矿井污水处理及回用工程可行性研究报告.docx
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矿井污水处理及回用工程可行性研究报告
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第一章概述
1.1项目概述
项目名称：
清徐东于煤矿12000T/d矿井污水处理及回用工程法人代表：
姚巨货
项目负责人：
周小宏
项目建设单位：
美锦能源集团有限公司建设地点：
太原市清徐县东于镇东于煤矿工业园区建设规模：
12000T/d矿井污水处理及回用工程主要产品：
11400T/d洁净生活用水（扣除5%的蒸发损耗）项目总投资：
10000万元人民币，其中：
固定资产投资9250万元，铺底流动资金750万元。
资金来源：
10000万元中，企业自筹3600万元，信贷筹措6400万元。
项目建设期：
1.5年
1.2主办单位概况美锦能源集团有限公司是国内最大的商品焦生产基地，是太原市城市煤气供应的重要气源厂之一，也是省政府命名的资源综合利用示范企业之一，现有总资产86.6亿元，员工5321人，其中具有中、高级专业技术职称的各类科技人才560余人。
公司现有2X72孔、500mm宽炭化室的JNK43—98D型机焦炉三组六座，有2X72孑L、550mm宽炭化室的SCD43—02型捣固机焦炉两组四座，有2X31孔的66—3型机焦炉两组四座，有洗煤厂6座、高标号水泥厂一座，自动化墙地砖生产线10条，可采煤矿三座，2X3MW+6MW煤矸石自备热电厂一座，大型运载汽车328辆。
公司年产冶金焦和铸造焦530万吨，煤焦油18万吨、粗苯4.5万吨、硫铵8000吨，供外煤气8.15亿m3，墙地砖1500万川，微晶玻璃6万川，水泥50万吨，原煤120万吨，洗精煤580万吨，销售收入50.26亿元，实现利税10.9亿元。
公司的主产品除了供应首钢、包钢、唐钢、鞍钢、太钢、承钢等七大钢铁公司之外，还出口日本、印度、韩国等国家。
公司连续数年被太原市工商行政管理局授予“守合同重信用企业”，被中国农业银行山西分行评为“AAA级信用度企业”。
东于煤矿是美锦能源集团有限公司管辖之内的三个可采煤矿之一，位于
清徐县东于村边山脚下，距县城12公里，矿区面积9.786K川，年生产能力
90万吨，可开采储量还可服务180年。
矿区在清徐西部边山一带的富水区，在煤矿生产过程中，每小时约有500余吨井下污水需要排出地面，其中该矿再利用量约50T/h，还有450余吨的井下污水需要外排，白白浪费。
1.3项目编制依据⑴美锦煤业有限公司提供的东于煤矿供水排水及矿井涌水情况调查。
⑵东于煤矿矿区1/500地形图。
⑶东于煤矿的地形、地貌、地质、地震、气象条件等资料。
⑷《生活饮用水水质卫生规范》2001版。
⑸《中华人民共和国环境保护法》
⑹《给水排水设计手册》第二版（城镇给水、城镇排水）
⑺《山西省建设工程其他费用标准》
⑻《太原市城市节约用水条例》
⑼《建设项目经济评价方法与参数》（第二版）
⑽东于煤矿的水费、电费及排污水费等资料。
（11）国家发改委颁布的《投资项目可行性研究指南》
（12）《山西省技术改造项目可行性研究报告的具体内容和深度》。
（13）本公司掌握的相关设计标准、技术规范和规程。
1.4项目编制的原则
⑴选择处理水量及工艺方案时，要在认真调查研究的基础上，做好方案对比，尽可能采用成熟、可靠的新工艺、新技术，做到技术先进，经济合理，运行可靠。
⑵倡导污水资源化，充分利用污水资源化技术，合理规划污水处理和回用工程。
⑶基建投资省，能耗和运行费用低，占地面积小。
⑷电气控制，既要技术先进，又要成熟、可靠和实用。
⑸在保证工艺合理流畅的基础上，总图布置尽量紧凑，减少占地面积，降低工程投资。
1.5编制内容及评述要点
⑴根据美锦煤业有限公司提供的供水、排水、矿井涌水情况及水平衡图,确定矿井涌水的处理量和建设规模。
⑵根据矿井涌水的水质化验报告，确定水处理的工艺流程。
⑶根据工艺流程确定平面布置及设备。
⑷评述项目建设的必要性。
⑸初步确定建设条件和工期。
⑹根据工艺和建设规模确定项目投资估算及资金筹措。
⑺对项目做出经济分析及评价。
第二章项目背景和建设的必要性
2.1项目提出的背景
水是人类赖以生存和发展的重要资源之一，是不可缺少、也无法替代的特殊资源。
没有水就没有生命，就没有文明的进步、经济的发展和社会的稳定。
世界上的水资源是有限的，经济和社会发展必须与水的供应相适应，不能超越水资源的承载能力无限制地采水用水。
当今世界，随着人口的不断增长和经济的不断发展，淡水资源的需求量不断增加；同时，由于不合理的使用，已使本来短缺的淡水资源更加匮乏。
我国水资源的短缺由来已久。
从历史上看，我国干旱频发，素有“十年九旱”之说。
在2200多年的历史文献记载中，发生重大的旱灾就多达1300余次。
我国水资源人均占有量仅有2300立方米，而且水资源分布极不均匀，长江以北水系流域面积占国土面积的63.5%，水资源却仅占全国的19%。
随着我国社会和经济的发展，水的缺口将越来越大。
目前，我国农业灌溉用水每年的平均缺口约300多亿立方米，全国农村还有3000多万人口饮水困难。
全国有400多个城市缺水，缺水比较严重的城市有110多个，全国城市日缺水量为1600万立方米，每年因为缺水影响工业产值达2000亿元以上，受影响的城市人口约4000万人。
除了我国，世界上还有很多国家和地区都存在严重缺水现象。
联合国水资源大会指出：
“我们正进入一个新的水资源紧缺时代”。
全球日益加剧的水危机，引起了国际社会的高度重视。
1972年的联合国人类环境会议和1977年的联合国水事会议就曾向全世界发出警告：
“水不久将成为一项严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机就是水”。
世界各国都开始对水给予了前所未有的高度重视，并逐渐对水资源危机形成共识。
1995年8月世界银行调查统计报告公布：
拥有世界人口40%的26个国家正面临水资源危机，这些国家的农业、工业和人民的健康受到严重威胁：
发展中国家约有10亿人喝不到清洁水，17亿人没有良好的卫生设施，80%的疾病是由饮用不清洁水引起，并造成每年2500万人死亡。
1999年“世界水日”，联合国再一次发出警告，随着人类生产的发展和生活水平的提高，世界用水量正以每年5%的速度递增，每15年用水总量就翻一番，除非各国政府采取有力措施，否则，到2025年后，地求上将有二分之一以上的人口面临淡水资源危机，三分之一以上的人口得不到清洁的饮水。
水资源的短缺已成为当今全球性的社会和经济发展的主要制约因素。
合理利用水资源，是人类可持续发展的当务之急，而节约用水又是水资源合理利用的关键所在，也是最快捷、最可行、最广泛地维护水资源可持续利用的有效途径之一。
水是人类消耗最多的自然资源。
水资源的可持续利用是所有自然资源可持续开发利用中最重要的一项。
从环保和水资源节约的角度讲，我国是个水资源贫乏的国家，中国占世界22%的人口，淡水仅占世界的8%，是世界13个贫水国家之一，此外，我国人口每年净增约1500万，经济和消费水平几年翻一番，对水量的需求越来越大。
同时水浪费现象又十分严重，水资源有效利用率只有16%；工业用水重复利用率为20-30%，占总用水量73%的农业用水效率低于30%。
我国水资源分布不均，南方居住人口约7亿人，有4/5的水，北方有5.5亿人口，只有1/5的水，但2/3的耕地在北方，造成了北方干旱，南方湿润的局面。
北方水量短缺现象越来越严重。
大部分地区的水抽取量已接近或超过了可持续供应水量。
1997年黄河断流达226天。
因此，国家颁布了《中华人民共和国水法》、《城市节约用水管理规定》等法律法规来要求全
民节水
山西省太原市是全国极度缺水城市之一，太原市人均年占有水资源量为
200多立方米，仅为全国的7.4%。
按照国际通行的人均1500立方米/年的标准，太原市属于极度缺水城市。
随着经济社会的快速发展和城市化进程不断加快，水资源供需矛盾日益突出。
从上个世纪80年代起，太原市陆续制定了《城市节约用水条例》等一系列法规，从法律上规范了节水工作。
之后，又修订了《太原市节约用水条例》规定，要求各工程项目节水严格执行“三同时”原则，即：
同时设计、同时施工、同时投产的原则，并规定对节水工作进行评估后，才能开工建设。
2.2企业用水概况美锦能源集团有限公司是一个以焦化为主业的综合性企业，上有东于煤矿和锦富煤矿，下有钢厂、电厂、陶瓷厂、洗煤厂、煤矸石砖厂、水泥厂等多种企业。
从这些企业目前的现状来看，企业生产和生活用水，主要有三个
渠道供给，即：
清泉西湖水日供给量为20000m3，自备水井约2250朮矿井奥灰层水日供水量约1200用，共计日供水量约23750用。
东于煤矿目前开采过程中的矿井涌水，未利用量为6000m3/d。
这部分水
现在通过暗涵排走。
随着进一步开采向下山方向延伸，矿井涌水量将增加到12000m3/d左右。
2.3基础资料
2.3.1自然环境状况
1地理位置清徐县是一个既有煤炭、山石、矿泉水等矿产资源，又有雄厚的焦化、冶金、酿造、建材、运输等工业基础的全国百强县之一，位于山西省中部，
吕梁山北尾之东南麓下，太原岔地南端，汾河河畔，东与晋中市、太谷县毗连，南与祁县、文水县交界，西与交城县和古交市相邻，北与太原市接壤，是太原市管辖的六区三县之一，平均海拔高度761.5m。
东于煤矿位于清徐县东于村边山脚下，县城12公里，属于东于镇东于村境内。
2地形地貌清徐县地处吕梁隆起、五台隆起之间，西北部为山区，中部和东南部为冲积扇平原，地势是西北高、东南低，地形以山地和平川为主。
本工程所属区域位于清徐县西偏北边山脚下，系吕梁山支脉边沿，区域内地势西北高东南低。
3地下水项目所在地区地下水主要有奥陶系岩溶裂隙水和第四系孔隙水，由于已探明的地下水源大多开发利用，开采量大于自然补给量，导致地下水位下降，形成地下水区域性下降漏斗。
地下水深度-100米以下，上部为孔隙潜水，下部为孔隙承压水。
4地质与地震东于煤矿所处区域地层大致属于第四纪马兰黄土，土层较厚，地层土质依次为：
粉质粘土、粉土、细砂、基岩等，建筑场地类别为III类，从粘粉含量上分析，可判断为不液化土。
东于煤矿工程所在地区地震设防烈度为7级。
5气象条件本工程所处区域与太原市一样属温带季风气候区，四季气温适中；冬季
平均温度在2.7-6.7C,极端最低气温为-27.5C。
年平均风速1.6—2.4m/s,3-5月平均风速最大，可达到3.0m/S以上，6-9月最小为2.0m/s左右；风向的年、季、月分布较紊乱，但总的趋势是冬季受蒙古高压控制，以偏北为主，夏季受大陆低压和太平洋副热带高压控制，以偏南风为主，秋季又转为偏北风，春季以西北风为主。
气象资料如下：
极端最高气温39.5C
极端最低气温-
27.5°C
年平均气温
9.5C
最高月平均气温
23.5C
最低月平均气温
-6.5C
夏季平均大气压
919.9hPa
冬季平均大气压
923.9hPa
年平均降水量
466mm
年最大降水量
794.0mm
年最小降水量
216.0m
年平均风速2.4m/s
瞬时最大风速
25.0m/s
全年最多风向及频率
C29.5%
NW14.79%
夏季最多风向及频率
C20.7%
NW12.79%
冬季最多风向及频率
C20.1%
NW12.7%
基本风压
0.3KN/
m2
基本雪压
0.2KN/
m2
最冷月（一月）平均气温-7C
最热月（七月）平均气温28C
冬季空调室外计算温度-15C
夏季空调室外计算温度32.5C
6河流
本区河流属汾河水系,清徐县区境内支流有白石河和房山河，自西北向东南转南由矿区境穿过。
白石河系县区西部偏北山区（东于煤矿矿区）的一条季
节性河流,河床宽20米左右,平时受纳由东于煤矿排洪暗涵排出的矿井水、附近村庄及乡镇企业排出的生产和生活废水。
2.4项目的提出
⑴企业严重缺水从企业目前现状看，企业生产和生活用水由三部分供给，即：
清泉西湖
水日供给量为20000m3，矿井奥灰层水日供给水约1200昭，自备水井约2550m3,共计日量约23750m3,缺水约10800mVd左右。
矿区生活用水采用分时段式供水（一天早、晚各供一小时）来解决供水不足的问题。
为避免清徐县地下水位继续下降,太原市和清徐县要求关闭各单位自备井,到时企业缺水量将更大。
缺水现状已是摆在东于煤矿面前制约生产发展、影响职工群众生活极其严重的问题。
⑵外购用水价格逐步提高
目前企业生产用水价为3.75元/吨,再加上排污费0.6元/吨,实际生产用水费用为4.35元/吨；生活用水价为2.2元/吨,再加上排污费0.25元/吨,实际生活用水价为2.45元/吨。
以后水价还将逐年以10%的速度递增,最终将达到7元/吨以上。
这将会给企业带来巨大的经济负担。
⑶环境污染问题
东于煤矿目前的矿井涌水未利用量为4800m3/d，随着进一步开采延伸，矿井涌水量将达到12000m3/d左右，现在这部分水通过暗涵排入白石河，污染环境，每年还需向环保部门交纳排污费约4.5万元。
综合上述情况，美锦能源集团有限公司提出：
将矿井涌水经过技术处理达到饮用水标准来解决企业缺水的想法是十分必要和有利的。
2.5项目建设的必要性我国是缺水大国，其水资源分布极不均衡，东于煤矿矿产资源较为丰富，但水资源匮乏，严重制约了矿区的生产发展和生活，却又未能较好的利用井下涌水资源，使企业一边支付人力、电力、设备资源将矿井涌水外排，一边还向社会缴纳为数不菲的排污费。
企业的各项生产用水和职工生活用水却要出资向社会购买来解决，无形中为企业造成更大的经济负担。
从水质上来讲，该煤矿矿井涌水由于水质状况较差，对产品和设备均会造成一定程度的影响，不经处理无法应用。
但该矿矿井涌水水质只需经过深过滤处理后即可使用。
并且通过对涌水的处理试验，处理后的涌水能够达到生活饮用水的标准。
随着企业规模的扩大，在外购水价不断上涨和排污收费不断提高的情况下，用水成本将会成倍地提高，会给企业造成巨大的经济负担。
经过深度处理后饮用水，经计算只需1.39元/吨的成本，可大大降低企业生产和生活用水成本，从效益上讲具有相当的经济效益和社会效益。
经初步分析，一年可为企业增加供水量175万m-395万m,节约用水费
用在660万元以上，一年可为企业创造利润990万元以上。
这不仅解决了企业用水问题,也为企业创造了经济效益,而且还可以解决部分职工就业问题,同时还具有相当深远的社会效益,解决汾河水污染,实乃为一举多赢之举,
该工程的上马势在必行
第三章工程设计方案
3.1设计规模
现在美锦能源集团有限公司下属各企业正常生活用水量约为10365nVd,
工业用水量约24185nVd，总需用水量为34550nVd，呈严重缺水状态。
如新建日处理12000用矿井涌水的设施和加工处理厂，经处理后生成生活饮用水标准的水，除供生活使用外、还可供矿区除尘、生活杂用及设备反冲洗（约有5%等用水。
根据上述供水与需水情况及建设单位提供的今后矿井涌水量情况，井下正常涌水量为460m3/h，最大涌水量为500nVh，设计按最大涌水量考虑，由此确定处理规模为12000riT/d。
3.2设计进出水水质
3.2.1设计进水水质
根据矿方监测的井下涌水水质情况，现列表3-1如下：
表3-1东于煤矿矿井水水质情况
编号
污染物
取样口
1
色度
18度
2
SS
210
3
臭和味
无
4
PH值
8
5
肉眼可见物
水样呈灰黑色，有碳渣等沉淀物
6
总硬度
300.27mg/l
7
铁
0.529mg/l
8
硫酸盐
52.64mg/l
9
氯化物
20.5mg/l
10
氨氮
0.355mg/l
11
硝酸盐氮
0.634mg/l
12
亚硝酸盐氮
0.042mg/l
13
耗氧量
4.76mg/l
14
氟化物
v0.1mg/l
15
细菌总数
200个/ml
16
大肠杆菌
30个/ml
17
CoDcr
145
18
BoD5
30
通过对井下水的水质分析，再结合井下水质的变化情况，最终确定矿井
水处理站的进水水质见表3-2。
表3-2设计进水水质
编号
污染物
取样口
1
色度
18度
2
SS
220
3
臭和味
无
4
PH值
7
5
肉眼可见物
水样呈灰黑色，有碳渣等沉淀物
6
总硬度
310.45mg/l
7
铁
0.646mg/l
8
硫酸盐
41.87mg/l
9
氯化物
112.0mg/l
10
氨氮
0.645mg/l
11
硝酸盐氮
4.0mg/l
12
亚硝酸盐氮
0.054mg/l
13
耗氧量
5.76mg/l
14
氟化物
v0.1mg/l
15
细菌总数
160个/ml
16
大肠杆菌
36个/ml
17
CoDcr
140
18
BoD5
32
321设计出水水质
处理后将达到《生活饮用水水质卫生规范》2001版规定的要求。
3.3设计方案
矿井水主要是由于煤矿开采破坏了煤系上覆含水层而形成的井下涌水，
初始流入井筒和巷道的涌水未受到污染时为清洁水，在开拓及采煤过程中才受到污染。
根据前面的水质监测资料表明，该矿矿井水为中性、无有毒重金属物质，但SSMn较高，大肠杆菌数和细菌总数也比较高（需要说明的是一般矿井水中均有一定量的COD，但其主要是由煤粉引起的，由水中还原性碳元素所致，一般随着悬浮物的去除，COD随之而去除。
）。
由于本工程矿井
水处理后，要作为生活饮用，因此，应根据出水水质要求进行处理。
经过以上分析，本工艺主要考虑COD、SS硬度、Fe等的去除。
由于原水中含盐量、硫化物等不高，本处理中考虑用反渗透工艺。
综上所述，项目采用混凝沉淀、过滤渗透的处理工艺。
3.3.1反渗透工艺
采用反渗透脱盐工艺，絮凝沉淀、机械过滤器、MF过滤器（精滤）、UF
装置超滤为预处理，保证反渗透系统的正常运行。
反渗透是以压力为推动力的膜分离技术。
膜分离过程具有无相变、节能、
经济、装置简单、操作方便等特点。
从70年代起，随着材料的发展和膜组件的工业化，反渗透作为单元操作，在水资源的有效利用、有用物质的回收、废水的处理与回用、溶液分离的浓缩等方面得到较广泛应用
反渗透分离原理：
当盐水和纯水被一张半透膜隔开时，纯水透过半透膜向盐水侧扩散，渗透的推动力是渗透压。
在盐水侧施加一个外部压力，当外部压力大于渗透压时，盐水侧的水分子将渗透到纯水侧，这种现象称之为反渗透。
反渗透工艺先进，性能可靠，抗负荷冲击性好，且出水水质高于生活用水水质标准。
反渗透已广泛应于苦咸水淡化、海水淡化、电镀废水、食品工业废水和生活污水处理与回用等行业，反渗透能处理的大分子在3X10-4^0.2。
3.3.1.1工艺流程
PH调节装置
提升
井下涌水一水池絮凝剂添加透一絮凝斜板沉淀多介质过滤
阻垢剂添加
—超滤一中间小池一保安过滤器提升•反渗透装置一清水池
3.3.1.2工艺说明
矿井水进入混凝反应池、斜板沉淀池，通过向水中加混凝剂和杀菌剂，在絮粒形成过程中，吸咐悬浮颗粒和溶解有机物质；杀菌剂消除水中细菌。
絮粒可在一定的沉淀条件下从水中分离、沉淀出来。
1原水虽然是井下水，但由于处于煤矿区，开采造成水质污染，水池中有较多的悬浮物、胶体、大分子有机物、微生物，因此水质较差。
从井下涌水提升通过管道流入混凝反应池，在管道入池口前加混凝剂和杀菌剂。
原水进入斜板沉淀池，被混凝剂和杀菌剂杀灭水中的微生物，使出水SS小于8mg/L,细菌、大肠杆菌达到饮用水标准。
上清水由增压泵打入机械过滤器。
2从斜板沉淀池出来的水进入机械过滤器，对没有完全沉淀的杂质进行
截留。
在运行过程中，要经常对机械过滤器进行反冲洗，反冲洗用水为RO浓缩水池水，反冲洗污水入过滤池，过滤后的水用于矿井除尘；
3反渗透系统的进水要求是浊度小于1NUTPH值4-7，水温15-35C,COD」、于1.5mg/L。
反渗透系统装置、机械过滤器等设在厂房内，能够保证水温15-35C,矿井涌水中加絮凝剂、消毒剂，经絮沉淀、机械过滤等可使水中的COD达到反渗透系统的要求。
原水以MF精滤器和UF超滤器使水中的浊度小于1NUT达到反渗透要求。
从UF超滤器出来的水进入反渗透系统，去除水中的硬度、溶解性固体等，使之达到《生活饮用水水质卫生规范》的要求。
由于原水中加入了杀菌剂NaCLO溶液，因此本系统采用在MF过滤前投加还原剂，降低水中的余氯，以保证进入RC装置的水质要求；
设置MF过滤器的主要目的是截留膜前水中5卩m的颗粒、胶体、悬浮物，以防止大颗粒物进入反渗透膜。
过滤器外壳采用不锈钢，内装精度5卩m滤芯。
在正常工作情况下，滤芯可维持10个月左右的使用寿命，当大于设定的压差时应当更换。
UF超滤装置采用的是中空纤维滤膜分离技术，本方案采用的材料是聚砚8040膜，截留分子量为5-8万道尔顿，UF膜采用的是无相变的物理方法，无任何化学反应地将水净化处理，可有效去除细菌、大肠杆菌、致病原等有害菌群以及胶体大分子有机物，UF膜过滤后的水体污染指数SDK4,浊度W1NTU确保RO的进水要求。
由于UF膜出水压力低、流速小，所以为充分保证后续R0装置的用水量，又在UF膜装置后增加一个4mx5mx4m（80用）的水箱。
4反渗透系统由三部分组成，即：
加药装置、反渗透装置、反渗透清洗
装置
由于反渗透膜脱盐装置是溶解固形物浓缩排放和利用淡水的，根据原水水质分析报告，为了防止浓水端，特别是R压力容器中最后一根膜元件的浓水侧出现诸如CaCO3、CaCO4浓度积大于其平衡溶解度指数而结晶析出，从而损坏膜元件的应用特性，因此在进入膜元件之前，设置了阻垢剂投加装置。
该装置由计量箱、计量泵组成。
计量泵与高压泵联动，并受阻垢剂药液箱的液位控制器，当药液箱液位处于低位时，药液投加泵与高压泵都不能正常工作。
在本项目中，由于原水含盐量高，考虑到设备的节能、运行压力、膜的透过率、膜的脱盐率、出水的含盐量等因素，设计采用海德能公司的超滤作为反渗透系统的预处理，Hydracap60超滤膜采用的材质为聚醚砜的中空纤维，耐压、抗污染、搞氧化、使用寿命长，且能长期保证产水水质，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。
海德能公司超滤膜采用内压（全流）过滤方式。
在RO装置停运时，用产品水冲洗、挤排膜和不锈钢管道中的高TDS残水,使停运膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤，去污除垢，使装置和RO膜得到有效保养。
在本设计中，为R0装置设置了清洗系统，此系统
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