丁家梁矿井井下矿井水处理设计方案(1440m3).doc
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1、传真:028-85001606 I 矿井水井下水处理站矿井水井下水处理站 (超磁分离成套设备净化技术)(超磁分离成套设备净化技术) 方方 案案 设设 计计 传真:028-85001606 II 目目 录录 第一章第一章 总论总论4 1.1 概述 4 1.1.1 项目概况4 1.1.2 建设项目的必要性4 1.2 设计依据、原则 5 1.2.1 设计依据5 1.2.1.1 编制依据5 1.2.1.2 主要设计规范、标准5 1.2.1.3 矿建部分6 1.2.2 设计原则6 1.3 建设规模与设计范围 6 第二章第二章 工程技术方案工程技术方案7 2.1 废水来源及设计处理规模 7 2.1.1 废
2、水来源7 2.1.2 设计处理规模7 2.2 污水水质及进、出水水质标准 8 2.2.1 水质特征8 2.2.2 进水水质8 2.2.3 设计出水水质8 2.3 处理方法的选择 9 2.3.1 处理工艺概况9 2.3.2 超磁分离水处理技术简介9 2.3.3 磁分离原理10 2.3.4 超磁分离净化技术特性10 2.3.5 核心设备超磁分离机工作原理11 2.3.6 技术优势12 2.4 超磁分离成套设备净化技术工艺流程 13 2.4.1 工艺流程框图13 2.4.2 工艺流程说明13 2.5 矿建设计 14 2.6 主要构筑物设计 14 2.6.1 预沉池14 2.6.2 混凝池15 2.6
3、.3 污泥池15 2.7 主要设备选型 15 第三章第三章 电气设计电气设计16 传真:028-85001606 III 3.1 设计范围及电源资料概括 16 3.1.1 设计依据及技术规范16 3.2 电源及电压 17 3.3 用电负荷计算 17 3.4 供电系统 18 3.5 保护和控制 18 3.6 照明 19 3.7 自动控制及通讯设计 19 3.7.1 自动控制19 3.7.2 现场仪表22 第四章第四章 工程投资及运行成本分析工程投资及运行成本分析23 4.1 工程投资估算 23 4.1.1 编制依据23 4.1.2 井下处理方案投资估算24 4.2 处理成本分析 25 4.2.1
4、 编制依据25 4.2.2 井下处理方案生产成本25 第五章第五章 附图附图26 存在问题存在问题26 传真:028-85001606 4 第一章第一章 总论总论 1.11.1 概述概述 1.1.11.1.1 项目概况项目概况 项目名称:丁家梁矿井矿井水井下水处理工程(1440m3/d) 1.1.21.1.2 建设项目的必要性建设项目的必要性 煤炭开采作为一种地下生产活动,不可避免地对地下含水系统造成局部破坏 和污染。据统计,我国矿井年总排水量在 22 亿吨以上,而其再利用率目前还不到 20%。水资源的浪费十分惊人,由于采矿活动中超极限疏排地下水,使一些能源基 地的地下及地表水自然平衡受到严重
5、破坏,大量矿坑污水排放地面,造成矿区地 表、地下水的严重污染和农耕环境退化;地下水位大面积下降造成地表塌陷、地 面沉降等环境地质灾害。 在煤炭开采大量破坏和排放地下水的同时,矿区工农业用水短缺却极为严重, 主要产煤区北方和西北地区有 70%的矿区缺水,40%严重缺水,直接制约了矿区和 当地经济的可持续发展;更为严重的是,由于部分煤矿长期超量抽排地下水,已 造成其邻近城市地下水位的急剧下降,城市的工业生产和人民的正常生活受到了 严重影响。为此,一些地方的政府部门已对煤矿抽取地下水的总量进行了严格限 制;另有一些地方正准备采取大幅度提高水资源费的经济手段,来限制煤矿抽取 地下水。因此,加速矿井水资
6、源的开发和利用,寻求先进而又经济可行的技术和 工艺处理矿井水作为生产和生活用水,对保证煤矿正常生产经营,提高企业综合 效益,实现可持续发展意义重大。 改革开放以来,我国一直注意在工业生产中预防环境污染。早在 1983 年,国 务院就颁布了关于结合技术改造防治工业污染的决定 ,于 2003 年 1 月 1 日正 式颁布实施了中华人民共和国清洁生产促进法 ,要求工业生产中污染物必须是 低排放,甚至是零排放。而到了上世纪 90 年代,随着人类对可持续性发展理论认 识的深入,又提出了循环经济的理论,并得到了空前的重视和发展。 我国煤炭年产量居世界首位,煤炭在我国能源结构中占 70%,这一比例在未来 传
7、真:028-85001606 5 若干年内仍不会有大的改变。然而煤炭开采与利用过程中要排放大量的废水、废 气和废渣,这些污染物如不经处理,直接排放,势必对环境造成污染。因此,加 强煤炭开采与利用工艺的改进,对其污染源进行控制和治理,促进煤炭工业的可 持续发展,是摆在每一个煤炭企业面前的重要课题。 1.21.2 设计依据设计依据、原则、原则 1.2.11.2.1 设计依据设计依据 1.2.1.11.2.1.1 编制依据编制依据 1)国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知国发200715 号文; 2)国家发改委、环保总局关于煤炭行业节能减排工作意见的通知发改委 能源20071456 号文; 3
8、)国家发改委关于印发矿井水利用专项规划的通知发改委环资2006 2893 号; 4)中华人民共和国环境保护法; 5)中华人民共和国清洁生产促进法; 6)中华人民共和国水污染防治法; 7)国家其他有关煤炭工业建设的技术、经济政策和指令性文件; 1.2.1.21.2.1.2 主要设计规范、标准主要设计规范、标准 1)室外给水设计规范GB50013-2006; 2) 室外排水设计规范GB50014-2006; 3)建筑给水排水设计规范GB50015-2003; 4)煤炭工业污染物排放标准GB8978-1996; 5) 工业循环冷却水处理设计规范GB50050-95; 6) 建筑制图标准GB/T501
9、04-2001; 7) 总图制图标准GB/T50103-2001; 8) 通用用电设备配电设计规范GB50055-1993; 9) 电气装置的继电保护和自动装置设计规范GB50062-1992; 10) 低压配电设计规范GB50054-95; 传真:028-85001606 6 11) 电力工程电缆设计规范GB50217-1994; 1.2.1.31.2.1.3 矿建部分矿建部分 1) 煤矿安全规程2010 年 2 月第一版; 2) 煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005; 3) 煤矿巷道断面和交岔点设计规范GB50419-2007; 4) 煤矿井底车场硐室设计规范GB50416-200
10、7; 5) 煤矿井下热害防治设计规范GB50418-2007; 1.2.21.2.2 设计原则设计原则 1)严格执行国家的相关法规、政策、规范和标准。 2)选择技术可靠、稳定高效,维护管理方便的处理工艺。 3)设计尽可能利用重力流,减少动力消耗, 使整体工艺节能、环保。 4)妥善处理、处置污水处理过程中产生的煤泥,不产生二次污染物污染环境。 5)采用适合国情和当地实际情况的监测仪表及自动化技术,使污水处理运行 时便于操作和管理。 6)设施及工艺便于管理、便于操作运行。工艺和设备的选用在满足要求的情 况下遵循实用、高效、节能的原则,尽可能节省投资。 7)污水处理站各单元构筑物布置紧凑、合理,建筑
11、造型美观并与生产区相协 调。 1.31.3 建设规模与设计范围建设规模与设计范围 根据提供的资料,矿井设计涌水量为 46m3/h,本方案按照设计规范,矿井水 处理规模为 1440m3/d 设计。 矿井水井下处理工程设计范围包括平流沉淀池、超磁分离处理系统、泥处理 系统的工艺设计;及配套的供配电及自动化设施、矿建工程和污水处理区域内的 各种管道的设计。 传真:028-85001606 7 第二章第二章 工程技术方案工程技术方案 2.12.1 废水来源及设计处理规模废水来源及设计处理规模 2.1.12.1.1 废水来源废水来源 废水来源主要为矿井水。 2.1.22.1.2 设计处理规模设计处理规模
12、 设计水处理规模:1440m3/d 2.22.2 污水水质及进、出水水质标准污水水质及进、出水水质标准 2.2.12.2.1 水质特征水质特征 1)含悬浮物,不易沉降 矿井水中悬浮物含量很不稳定,悬浮物浓度差异很大,含量为每升几十至几 百毫克,少数超过 5000mg/L,悬浮物粒度小(平均只有 28m) 、比重轻、沉降 速度慢。总悬浮物中约 85%以上的粒径在 50m 以下。煤粉的平均密度一般只有 1.31.5g/cm3,远远小于地表水系中泥沙颗粒物的平均密度 2.42.6 g/cm3。 2)含有机污染物 水体中含有少量的废机油、乳化油、废坑木腐烂物、井下粪便等有机污染物。 3)混凝沉淀困难
13、混凝过程中矾花形成困难,混凝沉降效果差,低阶段煤的大分子芳香缩合环 周边有较多极性集团(COOH,OH 等) ,随着煤化程度增高而逐渐减少,最后完 全失去这些极性基团而成憎水物质。 2.2.22.2.2 进水水质进水水质 矿井排水的主要污染物是煤粉、岩粉等无机污染物,由于甲方未提供详细水 质情况,故按照常规矿井水水质,作为本次设计依据: SS:500mg/l 传真:028-85001606 8 PH:78 2.2.32.2.3 设计出水水质设计出水水质 依据煤炭工业污染物排放标准GB204262006 中的水质标准,确定出水水 质指标如下: 表 2 出水水质表 序 号分析项目单 位排放标准 地
14、表水质量类 标准 1pH - 6969 2悬浮物 mg/L15- 3 CODCrmg/L5020 4石油类 mg/L50.05 5总铁 mg/L6- 6总锰 mg/L4- 2.32.3 处理方法的选择处理方法的选择 2.3.12.3.1 处理工艺概况处理工艺概况 我国矿井水净化处理技术起始于上世纪 70 年代未,已有二十多年的历史。目 前用于日处理能力在几万吨以下的处理地表江河、湖泊水的净化处理构筑物,在 煤矿矿井水处理工艺中大部分被采用,如预沉调节池、反应沉淀池(或澄清池) 、 过滤池等。矿井水净化处理后通常作为工业用水、生活用水或达标排放,已投入 使用的净化处理技术主要有:沉淀、混凝沉淀、
15、混凝沉淀过滤(混凝澄清过滤) 等,为重力沉降原理对水体的悬浮物进行分离,主要缺点是占地面积大,水力停 留时间长,底泥(煤泥)含水率高,对场地、池容的要求很大。 近年来,随着水处理技术的不断进步,出现了絮凝斜板沉淀和高效迷宫斜板 沉淀等水处理净化工艺,其还是重力沉降的一种形式,仍然没有从根本上解决占 地省、水力停留时间长以及底泥的高含水率的问题。 超磁分离水处理技术是目前应用于矿井水处理的一种新工艺,其净化原理是 依靠稀土永磁材料所产生的高强磁场,对水体中的悬浮物,通过投加磁种介质与 传真:028-85001606 9 微磁絮凝药剂,在强磁场力的作用下对赋磁性水体悬浮物进行快速分离。超磁分 离水
16、处理技术因其分离速度快,大大地缩短了水力停留时间,为工程设施占地面 积的缩小提供了可能。 2.3.22.3.2 超磁分离水处理技术简介超磁分离水处理技术简介 超磁分离技术能在 3 分钟左右去除水中悬浮物,特别适合于去除难沉降悬浮 物,应用领域有油田采出水、矿井水、洗煤水、景观水以及市政污水的处理等等。 一个完整的超磁分离工艺流程包含磁种絮凝、磁盘分离和磁种回收三大部分。此 成套工艺及技术是由目前世界水处理行业中,将磁技术应用得最广泛的四川冶金 环能工程有限公司开在原稀土磁盘净化废水技术的基础上研制的。稀土磁盘分离 净化废水设备”经过近 20 年的发展,最早应用于冶金行业的轧钢、连铸、炼钢、 轧
17、管等含磁性悬浮物污水的处理,现扩展到其他行业和市政领域,目前全国在线 运行设备量达 320 多台/套,总计处理水量达到 1300 万 m3/天。 2.3.32.3.3 磁分离原理磁分离原理 利用感生磁力(电磁场或永磁场)将废水中的磁性絮团悬浮物打捞分离出来, 达到水质净化和悬浮物回收的目的,必须满足下列关系式: F 磁F 机g0F 粘斥力Fv(动力) 其中 F 磁作用在磁性絮团悬浮物上的磁力 F 机与磁力方向相反的所有机械力的合力:包括在水介质中的重 力分量、微粒沿磁力 F 磁方向运动时所受到的水介质粘斥阻力和颗粒定向运动的 加速阻力。 在大流量、低浓度的水体中,磁性絮团悬浮物随流体流动,在磁
18、场中受到磁 力和机械力的作用,只有满足 F 磁F 机时,磁性絮团悬浮物才有可能在磁场作 用下被吸附分离。 磁性絮团悬浮物被吸引的磁力要求足够大,大于其它反力,才能将其从水体 中分离出来。 传真:028-85001606 10 2.3.42.3.4 超磁分离净化技术特性超磁分离净化技术特性 磁分离的效能定律: 其中, N效能参数 颗粒密度 为水的粘度 S总磁作用的总有效面积 Q处理流量 d颗粒直径 磁力越大,磁分离设备效能越高,相关度为一次方正比关系。 磁力有效面积越大,磁分离设备效能越高,相关度为一次方正比关系。 同一设备要求处理的废水量越大,其净化精度越低。同一设备,要求净化精 度越高,其处
19、理的废水量越少。 2.3.52.3.5 核心设备超磁分离机工作原理核心设备超磁分离机工作原理 超磁分离净化设备是由一组强磁力稀土磁盘打捞分离机械组成。当流体流经 稀土磁盘组(2)之间的流道时,流体中所含的磁性悬浮絮团受到强磁场力的作用, 吸附在磁盘盘面上,随着磁盘的转动,逐渐从水体中分离出来。待悬浮物脱去大 部份水份,运转到刮渣装置(3)时,形成隔磁卸渣带,由刮渣刨机构(4)轮刮 入螺旋输送装置(5) ,产生的废渣自流进入磁分离磁鼓。处理后的废水从出水口 流出,完成净化过程。被刮去渣的磁盘又重新转入水体,形成周而复始的超磁分 离净化水体的全过程。 )35( 36 2 (效能定律) 总磁 d Q
20、 SFN 传真:028-85001606 11 图示机构:1 机架及水槽 2 稀土磁盘组 3 刮渣装置 4 刨轮机构 5 螺旋输送装 置 2.3.62.3.6 技术优势技术优势 1 1)采用稀土磁钢构造分离磁场,技术稳定成熟)采用稀土磁钢构造分离磁场,技术稳定成熟 超磁分离净化技术是自主创新的国际先进技术,得益于中国经济的高速发展 和稀土资源优势,使得我国的磁技术比瑞典和美国的 MAGNADISC 技术、日本的 2 秒分离技术要先进两代,单台设备稀土聚磁能力强、处理量大、性能稳定可靠, 是科技部 2006 年国家火炬计划项目,国家发改委 2007 年鼓励推广的环保产业技 术设备。磁分离处理废水
21、技术,已在冶金、矿山等行业得到广泛应用,是一套成 熟稳定的技术。随着磁性材料的不断发展,稀土钕铁硼的诞生改变了原有铁氧体 材料存在的磁能积低的缺点,大大提高了磁分离技术处理废水的能力。超磁分离 机采用国内最先进的稀土钕铁硼,通过十几年潜心研制发明的布磁技术,实现了 磁盘表面的高磁场强度和磁场梯度,有利于捕捉吸附到废水中的微磁性悬浮物, 提高了废水的出水指标。 2 2)磁分离时间短)磁分离时间短 磁分离工艺与传统的絮凝沉降最主要的区别在于:采用磁分离技术不需要沉 降时间。传统的絮凝沉降工艺是在加药絮凝后形成大絮团,靠重力沉降。磁分离 技术因采用稀土钕铁硼,其表面产生磁力是重力的 640 倍以上,
22、能快速地捕捉到 微磁性絮团,整个分离过程不到一分钟,分离时间远远小于沉降分离时间。 3 3)与磁分离工艺配套的混凝系统用药量少)与磁分离工艺配套的混凝系统用药量少 磁分离工艺不靠重力沉降且磁盘表面磁场的场强和梯度高,所以不需要大量 的药剂形成大的絮团。与常规的混凝沉降系统比较,可节约系统的药剂使用量, 节省运行费用。 4 4)设备占地少,处理量大)设备占地少,处理量大 传真:028-85001606 12 与传统处理方法相比,设备分离时间短,相应的设备占地少。处理 5000m3/d 的超磁分离机长宽高约 2.83.61.8(m)。设备处理能力取决于磁盘数量的 多少,水量增加,相应的磁盘数量增加
23、即可。在冶金行业,单台设备处理能力能 达到 36000m3/d。 5 5)出渣污泥浓度高)出渣污泥浓度高 磁分离设备分离悬浮物的方法有别于重力沉淀,前者是靠磁力把絮团吸出水 面,完全实现渣与水的分离,后者是沉淀后由泵抽出,含有大量的水。磁分离设 备的出渣含量可达 70000mg/L,可直接进板框或卧螺离心机脱水处理。 6 6)设备节能)设备节能 设备采用稀土永磁材料,与电磁式高梯度磁分离系统(HGMS)相比,不需要 电耗。同时设备转速很慢,主体设备主辅电机总功率不超过 3kW,超磁分离整个系 统设施吨水的电耗成本小于 0.04 元。 2.42.4 超磁分离成套设备净化技术工艺流程超磁分离成套设
24、备净化技术工艺流程 2.4.12.4.1 工艺流程框图工艺流程框图 2.4.22.4.2 工艺流程说明工艺流程说明 本工程采用一套超磁分离水体净化成套技术设备,超磁分离水体净化成套技 术设备配套一混凝系统,井下排水由巷道排水沟收集经格栅除去大块杂物后汇入 超磁分离水体净化成套技术设备进水总渠,经闸板阀的开启调节自流入预沉池的 水量为 30m3/h,出水自流入混凝系统,在混凝系统中加入混凝剂、磁种及助凝剂 充分反应后,出水自流入核心设备超磁分离机进行固液分离,超磁分离机采用高 强磁场使得絮凝体产生定向运动,被吸附在磁盘表面刮出,从而使水体得到净化, 传真:028-85001606 13 净化后的
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