陈四楼矿地面矿井水处理系统设计.docx

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陈四楼矿地面矿井水处理系统设计

一、水处理工程概述及基本要求

1.1工程概述

现状：

陈四楼煤矿地面用水主要用于职工洗浴、锅炉用水、生活用水及消防、工广绿化等；平均日用水量约4000m³。

陈四楼煤矿矿井水资源丰富，涌水量在1100m³/h左右,建有一座矿井水处理站，处理能力600m³/h，部分用于洗煤厂，其余部分达标外排。

经对矿井水化验数据分析，陈四楼煤矿矿井水主要以太原群上段灰岩水为主，主要含有Ca+2Mg+2和悬浮物（水流经采掘工作面，大巷水沟形成）；有害重金属离子（Fe+2）及阴离子（F-1、SO4-2）较少。

1.2各种水质说明

矿井水水质化验结果

检验项目

标准数值

南五采区钻孔水

2009.8.26

矿井综合水

（井底水仓排至地面）

2010.2.2

生活井水

2010.2.2

色度

<15度

10度

5度

浑浊度

<1NTU

0.98NTU

50NTU

0.48NTU

肉眼可见物

不得含有

未见异常

含黑色悬浮物

未见异常

臭和味

不得有异臭味

微臭味

无异臭味

6.5-8.5

8.32

8.13

8.11

总硬度

（以CaCO3计）

≤450mg/l

1548.1mg/l

956.6mg/l

315.7mg/l

硫酸盐

≤250mg/l

995.4mg/l

201.5mg/l

112.3mg/l

硝酸盐（以N计）

≤10mg/l

3.9mg/l

1.5mg/l

0.5mg/l

氯化物

≤250mg/l

267.1mg/l

271.2mg/l

226.8mg/l

氟化物

≤1mg/l

1.54mg/l

1.43mg/l

1.59mg/l

溶解性总固体

≤1000mg/l

2890mg/l

1478mg/l

680mg/l

铬（六价）

≤0.05mg/l

<0.004mg/l

汞

≤1ug/l

0.3ug/l

<0.1ug/l

0.1ug/l

铁

≤0.3mg/l

0.382mg/l

<2.5*10-3mg/l

0.089mg/l

铅

≤0.01mg/l

<2.5*10-3mg/l

锰

≤0.1mg/l

0.109mg/l

0.012mg/l

0.003mg/l

镉

≤0.005mg/l

<2.5*10-4mg/l

砷

≤0.01mg/l

<0.01mg/l

铝

≤0.2mg/l

0.18mg/l

<0.008mg/l

铜

≤1.0mg/l

<2.5*10-3mg/l

锌

≤1.0mg/l

<2.5*10-4mg/l

三氯甲烷

≤60ug/l

<0.6ug/l

四氯化碳

≤2ug/l

<0.3ug/l

耗氧量

（以O2计）

≤3mg/l

3.6mg/l

1.3mg/l

1.2mg/l

挥发酚类

（以苯酚计）

≤0.002mg/l

<0.002mg/l

阴离子合成

洗涤剂

≤0.3mg/l

<0.005mg/l

菌落总数

≤100cfu/ml

130cfu/ml

300cfu/ml

150cfu/ml

总大肠菌群

不得检出

/100ml

未检出/100ml

可由矿方提供样品，中标厂家化验后提供化验报告。

1.2.2预处理出水水质标准

GB/T18920—2002《城市污水再生利用城市杂用水水质》

1.2.3反渗透出水水质标准

GB/T1576—2008《工业锅炉水质》

1.3设计及设备依据标准

本系统的设计、制造、材料、检验和试验均应符合现行的中国国家标准和规范的最新版本规定。

1.5.1材料标准

GB/T700-1988《普通碳素结构钢技术条件》

GB/T3077-1999《合金结构钢技术条件》

GB/T1220-1992《不锈耐酸钢技术条件》

GB5575-85《化工设备衬里用未硫化胶板》

CD130A15－85《橡胶衬里设备设计技术规定》

GB4454-84《硬聚氯乙烯板材》

GB981～984-85《焊条》

GB1300-77《焊接用钢丝》

1.3.2管道标准

GB2270-80《不锈钢无缝钢管的机械性能》

GB/T3090-1982《不锈钢小直径钢管》

YB231-70《无缝钢管的分类及机械性能》

GB1047-70《管子和管路各附件的公称通径》

GB1048-70《管子和管路附件的公称压力和试验压力》

GB4419-84《化工用硬聚氯乙烯管材》

GB/T2102-88《钢管验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》

1.3.3制造标准:

GB150-1998《钢制压力容器》

JB/T2932－1999《水处理设备技术条件》

HGJ320-91《橡胶衬里化工设备》

CD130A15－85《橡胶衬里设备设计技术规定》

CD130A16－85《橡胶衬里设备技术条件》

JB2880-81《钢制焊接常压容器技术条件》

JB/T4709－92《钢制压力容器焊接规程》

DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》

GB1800-79《公差与配合总论，标准公差与基本公差》

GB1801-79《公差与配合，尺寸至500毫米，轴公差带与配合合》

GB1803-79《公差与配合，未注公差尺寸的极限偏差》

GB2555-81《一般用途法兰连接尺寸》

GB2556-81《一般用途密封面型式和尺寸》

JB/ZQ4000·3－86《焊接件通用技术要求》

JB928－67《焊缝射线探伤标准》

1.3.4质量检验标准:

DL/T5190.4-2004《电力建设施工及验收技术规范第4部分：

电厂化学》

DL543-94《电厂用水处理设备质量验收标准》

SDZ037-87《电厂水处理设备制造质量分等标准》

ZBJ98004-87《水处理设备原材料入厂检验》

GB3177-82《光滑工件尺寸的检验》

GB1958-80《形状和位置公差检测规定》

GB2649-89《焊接接头机械性能试验取样方法》

GB2650-89《焊接接头冲击试验法》

GB2651-89《焊接接头拉伸试验法》

JB928-67《焊缝射线探伤标准》

1.3.5油漆、包装、运输标准

ZBJ98003-87《水处理设备油漆、包装技术条件》

JB2536-80《压力容器油漆、包装技术条件》

GB/T3181-1995《漆膜颜色标准样本》

GB/T191-1990《包装储运图示标志》

1.3.6泵及风机标准

GB/T3216－89《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》

GB/T13006《离心泵、混流泵、轴流泵汽蚀余量》

GB/T13007《离心泵效率》

GB1307·7-88《滚动轴承一般技术条件》

GB/T10889－89《泵的振动测量与评价方法》

GB/T10890－89《泵的噪声测量与评价方法》

JB/T8941-1999《罗茨风机设计、制造标准》

GB/T2888—1991《风机和罗茨风机噪声测量方法》

GB/T7782-1996《计量泵》

1.3.7其他

工程设计、使用、验收应遵循国家HJ2008-2010《污水过滤处理工程技术规范》及HJ579-2010《膜分离法污水处理工程技术规范》；

膜处理设备执行《反渗透设备行业标准》CJ/T119-2000；

反渗透膜元件的设计参数和运行条件执行膜厂家的《反渗透应用设计导则》。

进口设备的制造工艺和材料符合美国机械工程师协会（ASME）和美国材料试验学会（ASTM）的工业法规中涉及的标准或相当标准。

上述标准应按最新版本执行，如果采用工厂标准，其等级不应低于国家相关标准的要求。

二、处理工艺技术要求

2.1设计原则

3.1.1可靠性：

24小时连续运转，确保水质达标。

3.1.2经济性：

性能价格比的最优化，减少投资，降低能耗。

3.1.3先进性：

合理选型，优化组合，自动操作便于管理。

3.1.4安全性：

停车大修每年不多于1次，时间在1天以内。

3.1.5环保：

高效节能，减少污染，保护环境。

3.1.6布置：

合理布局，布置美观，便于管理。

2.2供方提供设计范围

3.2.1本工程设计范围包括整个矿井水处理系统的工艺、设备制造、安装调试、电气与控制等专业的全部内容。

3.2.2包含全部设备的设计、加工及安装。

3.2.3包含全部管路的设计、加工及安装。

3.2.4包含全部线缆的设计、加工及安装。

3.2.5包含各种设备的一、二次土建基础等设计。

3.2.5包含所有投放药剂的用量、配比、配方、投放方式的设计及计算说明。

2.3工艺选择及质量要求

2.3.1原水水源为洗煤厂污水处理站沉淀后原水。

拟采用原水处理系统+预处理系统+反渗透工艺，其中一体化煤泥处理装置、多介质、活性炭滤料过滤器设计处理能力200m3/h，反渗透系统出力为60m3/h。

主要包括原水处理系统、反渗透预处理系统、反渗透系统及附属设备，水泵和仪表、控制系统及系统间的连接管道、阀门等配套附件、材料等。

其中一体化煤泥处理装置出水能达到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）标准。

2.3.2本工程主要采用反渗透工艺进行净化处理，出水水质稳定，能够满足用方要求。

反渗透装置除盐率达99％（第一年不低于99%、第二年不低于98%、第三年不低于97.5%）。

2.3.3本系统水源为未处理过的矿井水，悬浮物、有机物含量较高，因此预处理采用多介质+活性炭过滤器工艺，流速不超过相关国家标准规定，完全能够满足反渗透系统的进水水质和稳定运行。

2.3.4控制水平：

原水处理系统、反渗透预处理系统采用手动操作，反渗透系统采用PLC+计算机组态自动控制，同时能够实现相关设备、水泵与相应水箱水位的连锁启停，能实现整个水处理系统的连锁启停关系。

2.3.4质量及售后服务要求：

供方对所供设备实行质量三包，保质期为整套设备商业运行一年（反渗透膜的性能担保期是在接受测试后三十六个月），在保质期内发现产品质量问题，由供方负责包修或调换。

各类设备在调试完成后一年内或设备到现场18个月内发现的缺陷，供方免费维修或更换。

系统设备、管路等存在问题及故障均应在接到用户通知24小时内到矿解决。

合同签订一周内提交相关图纸资料。

提供理论技术及实际操作培训，保证1个月内使运行人员掌握操作原理，熟练操作。

系统终身提供免费技术指导，免费清洗。

在保修期以外的时间，根据使用方要求，按照材料成本价格向用户提供所需要的配件。

2.4工艺流程

2.5系统容量和装置出力

系统名称

单台处理能力（m3/h）

装置数量（套）

一体化煤水处理装置

≥100

多介质过滤器

≥100

活性炭过滤器

≥100

反渗透系统

≥30

反渗透膜

≥3

精密过滤器系统

≥100

保安过滤器系统

≥50

2.6工艺设备技术要求

2.6.1集水池

新建50m3集水池一座，水源由洗煤厂循环净化池沉淀池出水自流进入，用于提升泵的取水。

该水池可利用目前洗煤厂现成水池经水泵提升至处理站，或者在矿清水泵房侧新建集水池，通过水沟自流。

2.6.2提升泵

水源来自集水池，由提升泵提升经过DN200管道150米进入一体化煤泥处理装置。

2.6.3加药装置

原水为经初步加药沉淀处理过的矿井水，其中所含有的悬浮物、浊度相对较高，需要投加絮凝剂和混凝剂，使得其中的悬浮物、胶体、有机物等絮凝成较大颗粒，以使得其被过滤器所去除。

因此，本系统设置絮凝剂、混凝剂投加装置。

聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）是水厂水处理中普遍使用的药剂，具有使胶粒脱稳和起吸附架桥的作用。

本系统设计采用PAC作为絮凝剂，PAM为混凝剂，投加点设置在净水器进水的母管上。

选用米顿罗美国公司的进口计量泵2台。

设置药剂计量箱2台，采用PE材质。

计量箱的容积为1000L。

2.6.4一体化煤水处理装置

原水在进入一体化煤水处理装置后，首先进入装置底部的配水区，进行均匀布水，水流速度降低，并缓慢进入高浓度絮凝区，进行彻底的混凝反应，在斜管导流区的导流作用下，污水沿斜管倾斜方向往上流动，进入沉降区内，沉积下来的污泥在重力作用下，沿斜管倾斜方向往下滑落，同时滑落的矾花在导流斜管的水力作用下，被推到一体化煤水处理装置的排泥斗内，而通过斜管澄清后的水则由一体化煤水处理装置上部进入过滤室内，并至上而下通过滤层进行过滤，水中的矾花被滤层拦截、过滤。

过滤后的清水通过滤头汇集至装置底部的清水区，并由连通管返至装置顶部的清水层。

原水在一体化煤水处理装置内净化后流入中间储水池，污泥排入原矿的污泥池。

2.6.5中间储水池

新建200m3中间储水池一座，主要作用是储存一体化煤水处理装置的出水，为后续处理设施提供稳定的水源。

储水池建在新建水处理车间的地平下面。

该水池预留检修通道，疏气管，有一定密闭功能，避免地表及降水污染。

2.6.6增压泵

增压泵的作用是给后续水处理系统提供稳定的压力和水量。

本系统设置3台流量为100m3/h的自吸泵，扬程30米，为预处理砂介质、活性炭介质过滤器供水。

2.6.7多介质过滤器

多介质过滤器是过滤净化的基本方法也是反渗透系统的重要预处理装置，它的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质。

在多介质过滤器里，选用不同粒径的石英砂由上到下、由小而大依次分层排列。

当水从上流经滤料时，水中部分的固体悬浮物进入上层滤料形成的微小孔眼，受到吸附和机械阻留作用被滤料的表层所截留。

同时，这些被截留的悬浮物之间又发生重叠和架桥等作用，就好像在滤层的表面形成一层薄膜，继续过滤着水中的悬浮物质，这就是所谓滤料表面层的薄膜过滤。

这种过滤作用不仅滤层表面有，而当水进入中间滤层也有这种截留作用，为区别于表面层的过滤，称为渗透过滤作用。

此外，由于滤料彼此之间紧密地排列，水中的悬浮物颗粒流经滤料层中那些弯弯曲曲的孔道时，就有着更多的机会及时间与滤料表面相互碰撞和接触，于是，水中的悬浮物就在滤料表面粘附，即接触过滤。

将水中细小颗粒杂质截留下来，从而使水落石出得到进一步的澄清和净化，把水的浊度降低。

特性：

*能够有效地去除原水中的胶体、悬浮物、铁；

*具有独特的均匀布水方式，能够阻留滤料均衡滤层阻力防止偏流，使过滤器达到最好效果，能长期满足反渗透膜对污染指数SDI的要求；

*填料选用优质滤料，滤料不均匀系数均为2-3，以保证良好的过滤效果，且不会出现反洗乱层现象；

系统设置2台直径为3400mm的多介质过滤器，设计出力100m3/h台。

多介质过滤器运行一定的时间后，压差超出额定值—即滤层吸附饱和，过滤器需要反洗恢复其过滤功能。

反冲洗用水使用650m3生活杂用水水池的水源。

2.6.8活性炭过滤器

活性炭过滤器是利用活性炭为介质的一种分离技术。

过滤器内装颗粒状活性炭，用于净水过滤时常选用果壳碳或椰壳碳。

作用是：

（1）利用活性炭的活性表面除去水中的游离氯，以避免反渗透膜受到游离氯的氧化。

（2）用于去除水中的有机物、重金属离子、色度、胶体化合物等杂质，对部分病原体和微生物也有一定的去除作用，以防止这些物质对反渗透系统的污染。

系统设置2台直径为3400mm的活性炭过滤器，设计出力100m3/h台。

当过滤器运行一定的时间后，压差超出额定值时，过滤器需要反洗。

其反洗装置和多介质过滤器共用。

反冲洗用水使用650m3生活杂用水水池的水源。

2.6.8过滤器反洗系统

2.6.8.1反洗泵

为预处理过滤器的反冲洗提供水源。

本系统设置一台流量为352m3/h，扬程17m的卧式离心水泵。

2.6.8.2罗茨风机

考虑到活性炭双层过滤器反冲洗时需要保持一定的冲洗强度，单纯的水冲洗可能会造成耗用水量过大，所以在反冲洗方式时设计了气+水联合反冲洗的方式。

气+水冲洗的方式不仅节省了大量的冲洗用水，由于混合在反冲洗水中的气泡容易使滤料间产生蠕动，有利于将截留在滤层中的污染物清洗掉，其效率比单纯的用水冲洗效果要好。

系统设置一台罗茨风机，型号HZ801S。

2.6.9精密过滤器（包含滤芯）

活性炭双层滤料过滤器出水进入精密过滤器，精密过滤器能截留≥5μm的微小颗粒物，出水60m³/h进入保安过滤器，多余部分进入生活杂用水池和洗澡水调配水池，生活杂用水池的水用于浇灌花木和冲厕用水并作为双层滤料过滤器、一体化煤水处理装置的反冲洗水，洗澡水调配水池的水与一部分反渗透出水调配后用于洗澡用水。

5μm精密过滤器使用PP熔喷结构的滤芯，这种滤芯过滤精度稳定，过滤系统简单。

当进出水端的压差超出额定值—即滤层截留饱和，需要更换滤芯。

精密过滤器采用耐腐蚀的不锈钢材质外壳，滤芯是由熔喷制成，特点：

截污量大，更换方便。

2.6.10保安过滤器（包含滤芯）

原水在进入反渗透系统前，设置5μm保安过滤器。

保安过滤器将截留水中的大分子颗粒物，同时对于前级处理过程中带出的少量破碎滤料进行截留。

5μm保安过滤器使用PP熔喷结构的滤芯，这种滤芯过滤精度稳定，过滤系统简单。

当进出水端的压差超出额定值—即滤层截留饱和，需要更换滤芯。

保安过滤器采用耐腐蚀的不锈钢材质外壳，滤芯是由熔喷制成，特点：

Ø过滤精度精确；

Ø污染物不能进入深处，

Ø水通量大；

Ø纳污量大、寿命长；

Ø易更换；

2.6.11阻垢剂加药系统

阻垢剂加药装置的作用是在经过预处理后的水进入反渗透装置之前，加入高效率的专用阻垢分散剂，以防止反渗透膜浓水侧产生结垢。

反渗透的工作原理是原水在膜的一侧从一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达另一侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。

随着原水的流程逐渐增长，水分子不断从原水中取走，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，从装置中排出。

浓水受浓缩后各种离子浓度将成培增加。

自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO4-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。

判断水结垢的标准是：

a）对于碳酸盐垢以朗格利尔（LSI）为基准；当LSI＜0时不结垢，LSI＞0时结垢；b）对于硫酸盐垢，是以饱和指数来确定的，水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。

当饱和指数小于1时不结垢，反之就会出现结垢。

本系统设置1套阻垢剂加药系统。

2.6.12高压泵

高压泵的作用是为反渗透本体装置提供足够的工作压力，保证反渗透膜的正常运行。

根据反渗透膜固有的特性，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。

高压泵配置特点：

RO系统运行是否稳定、可靠与高压泵的运行是否稳定、可靠有直接的关系。

因此高压泵的配置具有以下特点：

★.高压泵采用丹麦格兰富进口品牌。

★·高压泵进口装设进水压力低开关，当供水量不足使高压泵入口的水压低于某一设定值时，会自动发出信号报警并停止高压泵，保护高压泵不在空转情况下工作；

★·高压泵出口装设出水压力高开关，当因其他原因或误操作，使高压泵的出口压力超过设定值时，高压泵出口高压保护开关会自动延时切断供电，保护高压泵的运行安全；

★·高压泵采用软启动的方式，以防膜组件受到高压水锤的突然冲击。

★·高压泵采用立式不锈钢多级离心泵，密封方式采用机械密封，耐腐蚀。

★·进水管道及附件的材质均采用不锈钢出水管道及附件材质采用UPVC。

2.6.13反渗透系统

反渗透膜组件是本系统中用于脱盐的关键部件，反渗透系统是利用反渗透膜作为水处理元件，在外界压力作用下，对抗渗透压使原水中水分子及其它小径粒组份选择性地透过并被收集，而另外一些组分例如溶解性离子、胶体、有机分子和水中存在的少量的细菌、病毒等杂质或污染物则被膜阻挡在原水中浓缩后排放，从而达到净化水质的目的。

该工艺利用反渗透压和半透膜来脱除水中的盐份，反渗透装置脱盐效率高，系统脱盐率可以达到98%以上，反渗透装置的系统回收率设计为75%（25C°时），排出的25%的浓水中由于仅仅是水中含有的离子浓缩的增加，没有其它污染，所以收集后可用来反洗过滤器，或者直排。

经过预处理后合格的原水进入置于压力容器内的膜组件，水分子和极少量的小分子量有机物通过半透膜层，经收集管道集中后，通往产水管再注入净水池。

反之不能通过的就经由另一组收集管道集中后通往浓水排放管，排出至污水管网。

本装置反渗透膜组件均采用世界上最先进的TFC复合膜，美国海德能公司1970年开始从事反渗透水处理设备的设计制造，目前是世界上最大的卷式反渗透膜元件生产厂商之一，其推出的CPA3-LD低压膜组件将透水性与脱盐性实现了最佳的组合，单根膜脱盐率达99%，可有效去除水中的SiO2和TOC。

根据用户提供的原水水质分析报告，经过反渗透膜专用计算软件的计算，当设计温度为25℃时，反渗透装置的回收率为75%时：

反渗透套配置60根膜组件，分别安装在12根压力容器内。

在反渗透装置上设置流量计、压力表、电导仪等监测仪表，用以监控系统运行状况、产水水质及是否需要对系统进行清洗。

2.6.14清洗系统

为保证系统的安全稳定运行，膜系统在运行一段时间后，需进行清洗以清除沉积在膜表面的污染物，恢复膜元件的性能。

该系统设置一套完善的在线清洗系统，当由于污染造成系统性能下降超过10-15%时，可采用系统清洗以恢复系统性能。

适当的清洗，可充分保证系统的良好运行状态。

清洗系统包括清洗药箱，清洗泵，清洗保安过滤器等。

2.6.15净水池

矿现有净水池一座，约50m3，用于储存反渗透的出水，但现在标高过低，多余的水不能自流进入生活水池，建议把现在的净水池加高超过现有的生活用水池的高度，以便多余的水能自流进入洗澡水池。

2.6.16生活杂用水池及洗澡水池

矿现有生活用水池一座650m3，用于储存净水池溢流过来的净水和补充一部分精密过滤器的出水，以及根据使用方需要补充一部分深井水泵用水。

水池向外供水部分由使用方自行负责，水池向内供水部分由中标方负责附属管路、阀门、电控等设施由中标方提供及安装。

水池进水及水池本身水位控制由中标方负责提供设备及安装，该水池设计为分层供水（由使用方提供技术要求，由中标方提供设计、设备及安装），供水来源为精密过滤器预处理水源约占1/3，地面深井水水源约占1/3，纯净水水池自流约占1/3。

其中精密过滤器、纯净水水池沟通管路及相关电控由中标方负责提供及安装。

地面深井水沟通管路由使用方负责提供及安装，其相关电控由中标方负责提供及安装。

该水池除实现分层控制外，还应具备多层水位监测及报警功能。

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