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1、煤矿井下污水处理介绍本讲稿第一页，共二十二页Present situation 煤矿水煤矿水现状现状壹Existing problems 存在问题存在问题贰Solution 解决方案解决方案叁Economic benefits 经济效益Application example 应用举例伍肆本讲稿第二页，共二十二页 我国煤炭产量位居世界第一，煤矿矿井水的产生量和排放量也是位居全国工业废水的第一，据统计和测算，目前全国煤炭矿井水的产生量达到每年4550亿m3，随着矿井水越来越多地作为水资源开发利用，全国煤矿矿井水的排放量仅占产生量的一半以下，即每年排放25亿m3左右。一、煤矿水现状一、煤矿水现状1、
2、我国煤矿水现状本讲稿第三页，共二十二页3 3、矿井水的性质、矿井水的性质、矿井水的性质、矿井水的性质 由于各地煤系地层的水文地质条件不同，矿井水从涌出到集中水仓再提升到地面的途径不同，各个矿区、各个煤矿的矿井水水质差别很大，在煤炭行业水处理和环境保护界，一般根据矿井水杂质的数量和性质，划分为清洁矿井水、高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含重金属及放射性矿井水等五类，有些矿井水兼有上述五类中的两类甚至四类污染物。2 2、矿井水处理、矿井水处理、矿井水处理、矿井水处理 我国大规模、普遍地进行煤矿矿井水处理始于20世纪80年代中期，至今仅有二十多年的历史，但是推广普及的速度和技术进步的速度
3、很快，可以说，目前全国一万余家正规在册的煤矿中，除西北地区极少数无涌水煤矿外，都建设了并运行着矿井水处理系统。据我们近期调查和测算，全国煤矿矿井水的总处理能力超过20亿m3/年。本讲稿第四页，共二十二页4 4、矿井水处理技术：、矿井水处理技术：、矿井水处理技术：、矿井水处理技术：根据矿井水处理的技术特征，可以划分为一般处理技术、特殊处理技术和深度处理技术。根据矿井水处理的技术特征，可以划分为一般处理技术、特殊处理技术和深度处理技术。主要目的是去除矿井水中的煤粉、岩粉等颗粒物和悬浮物，主要技术手段是：预沉淀混凝-絮凝沉淀过滤。矿井水一般处理技术的应用范围最广，占矿井水处理工程总量的90%以上。同
4、时，一般处理技术还是特殊处理技术和深度处理技术必需的前端处理环节。一般处理技术一般处理技术特殊处理技术特殊处理技术 主要目的是去除矿井水中过高的酸性、溶解性盐类、铁锰离子等主要污染成分，部分矿井水中还有COD、NH、油类等污染物。主要技术手段是物理化学法和化学法，通过中和、氧化、沉淀、反渗透等化学反应和物理化学作用，把超过标准有害物质从水中分离出去。矿井水特殊处理技术的用户较少但地域分布相对集中。深度处理技术深度处理技术 主要指为使处理后的矿井水达到生活饮用水卫生标准以及冷却循环水及锅炉内水等，对经过一般处理或特殊处理的煤矿矿井水进一步进行消毒、活性炭吸附等处理，目的是去除水中病原微生物、微量
5、有机污染物和重金属离子的组合技术。矿井水深度处理属于要求严格的水处理技术之一。本讲稿第五页，共二十二页Existing problems 存在问题存在问题贰Solution 解决方案解决方案叁Economic benefits 经济效益Application example 应用举例伍肆壹Present situation 煤矿水煤矿水现状现状本讲稿第六页，共二十二页二、存在问题二、存在问题1、从排放到利用、从排放到利用 以前，煤矿矿井水处理的主要目的是满足达标排放的环保要求，随着煤炭矿区水资源日益紧缺和用水量大的煤炭循环经济产业快速发展，矿井水的资源价值越来越受到重视，特别是在缺水矿区，矿井
6、水已经成为主要的工业、生活用水水源，并明确写入行业技术政策和设计规范。目前煤矿矿井水处理技术中的排水处理与给水处理已经紧密不可分的系统工程，为资源化利用已经成为矿井水处理的首要目标。2、传统矿井水处理弊端、传统矿井水处理弊端 传统的矿井水处理是将井下水仓集中的矿井水提升到地面，在地面建设矿井水处理厂对矿井污水进行集中处理。然而，在实际运行中却存在几大弊端。1）占地面积大 2）设备维护成本高 3）井下清挖劳动强度大、易出现工伤事故；4）受环境气候影响大，严重影响处理效果；5）对地面环境影响较大，成为环保、安全等政府职能部门的关注对象。本讲稿第七页，共二十二页Solution 解决方案解决方案叁E
7、conomic benefits 经济效益 Application example 应用举例伍肆壹Present situation 煤矿水煤矿水现状现状贰Existing problems 存在问题存在问题本讲稿第八页，共二十二页三、解决方案三、解决方案三、解决方案三、解决方案1、井下重介加载磁分离水处理系统 山东环能环保科技有限公司经过多年对煤矿井下的硐室、巷道参数、通风、温度、湿度、水量水质、水仓参数、供配电、设备防爆等具体技术点进行了详细的论证和研究，根据煤矿井下工况特点，联合研发出适合于井下的磁分离水体净化工艺、设备，并于2010年2月，在协庄煤矿-300水仓前，建成12000 m3
8、/d m3/d的矿井水井下处理项目，成功做到了清水入仓、提高了水仓有效容积、减少水仓清淤的安全风险及费用，减少矿井排水系统的维护维修量、节约了提升电费，以及煤泥资源的最大化回收。出水指标达到SS110-20 mg/L,同时对于铁锰、COD等污染物的去除率达到80-95%。出水供热电厂作为冷却循环水、洗煤补水、职工澡堂洗浴用水及生活杂用水等。属于资源综合利用及节能减排的示范项目。本项目是国内首家采用此工艺的矿井水处理项目。磁分离井下水处理工艺及设备替代了了井工煤矿矿井水提升到地面处理的传统工艺，是煤炭行业三废治理的技术的一大革命，也是煤矿配套生产工艺的一次变革。此后，在总结成功经验的基础上，又先
9、后在龙固煤矿、赵官煤矿、内蒙古鲁新煤矿、福城煤矿、长城煤矿等建成了以磁分离技术为关键设备的矿井水井下机械化净化处理系统，目前在线运行6套，日处理污水50万吨，运行状况良好。在建项目11个。本讲稿第九页，共二十二页2、磁分离设备工作原理、磁分离设备工作原理 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。当流体流经磁盘之间的流道时，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，运转到刮渣条时，形成隔磁卸渣带，由刮渣刨条刮入“螺旋输送机”，产生的废渣输入渣池。被刮去渣的磁盘又重新转入水体，形成周而复始的磁分离净化水
10、体的全过程(如图所示)。本讲稿第十页，共二十二页3、微磁凝聚技术和磁种回收技术 1）微磁凝聚技术 矿井水中的悬浮物本身是不带磁性的，要利用磁分离净化设备净化出水，必须 将水中的煤粉及岩粉、胶体物等非磁性悬浮物带上磁性。微磁凝聚技术就是向原水中投加专用磁种，使磁种在凝聚剂和絮凝剂的作用下与原水中的悬浮物形成絮团。形成的絮团是以磁种作为核的磁种与悬浮物的混合体。因磁种带有微磁性，当絮团沿着水流经过磁分离机时，聚磁组合成磁盘能快捕捉和吸附絮团，实现悬浮物与水体的机械分离，从而达到净化水体的目的。2）磁种回收技术 由于投加磁种的过程是连续的，投加的磁种也将成为运行费用的一部分。为了节约资源同时也考虑吨
11、水处理成本，该技术同时开发了磁种回收技术。能将投加入废水中的磁种回收再利用，磁鼓磁场强度高，回收效率可达99%以上（与选煤厂重介选煤磁种回收工艺相同）。本讲稿第十一页，共二十二页 该技术工艺包含混凝系统、磁分离系统、加药系统、污泥处理系统、电控系统五个部分组成：经过预沉处理的水自流进入混凝系统，混凝系统通过投加磁种和混凝剂（PAC和PAM），使悬浮物在3分钟内形成以磁种为载体的“微絮团”。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，出水水质达到SS10-20mg/L。处理后的清水再自流进入水仓，利用矿井排水系统提升至地面综合利用或部分井下直接回用。由磁分离机分离出的煤泥，由卸渣装置刮下
12、进入磁分离磁鼓；由磁鼓对磁种进行吸附回收，回收的磁种循环使用；煤泥排入污泥池。通过污泥泵进入压滤机，脱水后的泥饼通过矿井运输系统外运。4、磁分离水体净化成套技术系统进水预沉池混凝系统磁分离设备系统出水PAC、PAM磁分离磁鼓中转池污泥储存池板框压滤机泥饼外运本讲稿第十二页，共二十二页5、技术优点 1 1、相对传统重力分离技术处理效果好、相对传统重力分离技术处理效果好 磁分离技术设备采用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。2 2、占地面积小、占地面积小 是传统工艺占地的三分之一左右。原因是一体化、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，水自混凝反
13、应池进至磁盘机出水的时间为3-4min，大大优于传统的沉淀法（30-40分钟）。整套工艺水力停留时间3-4分钟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 该工艺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。药剂使用量仅为常规水处理加药量的1/31/2，节省药剂费用。4 4、磁分离输送出的污泥浓度高、磁分离输送出的污泥浓度高 磁分离磁鼓分离出的污泥含泥率大于70000mg/L，含水率约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4
14、0%，沉泥饼状，便于装卸外运。本讲稿第十三页，共二十二页Solution 解决方案解决方案Economic benefits 经济效益Application example 应用举例伍肆壹Present situation 煤矿水煤矿水现状现状贰Existing problems 存在问题存在问题叁本讲稿第十四页，共二十二页四、经济效益四、经济效益四、经济效益四、经济效益1、简化水泵选型和维护 地面处理方案将井下水仓水提升到地面，需要采用渣浆泵，井下处理方案则只要选用清水泵，同等规格的排水能力，采用清水泵能够节约投资30%-50%，同时延长维护周期3-4倍。2、减少管路磨损和腐蚀3、便于就近利
15、用 矿井水中的煤泥和悬浮物不但磨损水泵部件，而且还严重磨损排水管路，据调查，同等条件下，井下处理方案排水管的使用寿命是井上处理方案排水管使用寿命的2-3倍。特别是对于酸性矿井水，在井下进行中和处理后再提升到地面，可以延长水泵和管路的使用寿命5倍以上。目前矿井水资源化的重要利用途径是用于井下降尘、洒水和消防用水以及乳化油配制用水。采用地面处理方案时，处理后的清洁矿井水需要重返井下，造成管路折返铺设、往复运输的浪费并增加设备运行成本。井下处理方案可以将清水直接输送到井下用水点，便捷、高效，余量清水入仓后，可提升至地面作为综合利用水源。矿井水井下处理不仅是空间位置的变化，更是一种全新的清洁生产理念和
16、高效低碳的技术路线。矿井水井下处理符合彻底改变煤矿形象（采煤不见煤、出矸不见矸，排水不见水）的时代潮流，是煤炭绿色开采技术的重要组成部分，并且具有多方面的技术经济优势。本讲稿第十五页，共二十二页5、提高水仓有效容积效率井下处理方案可以直接、连续地处理矿井涌水，煤泥和悬浮物及时得到分离，无需在井下设计容积2000m3以上的中央水仓，不需要每1到3个月就要清挖一次。保证了中央水仓的最大有效容积，大大提高了矿井防御洪水和水害的能力。6、实现机械化水仓清理4、减少土地占用井下水仓清挖是高强度的艰苦劳动，受井下场地条件限制，作业中也屡屡发生工伤事故。而井下处理方案采用独立的污泥处理系统回收煤泥，极大地减
17、轻了煤泥在井下沉淀，极大减少了繁重的体力劳动，对于水仓中的少量煤泥可以采用新型机械便捷回收。以日处理能力10000m3的矿井水处理厂为例，从预沉池到清水池需要5到6级构筑物，需要土地面积5000-8000m2，而井下处理方案，地面仅设一个清水仓，用地面积200m2即可；将地面处理系统转入地下或者采用更为先进的井下处理工艺，甚至可以为煤矿发展新增地面生产系统置换土地。本讲稿第十六页，共二十二页8、清水升井便于利用矿井水井下处理工艺可以实现清水提升到地面，相当于在矿井中套打了一眼水源井，可以方便地供应生产、消防、降尘、洗浴、绿化等各种用途。7、不怕气候变化影响矿井水地面处理系统会受到严寒、暴雨、沙
18、尘等不利气象条件的干扰，严重影响处理效果，甚至需要加盖部分厂房隔离气候变化影响。井下处理方案则环境条件恒定，有利持续运行。9、便于与后续水处理利用工艺连接随着老矿区深层开采和新矿区开采，需要特殊处理和深度处理的矿井水越来越多，特殊处理和深度处理工艺的必要前提是输入清洁的原水，矿井水井下处理方案的出水水质可以达到特殊处理和深度处理工艺进水的要求。特别是目前大部分矿井都建设了地面矿井污水处理厂（站），清水升井后，可以把原有的污水厂稍加改造作为特殊及深度处理厂站。为后续处理提供了宝贵的建设空间本讲稿第十七页，共二十二页11、适合改扩建矿井水处理能力增容矿井水井下处理不占用地面工业场地面积，而且尽量利
19、用井下水仓前原有硐室及巷道，矿建量不大。十分适合现有煤矿矿井水处理系统补套建设和处理能力增容。10、便于煤炭回收矿井水井下处理方案采用压滤机回收煤泥，滤饼水分在30-40%左右，可以在井下直接进入运输、提升系统，有效解决地面处理带来的煤泥“拖泥带水”运输问题12、存在局限矿井水井下处理也有一定的局限，主要是井下处理系统如果现有的巷道、硐室空间不能满足要求，需要在井下开凿硐室或者原有巷道改造，需要增加一定的矿建量。受井下环境限制，设备需要防爆、防腐、通风、巷道支护等。受井巷尺度限制，井下处理设备的安装、维护、检修有一定困难等(本公司在技术上已经全面解决以上问题)。本讲稿第十八页，共二十二页经济经
20、济技技术术比比较较表（表（以以1200012000m3/d为例）序号序号项项 目目单单位位磁分离磁分离斜板沉淀斜板沉淀磁分离与斜板沉淀磁分离与斜板沉淀对对比比1处理能力M3/d1200012000井下处理+地面2处理效率m3/m2h12.501.39效率提高8.3倍3占地面积m22001200占地节省83%4水力停留时间Min342030时间缩短7倍5药剂添加量PACPpm50120药量减少58%PAMPpm25药量减少60%6运行成本元/吨水0.2870.45节省运行费40%7悬浮物浓度mg/L10-2010-20相同8污泥(煤泥)浓度mg/L7000040000污泥浓度提高75%9施工周期
21、（天）-90210缩短施工周期70%10耐冲击负荷能力-较强较强11自动化程度-自动化程度高自动化程度一般12日常维护-维护量小运行维护较复杂本讲稿第十九页，共二十二页Solution 解决方案解决方案Application example 应用举例伍肆壹贰Existing problems 存在问题存在问题叁Economic benefits 经济效益Present situation 煤矿水煤矿水现状现状本讲稿第二十页，共二十二页五、应用举例五、应用举例五、应用举例五、应用举例以以500m3/h500m3/h，垂直提升高度，垂直提升高度500m500m为例为例以上年可节约费用：W=W1+W
22、2+W3+W4+W5+W6=570.4万元/年1）排污费用根据煤矿矿井水排放情况调查，一般排污费用为：0.08元/m3，则井下水处理后，达标排放或综合利用。每年可减少的排污费用为：W1=500m3/h24h 3650.08 =35万元万元/年年2）煤泥市场价12000m3/d,ss=2000/L计算，每年可回收含水40%左右的煤泥4800吨，煤泥热值按照3760大卡计算，折标煤系数0.5431，则年回收标煤2606吨。而且可以通过主运系统直接提升上井,环节简单。W2=2606吨400元/吨 =104万元万元/年年3)百米提升费用以提升高度500米计算,经计算含悬浮物矿井水重度由r=10850N
23、/m3降到清水重度r=10000 N/m3。降低了水阻损失，其吨水百米提升电耗由0.550kWh/t降到0.429kWh/t，吨水节电0.06元。假设每天排水时间24小时。W3=500m3/h24h365d0.06/m35=131.4万元万元/年年4)节约取水 清水入仓后，可考虑先供井下生产用水，余量提升到地面，可供电厂冷却循环水、洗煤厂用水、职工洗浴用水及生活杂用水。按照水量300万吨/年计算，综合利用后，可节约取水费用按照0.65元/吨计算，年节约资金W4=300万吨*0.65元/吨=195万元万元。5）其他效益W6=30万元万元/年年可节省年水仓清淤费用为（经验值）W5=75万元万元/年
24、年排水泵及管道维修维护费用：6）综合效益本讲稿第二十一页，共二十二页其它效益其它效益其它效益其它效益1)1)、节能减排，降低污染。、节能减排，降低污染。2)2)、减少对井上环境的污染、减少对井上环境的污染。1、安全效益、安全效益 井下矿井水若不经处理而直接汇集进入水仓后，矿井水中的大量煤泥、岩粉等很快在水仓沉淀，会严重影响水仓有效容积及增加清淤安全风险。井下处理后实现了清水入仓，清水上井，将水仓的清淤周期由原来的一年几次或循环清挖，延缓至几年能清理一次，有力地保证了水仓的有效容积，大大提高了矿井防御水害能力。总之,无论是投资、运行成本、工艺的稳定性、直接及间接经济效益分析，井下磁风力技术工艺比
25、传统工艺具备更大的优越性，不仅投资运行费用节省，而且直接节约的电耗、各项费用以及最大限度回收的井下煤泥，1-2年就可以回收投资（不含建设期）。2、社会效益社会效益1)、水资源充分利用、水资源充分利用：随着人民生活水平的提高和经济的高速发展，对水资源需求的不断增大，水资源必将成为经济发展的瓶颈。井下处理工艺的采用，每日可为矿井井下生产提供充足的可利用水源，余量提升后供地面生产生活使用，减少了外购水量，保护了地区地表水的自然平衡。2)、减少了污染物的、减少了污染物的 排放，缓解矛盾排放，缓解矛盾。本项目建成后，将大大减少污染物的排放，保护环境，这有利于改善煤矿的地企关系；促进矿区的可持续发展3)、符合国家级行业政策。符合国家级行业政策。符合国家及行业节能减排资源综合利用相关政策规定，也是国家发改委重点研发项目。是煤矿企业实施清洁生产、创建环境友好企业的具体举措 3、环境效益、环境效益本讲稿第二十二页，共二十二页