柴家沟净水方案陕西天星.docx
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柴家沟净水方案陕西天星
柴家沟矿井下水综合利用
净化水设计方案
1项目概况
1.1项目背景
陕西集华柴家沟矿业有限公司位于陕西省铜川市宜君县太安镇境内。
该矿于1992年开始筹建，2004年矿井进行了技术改造，由原来的30万吨/年增加到现在的100吨/年，正式员工也增加到800余人，随矿家属也随之增加到700余人，加上外委队伍共计1600人。
太安镇政府、太安林场等相邻单位及群众约3000人，因原水源水量不足20立方米/小时，而且随季节变化明显，天旱时饮用水只能采用定时定量分配解决，群众、职工饮水、生产用水也无法保证。
为了解决生产、生活用水困难问题，现柴家沟矿寻找新的水源，拟自筹资金对井下采空区污染水进行处理，达到生产生活用水标准。
1.2编制依据及采用的规范、标准：
1、编制依据
（1）业主提供的水源状况；
（2）业主根据现场情况提出的设计要求。
2、采用的规范、标准
《室外给水设计规范》（GB50013－2006）；
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2011年版）；
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）；
《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）；
《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2006）；
《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）；
《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426－2006）；
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）；
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；
《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）；
《办公建筑设计规范》（JGJ67-2006）；
《工业企业总平面设计规范》（GB50187-2012）；
《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）；
《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046—2008）；
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；
《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》（B50032-2003）；
《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）；
《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）；
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）；
《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）；
《构筑物抗震设计规范》（GB50191-2012）；
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92-2004）；
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）；
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138-2002）；
《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137-2002）；
《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）；
《低压配电设计规范》（GB50054-2011）；
《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）；
《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》。
主要编制原则
根据国家政策，结合本工程的具体情况，为达到节约资源、改善环境，合理控制工程造价、提高经济效益的目的，确定本工程初步设计主要技术原则如下：
（1）严格执行国家的相关法规、政策、规范和标准。
（2）采用先进、合理的处理工艺，在确保处理效果的前提下，尽量减少占地、降低运行费用和一次性投资。
（3）尽量选用先进、高效、节能、运行维护简便的水处理设备，以节省能源，降低处理成本。
（4）采用适合我国国情的自动化控制系统，提高运行管理水平，降低劳动强度，体现现代化水处理的先进水平。
2技术条件
2.1处理规模
井下涌出水2880m3/d，设计处理水量120m3/h。
2.2设计进水水质
原水为井下涌出水。
根据柴家沟井下水水质报告，原水质较好，但细菌、氟化物、肉眼可见悬浮物超标。
但矿井涌出水具有毒理性指标波动且不确定性。
水质参照业主给的检测报告，见表2-1。
表2-1设计进水水质
检测项目
BZ±
ρBZ±
mg/L
C（1/zBz±）
mmol/L
X（1/zBz±）
%
检验项目
mg/L
检验项目
mg/L
BC
K+
30.9
1.343
24.5
矿化度
418.5
以
碳
酸
钙
计
总硬
205.2
Na+
溶解性固体
330
暂硬
145.1
Ca2+
58.1
2.90
52.8
悬浮物
永硬
60.1
Mg2+
14.6
1.20
21.9
含沙量
负硬
NH4+
0.87
0.048
0.9
高锰酸盐指数
3.5
总碱度
Fe3+
＜0.080
＜0.004
可溶性SiO2
0
总酸度
Fe2+
H2SiO
毒
理
学
指
标
挥发酚
＜0.001
Al3+
游离CO2
氰化物
＜0.0008
侵蚀CO2
F-
1.12
∑BC
100.1
总硫化物
As
0.003
BA
Cl-
30.1
0.85
15.5
H2S
Cr6+
＜0.005
SO42-
57.6
1.20
21.9
DO
Pb2+
＜0.001
HCO3-
177.0
2.90
52.8
BOD5
Cd2+
＜0.0005
CO32-
0
0
HBO3
Hg2+
＜0.00005
NO3-
32.91
0.531
9.7
Br-
NO2-
0.463
0.01
0.2
I-
Mn
0.1
F-
Al2O3
Cu
HPO42-
阴离子洗涤剂
Zn
OH-
H3BO3
Se
游离余氯
Co
∑BA
5.491
100.1
Ni
pH
7.81
细菌总数
170CFU/100ml
Mo
色度
＜5.0度
大肠菌群
23MPN/100ml
Li
浊度
＜1.0度
总α放射性
Bq/L
Sr
嗅和味
无
总β放射性
Bq/L
Ba
肉眼可见物
微量沉淀
镭
Bq/L
Ag
氡
Bq/L
2.3设计出水水质
矿井水净化处理出水同时满足生产用水和生活用水水质要求。
系统出水满足《生活饮用水卫生标准》（GB5794-2006），见表2-2。
表2-2设计出水水质
序号
项目
标准值
1
色（度）
1
2
嗅和味
无异嗅、异味
3
浑浊度（度）
1水源与净水技术条件限制时为3
4
肉眼可见物
无
5
pH
6.5-8.5
6
总硬度（以CaCO3计）（mg/L）
450
7
溶解性总固体（mg/L）
1000
8
硫酸盐（mg/L）
250
9
氯化物（mg/L）
250
10
阴离子合成洗涤剂（mg/L）
0.3
11
游离氯
出厂水中限制4，余量≥0.3
12
硝酸盐（以N计〕（mg/L）
10地下水源限制时20
13
耗氧量（CODMn法，以O2计
水源限制，原水耗氧量＞6mg/L时为5
14
氨氮（NH4）（mg/L）
0.5
15
氟化物（mg/L）
1.0
16
硫化物（mg/L）
0.02
17
氰化物（mg/L）
0.05
2.4工艺参数
序号
项目
工艺参数
1
处理原水
120m3/h
2
超滤回收率
≥95%
3
反渗透回收率
≥75%
4
总回收率
71.2%
5
原水含盐量
500mg/L
6
产水总溶解固体
≤50mg/L
7
装机功率
178
8
运行功率
122
3工艺设计
3.1工艺说明
3.1.1工艺流程
矿井水处理采用“超滤+反渗透”工艺，工艺流程如下：
换热器
3.1.2工艺优势
1、设置换热器，在低温季节，可保证系统的稳定运行和脱盐效率；
2、超滤和反渗透系统均设置为两套，可保证系统的连续稳定运行；
3、超滤膜选用德国曼胡默尔UA1060超滤膜，采用亲水改性的聚丙烯腈（PAN）材质，具有产水通量高，透膜压力低，运行稳定，适用于各种高纯水制备、市政给排水，中水回用，海水淡化等领域。
秉承严谨的德国工业标准，UA1060超滤膜具有以下特点：
1）倒“U”型设计减少了膜组件的端头死区效应；
2）外压式设计，耐污染能力强；
3）下进下出式进出水模式；
4）螺旋式进水流道；
5）运行能耗低；
6）组件重量轻，方便组件运输，安装，维护；
7）反洗，可选择加气反洗模式；
8）膜丝结构外压式中空纤维膜
4、反渗透系统可有效去除水中的氟离子等有害物质，并可以有效去除水中的胶体、细菌等，保证出水质量；
5、系统运行、冲洗、反洗均采用全自动控制，系统运行稳定可靠，操作简便，管理维护方便。
6、综合考虑系统功能性与项目景观需求，地面设置绿化区域。
7、高压泵配置变频器，保证系统稳定运行；
3.2化学药品规格
1、氧化剂
化学成份
二氧化氯
加药样式
设备自制
加药量
0.2ppm
2、还原剂
化学成份
亚硫酸氢钠
纯度
100%
包装
袋装
运输方式
汽运
配制浓度
10%
加药量
3ppm
3、阻垢剂
化学成份
复合制剂
纯度
100%
包装
桶装
运输方式
汽运
配制浓度
10%
加药量
5ppm
4、酸
化学成份
盐酸
纯度
31%
包装
罐装
运输方式
汽运
配制浓度
31%
5、碱
化学成份
氢氧化钠
纯度
40%
包装
罐装
运输方式
汽运
配制浓度
40%
3.3主要工艺设备
1、自清洗过滤器
自清洗过滤器是在水处理行业应用比较广泛的设备，其简单的设计以及良好的性能使污水达到最佳的过滤效果。
主要组件有：
电机、电控箱、控制管路、主管组件、滤芯组件、316L不锈钢刷、框架组件、传动轴、进出口连接法兰等。
自清洗过滤器克服传统过滤产品的纳污量小、易受污物堵塞、过滤部分需拆卸清洗且无法监控过滤器状态等众多缺点，具有对原水进行过滤并自动对滤芯进行清洗排污的功能，且清洗排污时系统不间断供水，可以监控过滤器的工作状态，自动化程度很高。
覆盖了由10um到3000um的各种过滤精度的需求。
自清洗过滤器，运行及控制不需外接任何能源就可以自动清洗过滤，自动排污。
反冲洗期间不断流，清洗过滤周期可以调节，自清洗过滤时间默认为10-60/s，清洗过滤损失水量只占过滤水量的0.08－0.6%；过滤精度可达10-3000微米；工作压力可达1.0-1.6Mpa；单台流量：
4-4160m/h。
可立式、卧式、倒置任意方向任意位置安装，可用于工业、农业、市政电力、电子、医药、食品、印染、建筑、钢铁、冶金、造纸等各行各业水过滤。
秉承从危险的工作环境中解救出来！
专业从事循环水处理设备研发、制造的现代化高新技术企业。
自清洗过滤器采用国际水处理行业设备先进技术，致力于给水系统、循环水系统、污水系统及中水系统设备设计、制造、设备、调试及服务。
自清洗过滤器是一种利用滤网直接拦截液体中的杂质，漂浮物，颗粒物等，同时降低谁的浊度，减少污垢，同时保障后面设备正常工作及使用寿命的精密设备，它具有可自动排污的特点。
2、超滤
超滤是一种能够将溶液进行净化、分离或者浓缩的膜透过法分离技术，其主要应用于将溶液中的颗粒物、胶体、大分子与溶剂等小分子物质分离，尤其在去除胶体方面较其他技术卓越。
超滤概述
超滤过程通常可理解成与膜孔大小相关的筛分过程。
以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质。
在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质通过，以达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。
从反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中，超滤介于纳滤与微滤之间，它的定义域为超滤的切割分子量（MWCO）为30000-300000左右，实践证明切割分子量（MWCO）为50000左右的超滤膜净化效果最佳。
此外，内压式超滤膜内径的增加对膜的抗污染能力有一定影响，其中内径为1.0-1.2mm的超滤膜抗污染性最强。
水站超滤系统配置
超滤系统除超滤膜组件本体以外，根据具体水源还需配置UF保安过滤器、反洗系统、化学清洗系统和产水箱，如下页图所示，共同构成超滤系统。
超滤系统组成示意
超滤组件
本期工程共设2套超滤装置，每套超滤装置净出力为79m3/h（25℃）；超滤膜使用寿命在5年以上；在5年内，每套超滤装置的净出力和出水质量不变；每根膜组件应有完整的维修隔离阀门，可单独进行维修和更换而不影响整套超滤装置的运行；产品水管和排水管应设取样点，取样的数量及位置能有效的诊断并确定系统的缺陷。
超滤膜元件的选型根据本工程水的水质特点选择透水量大、化学稳定性好、抗污染性能好及机械强度好的膜。
膜组件的组合方式根据原水水质、回收率及产水量等因素决定。
超滤系统由超滤装置、装置内的所有阀门、管道、仪表、就地仪表盘以及必要的设备和所有的辅助系统设备（叠片式过滤器、加药、反洗、正冲及清洗系统设备等）组成。
本项目超滤设备采用透水量大、化学稳定性好、抗污染性能好及机械强度好和高恢复性的德国曼胡默尔UA1060超滤膜元件。
超滤膜的过滤精度、抗污染性和膜破损（断丝）是选择超滤膜组件首先要考虑的三个关键问题。
较高的过滤精度可以保证产品水的质量；较高的抗污染性和污染后的可恢复性可以延长超滤膜及组件的寿命；降低膜破损和避免断丝更对产水质量和膜组件寿命起到至关重要的作用。
超滤膜可以很好的解决以上三方面的问题，使该产品具有如下特点：
（1）低污染聚丙烯腈（PAN）膜降低了清洗频率和强度。
（2）外压式过滤工艺提供均衡的进水流量分配和固体负荷并防止中空纤维膜丝的堵塞；
（3）确保生产高品质水，以满足最严格的处理要求；
（4）高固体的耐受性，能够应对高浊度冲击和高剂量的絮凝剂；
（5）更低的化学药剂使用量；
（6）紧凑的膜组件以及简单的膜堆设计；
（7）可与其他外压式超滤及微滤系统兼容使用。
GEZeeWeed1500超滤膜组件出水水质
项目
数值
TSS
1mg/l
浊度
0.1NTU
SDI
3
超滤装置给水及浓水进出水总管上设有接口，以便清洗时与清洗液进出管相连。
超滤滤元组件应安装在组合架上，组合架上配备全部管道及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。
管道、法兰、阀门均采用不锈钢材质或防腐型阀门。
管材适应超滤装置清洗介质的要求。
每个超滤膜组件产品水管和进、排水管设取样点和必须的监测仪表，数量及位置能有效地监督、诊断并确定系统的缺陷。
取样点集中设置，便于取样。
框架上配备全部管道及接头，还应包括所有的支架、紧固件、夹具等附件，且框架的设计满足当地的地震烈度。
凡是监测仪表提供不足的，即使中标也必须补足。
超滤滤元孔径能满足除胶体硅的要求。
超滤系统的运行及反洗满足就地/远方自动控制。
超滤反洗系统
超滤系统须配置反洗系统，以定期清除截留的污染物，恢复超滤膜系统过滤性能。
本项目超滤反洗系统由反洗水箱（与超滤产水箱共用）、反洗泵、管路、阀门和加药系统（加药箱、加药计量泵）组成。
反洗过程通过自动控制程序完成。
反洗系统包括反洗水泵、反洗加药装置（包括反洗加氯装置和其它加药装置）、阀门、管道、拆卸灵活密封可靠的接头及就地流量、压力表等。
反洗系统取水来自超滤水箱。
反洗系统的控制采用远方（程序）控制。
化学药品的实际加药量和化学加药反冲洗周期通过调试最终确定。
反洗水泵应满足超滤装置反洗的要求：
（1）水泵的出口应配供就地压力表。
（2）超滤反洗水泵的过流材料均采用不锈钢。
（3）密封方式应考虑耐腐蚀，机械密封，下部配置接水盒、固定装置及排水管引至附近地沟。
超滤化学清洗系统
此外超滤系统还要定期的进行化学清洗。
当超滤受到严重污染或透膜压差已经达到规定的限值，而且加药反洗已经不能够使超滤系统性能恢复时，需要进行停机化学清洗。
超滤装置设有化学清洗接口及阀门，以便清洗时与清洗液进出管相连。
清洗系统包括清洗药箱（含电加热设备）、清洗泵、清洗过滤器、阀门、管道及就地流量及压力表等。
乙方应提供化学清洗液的品种和要求。
超滤产水池
超滤产水池用于储存超滤产水供给后续设备用水，另外还充当超滤反洗水池，用于超滤膜的反冲洗。
超滤仪表系统
超滤系统仪表的性能、配置点、种类及数量满足自动化运行和自动化反洗的要求。
每套超滤进水管设置流量计及压力表，产品水出口设置压力表、流量计；且能根据运行压差、出力等指标实现报警、停运联锁保护功能。
3、保安过滤器
5μm保安过滤器设置的主要目的是截留水中预处理系统泄漏出来的颗粒、胶体、悬浮物，以防止大颗粒物进入反渗透膜。
保安过滤器的外壳采用不锈钢，内装精度5μm滤芯。
在正常工作情况下，滤芯可维持4~6个月左右的使用寿命，当大于设定的压差（通常为0.15MPa）时更换。
a、保安过滤器的结构可以满足快速更换滤元的要求。
b、进入过滤器的顶部设排气口、底部设排放口。
c、保安过滤器的滤元过滤精度为5μm。
d、保安过滤器的结构材质为不锈钢（304）。
e、保安过滤器滤元表面运行滤速不大于10m3/m2h（以滤芯表面积计）。
f、进入保安过滤器的水管上设排放阀。
保安过滤器进水前应设置污染指数测定仪，以监测预系统出水的污染指数；保安过滤器进出口应设置就地压力表，以监测进出口压差。
4、高压泵
高压泵的作用是为反渗透本体装置提供足够的进水压力，保证反渗透膜的正常运行。
根据反渗透本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证达到设计的产水量。
高压泵进出口应设置高低压开关，以保护泵在启动过程中的损坏；高压泵出口应设置电动慢开装置，以避免膜组件受到瞬时的压力冲击；反渗透高压泵的启动应设置能操作的就地启动按钮。
5、反渗透装置
反渗透脱盐原理
反渗透是采用膜法分离的水处理技术，其原理是在压力作用下，透过反渗透膜的水成为纯水；水中的杂质被反渗透膜截留并被带出。
利用反渗透技术可以有效地去除水中的溶解盐、胶体、细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。
反渗透膜元件的主要脱盐部分的机理类似于半透膜，能对水中的离子具有选择透过性，如下图所示：
自然状态下，半透膜（反渗透膜）选择透过溶剂（水）由低浓度侧向高浓度侧进行自然渗透，在形成一定的渗透压差下达到自然渗透平衡；当在高浓度侧施加外界压力时，高浓度侧的溶剂克服自然渗透压和自然液位高度差而使水分子由高浓度侧向低浓度侧进行逆向渗透。
反渗透膜过滤属于横流过滤的范畴
反渗透膜分离系统的运行方式与传统的过滤系统完全不同。
传统的过滤系统在运行时，水全部通过过滤器的滤层，在截污能力降低到一定限度时，依靠设备的反冲洗操作将截留下来的污染物从滤层中除掉。
而反渗透系统在运行时则是原水中的一部分水流沿与膜表面垂直的方向透过膜，同时另外未透过的部分水流则沿着与膜表面平行的方向流过，在工艺上属于横流过滤的范畴。
下图是膜元件在运行过程中的过滤、渗透过程：
反渗透膜过滤的优点
反渗透水处理技术基本上是属于物理方法，它的除盐过程在诸多方面具有传统水处理方法所没有的下述优点：
●反渗透是在室温条件下，采用无相变的物理方法得以使水淡化、纯化；
●水的处理仅依靠水的压力作为推动力，其能耗在许多处理方法中最低；
●不用大量的化学药剂和酸碱再生处理；
●无化学废液及废酸碱排放，无废酸碱的中和处理过程，无环境污染；
●系统简单，操作方便，产品水水质稳定，二级反渗透可取得质量高的纯水；
●适应于较大范围的原水水质，既适用于苦咸水、海水以至给水的处理，又适应于低含盐量的淡水处理；
●设备占地面积少，需要的空间也小；
●运行维护和设备维修工作量极少。
反渗透用于许多使用部门均有明显的优势，对高参数锅炉补给水处理，更具有常规离子交换处理方式难以比拟的优异特色：
●脱除水中二氧化硅效果好，除去率可达99.5%，有效地避免了高参数发电机组随压力升高对SiO2选择性携带所引起的硅垢，避免了天然水中硅对离子交换树脂的污染，造成再生困难、运行周期短的影响。
●脱除水中有机物等胶体物质，除去率可达到95%，避免了由于有机物分解所形成的有机酸对汽轮机尾部的酸性腐蚀；
●反渗透水处理系统可连续产水，无运行中停止再生等操作，使产品水质无忽高忽低的波动，对发电机组的稳定运行、保证电厂的安全经济有着不可估量的作用。
反渗透装置组成
（1）高压泵
高压泵为反渗透设备提供足够的进水压力。
压力是反渗透装置工作的动力，为了保证反渗透装置长期稳定的产水量，高压泵按设备运行三年后所需压力选型。
（2）反渗透主机
单套反渗透设备压力容器、反渗透膜及必要的备件组成。
保证系统其它主要部件的使用寿命不小于20年。
反渗透本体的制作应保证便于操作、维护、监视及更换膜元件的要求。
段间应设置压力表及取样点。
装置的设计应考虑防止膜受到系统的静背压。
反渗透装置设有高低压力保护装置、当给水发生压力故障时，系统自动启停。
反渗透装置压力容器的数量、排列方式及运行压力根据水质进行计算确定。
（3）相关仪器、仪表
反渗透设备的最基本的仪器、仪表有压力表、流量计、电导率仪、压力保护器及泵后变频器等；
压力表在线指示反渗透膜的运行压降，根据此信息判断膜的堵塞状况；
流量计指示产水和浓水的产量，依此调节浓水、淡水产水比例使反渗透系统达到最佳回收率；
电导率仪用以在线监测产品水水质情况。
压力保护器分为高压保护和低压保护器：
高压保护器设在高压泵后，当系统因故障等原因，造成泵后压力急剧增高时，高压保护器向高压泵发出指令，使高压泵停止运行，以避免对设备造成更大的损害；低压保护器设在高压泵前，当原水因缺水等原因造成进水压力或流量不足时，低压保护器向高压泵发出指令，使高压泵停止运行，以避免高压泵空转而对系统造成更大的损害。
（4）管道阀门
在反渗透装置的给水、浓水管道设有自动控制阀，对反渗透进行停机保护、保护冲洗；在进水管和浓水管道设有调节阀门，来调节进水、产品水和浓水的水量及回收率，使设备满足系统设计要求及系统达到最佳运行状态。
（5）清洗系统
反渗透系统应设置独立的化学清洗系统。
RO清洗系统的作用是根据各子系统膜元件运行污染的情况，配制一定浓度的清洗溶液，清除膜元件中的污染物，以恢复膜原有的特性。
无论预处理如何彻底，设备经过长期使用后，膜表面仍会受到结垢的污染，因而膜元件需定时进行清洗。
设备清洗系统由清洗泵、清洗药箱及相关配件组成。
清洗药液采用水力循环溶解的方式，在设备清洗之前利
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