯著：
（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，并且每年可節約地下水資源126萬m3，有助于保證煤礦的正常生產，又能促進非煤產業的發展，增加就業機會，社會效益顯著。
（2）經濟效益
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，為礦區經濟的持續穩定發展提供充足的水源，并可大幅度降低現有供水成本；同時也可以啟動和加速礦區環保產業的建設，為礦區經濟發展提供一個具有高科技含量的新的增長點。據初步測算，項目實施后每年將給礦帶來直接經濟效益120萬元以上（廢水排水及清水減量）。
（3）環境效益
該礦井水處理利用工程的實施，除了上述的社會效益和經濟效益外，其環境效益也十分明顯，主要體現在：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
為確保設計系統的安全性、可靠性、合理性、完整性，以及做到系統操作容易、便于維護，現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，考慮工藝與經濟可行性的協調統一。
3.2可靠性原則
所選用的設備質量可靠，自動化程度高，工作時參數異?？杉皶r報警或自動關機，24小時連續運轉。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，降低系統造價和產水成本，達到性能價格比的最優化。
四．系統工藝概述
4.1 工藝簡介
該系統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→生活用水點。
4.2 工藝流程
4.3 系統說明
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。
原水經現有系統處理后，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，防止后續水凈化構筑物內的微生物繁殖和藻類生長。
4.4 設計依據
①《生活飲用水衛生標準》GB5749-85
②《室外給水設計規范》GBJ13-86
③《建筑給水排水設計規范》GBJ15-88
④《水處理設備制造技術條件》JB2932-86
⑤《室外排水設計規范》（GBJ14-87）
⑥《建筑設計防火規范》（GBJ16-82）
⑦《建筑電氣設計技術規范》（JBJ16-83）
⑧《給水排水工程結構設計規范》（GBJ69-84）
⑨《動力機器基礎設計規范》（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，作為調節貯存水量之用；
②系統設計流量按120m3/h計，為保證工藝處理水量穩定，設計原水調節池有效容積設計為200m3；
③中間池主要構造尺寸為：L×B×H=9m×9m×3m。
5.3 提升泵
①取水泵設計數量為二臺，一用一備；
②提升泵用于提供后續水質凈化器、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7m/h，符合設計規范；
③離子吸收器反沖洗采用清水池水反沖。根據反沖洗強度取為10 l/s•m2，則反沖洗流量為255m3/h；
④離子吸收器設計主要內容：填料高度為1200mm。過濾器配備相應進水管、產水管、反沖洗水管、反沖洗排水管等。過濾器本體材質為鋼襯膠。
5.5 反沖洗水泵
①水質凈化器經過設定工作周期后，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反沖洗流量確定，則流量為380m3/h；
③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清水池為鋼砼結構，是作為工藝系統制水量與供水量平衡調節之用，同時該池也作為反沖洗用水的調節之用；
②系統設計流量按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300m3；
③清水池主要構造尺寸為：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，并實現自動調節流量，采用變頻控制的方式；
②清水泵數量設計為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清水泵性能參數設計。水泵基本流量按工藝系統水處理能力Q=150m3/h計；瞬時最大時供水量按2×Q=300m3/h計。水泵揚程應是根據用水點要求和管路水頭損失并考慮一定的安全系數綜合計算確定。水泵轉速設計采用低轉速，其目的主要為降低振動和噪聲，水泵運轉平穩以及長期使用。
④清水泵選型。設計選用2臺DFG200-315(II)/4/45型離心泵，其性能參數為Q=300m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=45KW。
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設備的控制操作。
另外，用水加壓系統即清水泵采用變頻控制的方式，根據實際的生活用水量，通過變頻器的調節來滿足終端用水的需要——即用水量的隨時間變化。
6.2控制系統配置
6.2.1低壓配電柜
①低壓配電柜用于對系統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電源由廠區附近的低壓變電所引入本系統內配電屏，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。
6.2.2就地控制柜
①就地控制柜能實現系統內水泵就地起停的功能；
②能在就地起停電氣設備，并設置有現就地/遠程控制的切換，以實現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。
6.2.4就地儀表柜
①就地儀表柜用于顯示原水調節箱及清水箱的液位；
②液位顯示采用液晶數字顯示儀，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/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
6.4.1中間池液位顯示，并設置高、低液位報警。
6.4.1清水池液位顯示，并設置高、低液位報警。
6.5用電負荷計算
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
——根據整個水處理系統工程的自動化程度，該系統工程每班設置1名值班人員（4班3運轉）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、先進的、成熟的、完整的和安全可靠的設備，并保證所提供設備的技術經濟性能滿足工藝系統的要求。
②賣方為買方提供了詳細供貨清單，清單中依次說明了型號、數量、產地、生產廠家等內容。對于屬于整套設備運行和施工所必需的部件，即使本合同附件未列出和/或數量不足，賣方同意在執行的同時補足。（詳見供貨范圍清單）
③賣方為買方提供了完整的技術資料清單。
8.2供貨范圍清單
