夏店煤矿水处理方案磁分离技术.docx
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夏店煤矿水处理方案磁分离技术
平煤集团夏店煤矿矿井水
井下处理地面回用工程初步方案
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第一章总论
1.1概述
1.1.1项目名称
项目名称：
平煤集团夏店煤矿600m3/h矿井水处理工程
1.1.2项目性质
项目建设性质：
新建
1.1.3项目地点
项目建设地点：
夏店煤矿-560水平中央水仓前端
1.1.4建设单位及概况
建设单位：
平煤集团夏店煤矿
1.1.5编制单位概况
北京中力信达环保工程有限公司，以高效水处理工艺为核心，专注于水处理技术的开发与应用，在全国率先将磁分离一体化水处理成套工艺及设备应用于煤矿井下。
该工艺具有净化效率高、占地少、运行成本低、自动化程度高、安全可靠等显著优势。
目前在煤矿行业得到大规模应用。
截止目前，在线运行成套工程设备的水处理量超过60万吨/天，具有广阔的应用前景。
1.1.6编制单位
编制单位：
北京中力信达环保工程有限公司
1.2设计依据
1）业主提供及现场收集的水质、水量、布置场地等相关资料；
2）《煤矿安全规程》（2011版）；
3）《爆炸性环境第1部分：
设备通用要求》GB3836.1-2010；
4）《爆炸性环境第2部分：
由隔爆外壳“d”保护的设备》GB3836.2-2010；
5）《爆炸性环境第3部分：
由增安型“e”保护的设备》GB3836.3-2010
6）《爆炸性环境第4部分：
由本质安全型“i”保护的设备》GB3836.4-2010
7）《供配电系统设计规范》GB50052-95；
8）《煤矿井下消防洒水设计规范》GB50384-2006；
9）《煤炭工业给水排水设计规范》MT/T5014-96；
10）《室外给水设计规范》GB50013-2006；
11）《室外排水设计规范》GB50014-2006；
12）《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87-85。
13）《煤炭工业污染物排放标准》GB20426-2006
1.3设计原则
1）根据企业的生产工艺、节能减排以及未来发展规划。
提出的方案既要工艺先进、技术可靠、操作简单、便于管理；又要经济合理、节省占地、节约能源，降低运行费用，具备较好的经济效益和社会、环境、安全效益。
2）项目应符合我国法律法规和可持续发展的要求。
回收资源，降低能耗、资源综合利用为重要的设计指标。
3）项目应符合地区发展规划，充分考虑环保节能及资源综合利用。
4）采用现代化技术手段，做到技术可靠，运行稳定。
5）设备质量满足煤矿安全规程及相关技术规范要求。
6）整体工艺设备保证适应煤矿条件的需求防腐耐磨，易故障设备应尽量采用标准化部件，设计方案要满足易更换检修。
1.4工程范围
设计范围包括工艺、矿建设计、设备制安、电气、管道、控制、照明设计、仪表及其它相关工程。
工程分界线为：
污水原水、生产用水等介质的节点在井下矿井水处理系统边界外1米，矿方负责提供动力电源，动力线接至总馈电开关，排水至井下矿井水处理系统界区边线外一米处止，界面之外的进出水渠道、超越排水渠道由业主负责建设。
并且负责工程范围内辅助设施的建设，主要包括：
矿建所需预埋件、池（渠）盖板、爬梯、走道、平台、栏杆等。
甲方负责到货设备、材料的存放管理，吊装及下井运输。
甲方负责工程范围内的通风系统以及瓦斯防治系统的设计和实施。
本工程不包括井下巷道及构筑物矿建工程、井下硐室照明及安装期间的临时照明。
1.5处理系统性能参数以及设计结论
序号
项目（仅井下水处理）
技术参数
1.
设计处理能力（m3/d）
14400
2.
回用水处理能力（m3/d）
3840
3.
水处理装置装机功率（kW）
110.77kW
4.
水处理装置运行功率（kW）
72.97kW
5.
预计排泥含水率（%）
93%
6.
磁粉年补充量（吨）
≤36
7.
PAC年消耗量（吨）
≤129
8.
PAM年消耗量（吨）
≤7.7
9.
消毒过滤用药
第二章工艺技术方案
2.1废水来源及设计规模
2.1.1废水来源
该工程矿井水主要来源于地下水，包括采掘生产废水及岩体裂隙水等。
其特性取决于成煤的地质环境和煤系地层的矿物化学成分。
矿井水流经采煤工作面和巷道时，因受人为活动影响，煤岩粉和一些有机物质进入水中。
矿区矿井水中含有以煤岩粉为主的悬浮物，以及可溶的无机盐类，有机污染物较少，多呈灰褐色，感观性差。
2.1.2设计规模
根据矿方提供的水量数据，本着设计留有余量的原则，确定本工程设计水量为：
600m3/h，24小时连续运行，日处理水量为14400m3。
2.2废水水质及排放标准
2.2.1废水水质指标
表2-1废水进水水质表
编号
项目
单位
指标值
备注
1
pH值
/
6.0～9.0
2
SS
mg/L
≤2000
2.2.2废水排放标准
根据矿区排水及综合利用水质要求，本次工程处理后废水达到且优于国家《煤炭工业污染排放标准》GB20426—2006中新建项目的标准值。
国家《煤炭工业污染物排放标准》GB20426—2006中的水质标准
编号
污染物质
排放标准
单位
1
PH
6～9
2
SS
≤50
mg/l
3
CODCr
≤50
mg/l
4
石油类
≤5
mg/l
5
总铁
≤6
mg/l
6
总锰
≤4
mg/l
表2-2设计出水水质指标表
编号
项目
单位
指标值
备注
1
pH值
/
6.0～9.0
2
SS
mg/L
≤20
3
CODCr
mg/l
≤50
4
石油类
mg/l
≤5
5
总铁
mg/l
≤6
6
总锰
mg/l
≤4
2.3处理方法的选择
2.3.1水处理工艺选择
1）根据进出水水质指标可知，本项目主要的目的在于去除水中的悬浮物，以及COD、铁锰等污染物。
2）我国矿井水净化处理技术起始于上世纪70年代未，已有四十多年的历史。
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、混凝反应沉淀池（或澄清池）、滤池等。
矿井水净化处理后通常用作工业用水、生活用水的回用水源，或者达标排放。
目前，已投入使用的净化处理技术主要有：
沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤（混凝澄清过滤）等，均采用重力沉降原理对水体的悬浮物进行分离，其主要缺点是占地面积很大，水力停留时间较长，底泥（煤泥）含水率高、体积大，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，其仍然还是重力沉降的一种形式，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、综合投资大、运行费用高、维护困难等问题。
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，其净化原理是通过投加磁种介质与微磁絮凝药剂，使水体中的悬浮物和磁种凝聚在一起，形成具有磁性的“矾花”之后，依靠永磁材料所产生的高强磁场，在强磁场力的作用下对赋磁性絮团进行快速分离。
磁力是重力的数百倍，因此磁分离水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技术保障。
3）磁分离水处理技术的特点及优势
①采用永磁磁钢，构造分离磁场，技术稳定成熟
目前井下在线运行设备达26套，日处理能力60万吨。
在设备的布磁、聚磁组合、微磁絮凝、脱磁、分散等工艺技术上实现了突破，设备不断改进与完善，已达到国际领先水平，国内首家，技术稳定而成熟。
②磁分离时间短，占地面积小
聚磁组合磁盘表面产生的磁力是重力的640倍以上，能快速地捕捉到微磁性絮团，从而可以采用一体化、短流程的设备集成，使整个水处理净化过程的时间大大缩短，来水自混凝反应池进至磁盘机出水的时间为3～6min，大大优于传统的沉淀法。
与传统处理方法相比，设备分离时间短，相应的设备占地仅为传统工艺的30%。
③与传统工艺比运行成本低
磁分离依靠强磁力进行吸附和分离，不需要大量的药剂使水体中的悬浮物形成大的絮团，而仅需微絮凝。
与常规的混凝沉降系统比较，可大大节约系统的药剂使用量（仅为常规水处理加药量的1/3～1/2），节省药剂费用，同时设备总装机功率低，电耗少，设备运行稳定使用寿命长，维修费用低，综合运行成本为传统工艺的1/2。
④出渣污泥浓度高
磁分离磁鼓分离出的污泥含泥率大于70000mg/L，含水率小于93%（普通沉淀污泥含水率为98%-99%），可不经过浓缩直接进入脱水设备，大大节省污泥浓缩池占地和污泥脱水设备选型时的大小。
经过常规的压滤脱水后，污泥含水率小于45%，成泥饼状，便于装卸外运。
表2-3磁分离水处理技术与传统沉淀工艺比较表
序号
项目
单位
混凝+磁分离
混凝+斜板沉淀
磁分离与斜板沉淀的比较
1
处理水量
m3/d
9600
9600
2
占地面积
m2
≤240
～1600
占地节省85%
3
水力停留时间
min
3～6
60～90
时间缩短为1/10
4
药剂添加量
PAC
mg/L
≤30
120
药量减少60%
PAM
mg/L
≤2
5
药量减少60%
5
运行成本
元/吨水
0.19
0.40
节省运行费52%
6
出水悬浮物浓度
mg/L
≤20
≤20
相同
7
污泥（煤泥）浓度
mg/L
＞70000
＞40000
污泥浓度提高75%
8
施工周期
d
90
210
缩短施工周期70%
9
耐冲击负荷能力
---
一般
一般
10
自动化程度
---
自动化程度高
自动化程度低
11
日常维护
---
维护量小
运行维护较复杂
2.3.2污泥处理工艺选择
因磁分离机分离出来的泥渣含固量较高（＞70000mg/L），污泥含水率小于93%，可不经过浓缩而直接进入板框压滤机进行脱水处理。
本工程选用板框压滤机进行脱水，污泥经脱水可使污泥含水率降至45%左右。
泥饼干化后便于转移和运输。
2.4矿井水处理工艺方案设计
2.4.1工艺流程图
2.4.2工艺流程说明
井下部分：
矿井水经巷道内沟渠集水后，汇总至进水渠内，在进水端渠内设置机械格栅，去除来水中生活垃圾及漂浮物，自流进入预沉池，水中大颗粒及大比重物质在预沉池中沉积下来，预沉池设潜水渣浆泵，沉淀物定期排入污泥池，再由污泥泵送至压滤机脱水，干泥外运。
经过预沉处理的水自流进入磁分离混凝系统，混凝系统通过投加磁种和混凝剂（PAC和PAM），使悬浮物在较短时间内（约3~6min）形成以磁种为载体的“微磁性絮团”。
经过混凝之后的水再自流进入磁分离机进行固液分离净化，磁分离机通过磁吸附打捞，使出水水质达到设计出水指标后，自流进入中央水仓，再由中央泵房系统提升至地面调节池，进入后续处理系统。
磁分离机分离出的煤泥，由磁分离机自身的卸渣装置刮下进入磁分离磁鼓；在磁鼓的高速分散区将磁种和非磁性悬浮物分散，磁鼓对磁种进行吸附回收，回收磁种由泵打入前端的混凝投加系统循环使用；非磁性污泥排入污泥池，和预沉池污泥一起由泵打入板框压滤机进行脱水，脱水后的泥饼通过井下矿车外运。
地面部分：
磁分离系统出水由中央泵房系统提升至地面调节池，矿井正常排水量为14400m3/d，其中3840m3/d（160m3/h）的矿井排水进行深度处理，由调节池进入石英砂、活性炭过滤系统，再经过二氧化氯消毒后进入清水池再利用，实现矿井水资源化利用，用于矿井井下防尘洒水、地面生产生活用水、地面消防用水、选煤厂轴封冷却补等，其余不需要深度处理的矿井水由调节池供黄泥灌浆用水、选煤厂循环水池补水，富余的矿井排水由调节池转输至夏店水库。
2.4.3主要构筑物设计参数
A.格栅渠
1）构筑物功能
去除来水中的生活垃圾及漂浮物，充分保障后续处理单元安全稳定运行。
2）构筑物设计参数
构造：
钢筋混凝土结构；
构筑物数量：
1座；
单座构筑物尺寸：
（长×宽×深）2.5×0.8×0.6m
B.预沉池
1）构筑物功能
主要用于去除水中的较大颗粒物质，采用潜水渣浆泵将沉积在污泥斗的污泥排至污泥池。
2）构筑物设计参数
构造：
钢筋混凝土结构；
构筑物数量：
1座；
单座有效容积：
132.5m3；
单座构筑物尺寸：
（长×宽×深）12m×2.3m×4.8m。
C.混凝反应池
1）构筑物功能
混凝系统是微磁絮凝反应设施，池内PAC、PAM及磁种充分混合反应，形成微絮凝体，充分的微磁絮凝反应，为磁分离机的吸附分离提供了保证。
2）构筑物设计参数
构造：
钢筋混凝土结构；
构筑物数量：
1座；
快速混合池1格，内部尺寸1.6×1.6×2.2m，有效容积5.6m3；
Ⅰ级反应池1格，内部尺寸2.4×2.3×3.3m，有效容积18.2m3；
Ⅱ级反应池1格，内部尺寸2.4×2.3×3.3m，有效容积18.2m3；
D.中转池
1）构筑物功能
暂存非磁性污泥。
2）构筑物设计参数
构造：
钢筋混凝土结构；
构筑物数量：
1座；
单座有效容积：
7.5m3；
构筑物尺寸：
（长×宽×深）2×1.5×2.5m
E.污泥池
1）构筑物功能
贮存磁分离磁鼓机分离出的污泥及预沉池定期排放的污泥。
2）构筑物设计参数
构造：
钢筋混凝土结构；
构筑物数量：
1座；
有效容积：
48.3m3；
构筑物尺寸：
（长×宽×深）6×2.3×3.5m
2.4.4主要设备技术参数表
表2-4主要工艺设备技术数据表
序号
名称
技术规格
单位
数量
备注
一
机械格栅
台
1
设备材质：
不锈钢
电机
额定电压：
660v50Hz
额定功率:
1.5kw
绝缘等级:
F级
防护等级：
IP55
二
排泥泵
设备型号：
ZJQ50-21-11
台
4
3用1备
型式：
潜水渣浆泵
流量：
50m3/h
扬程：
21m
电机
额定功率：
11.0kW
绝缘等级：
F级
额定电压：
660V50Hz
防护等级：
IPX8
防爆等级:
ExdI
三
混凝系统
设备型号HHN－14400
套
1
混合搅拌器
搅拌器形式：
桨叶式
功率：
5.5kW
搅拌器材质：
不锈钢
一级反应搅拌器
搅拌器形式：
框架式
功率：
2.2kW
搅拌器材质：
不锈钢
二级反应搅拌器
搅拌器形式：
框架式
功率：
1.5kW
搅拌器材质：
不锈钢
配套电机
额定电压：
660V50Hz
防爆等级:
ExdI
防护等级：
IP55
绝缘等级：
F级
四
磁分离系统
4.1
磁分离机
设备型号：
CSMD-14400
台
1
处理水量：
14400m3/d
配套电机
主机额定电压：
380/660V50Hz
辅机额定电压：
660V50Hz
主电机：
2.2KW
辅电机：
4kW
防爆等级：
ExdI
防护等级：
IP55
绝缘等级：
F级
4.2
磁分离磁鼓机
设备型号：
HCG-14400
台
1
处理量:
与CSMD-14400配套
配套电机
磁辊电机：
0.55kW660V50HZ
高速分散用电机：
5.5kW660V50HZ
磁种搅拌电机：
5.5kW660V50HZ
绝缘等级：
F级
防爆等级：
ExdI
防护等级：
IP55
4.3
磁种投加泵
型号：
IHP50
台
2
1用1备
型式：
软管泵
流量：
5.0m3/h
扬程：
≤1.0Mpa
转速：
≤50r/min
材质
软管：
橡胶
外壳：
碳钢
配套电机
额定电压：
660V50Hz
功率：
4kW
绝缘等级：
F级
防爆等级:
ExdI
防护等级：
IP55
五
污泥系统
5.1
板框压滤机
台
1
型号：
XMZ180/1250-U
型式：
板框压滤机
滤板尺寸：
1250mm×1250mm×65mm
滤板材质：
增强聚丙烯
控制方式：
PLC控制
过滤压力：
≤0.6MPa
油缸压力：
≤16MPa
进泥含水率：
≤95%
出泥含水率：
≤65%
过滤周期：
1h
电机
额定电压：
660V50Hz
额定功率：
4.0kW
防护等级：
IP55
防爆等级：
ExdI
控制方式：
与污泥泵联动控制
运行方式：
间歇运行
5.2
中转泵
台
2
1用1备
设备型号：
ZJQ50-21-11
流量：
50m3/h
扬程：
21m
转速：
1480r/min
配套电机
额定电压：
660V50Hz
额定功率：
11.0kW
防护等级：
IP55
防爆等级：
ExdⅠ
绝缘等级：
F级
5.3
污泥泵
台
2
1用1备
型号：
BQS30-60-15/N
流量：
30m3/h
扬程：
60m
输送介质：
含固率≥5%的污泥
配套电机
额定电压：
660V50Hz
额定功率：
11kW
绝缘等级：
F级
防护等级：
IP55
防爆等级：
ExdⅠ
六
加药系统
6.1
PAC加药装置
HJY-14400
套
1
2箱2泵
溶液箱
外形尺寸：
3.4×2.4×2.5m
台
2
1用1备
配制浓度：
10%
配制周期：
8h
箱体材质：
碳钢防腐
搅拌器材质：
不锈钢304
计量泵
型式：
机械隔膜计量泵
台
2
1用1备
型号：
GM0170PQ1MNN（米顿罗）
流量：
0～450L／h
泵头材质：
PVC
隔膜材质：
PTFE
电机
计量泵功率：
0.25kw
搅拌机功率：
1.5kw
额定电压：
660V50Hz
防爆等级:
ExdI
防护等级：
IP55
绝缘等级：
F级
6.2
PAM制备投加装置
JYH-2500
套
1
外形尺寸：
3.6×1.6×1.5m
配置浓度：
0.15%
制备能力：
946L/h
PAM搅拌器
搅拌器功率：
0.37kW
台
2
箱体材质：
不锈钢304
搅拌器材质：
不锈钢304
干粉投加机
功率：
0.18kW
台
1
PAM加药计量泵
型式：
机械隔膜计量泵
台
2
1用1备
型号：
GB600PQ1MNN（米顿罗）
计量泵投加能力：
0～946L/h
泵头材质：
PVC
隔膜材质：
PTFE
单台计量泵电机功率：
0.55kW
电机
额定电压：
660V50Hz
防爆等级:
ExdI
防护等级：
IP55
七
管道、管件、阀门等
套
1
电气、自动设备材料部分
八
电气控制箱
矿用隔爆型真空智能馈电开关
KBZ-400/660V
台
1
外形尺寸：
600×500×600mm
材质：
Q235碳钢
额定电压：
660V50Hz
防爆等级:
ExdI
防护等级：
IP55
设备重量：
200Kg
形式：
快开
矿用隔爆兼本质安全型可编程控制箱
KXJ660（AP1-4）、KXJ127（AP0）
台
4+1
外形尺寸：
820×1050×725mm
外形尺寸：
740×395×435mm
材质：
Q235碳钢
额定电压：
660V/127V50Hz
防爆等级:
Exd[ib]I
防护等级：
IP55
设备重量：
400kg
形式：
快开
17
现场仪器仪表
电磁阀DF4/6-1个、流量计GLC250/500-1套、液位计GUCS10-3支等，其它根据现场配备
套
全套
18
安装材料
动力电缆MYP-0.38/0.66-3*4（6、25、35、50）+1*4（6、16、16、25）
、控制电缆KVVP-450/750-4*1、接地极（0.6平）、接地扁铁（40*4/25*4）、电缆桥架XQJ-P-01-15-4、支线挂
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