煤電一體項(xiàng)目水資源綜合利用方案比選探析

方政林

(華能慶陽煤電有限責(zé)任公司，甘肅慶陽 745000)

1 項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目概況

甘肅東部某礦區(qū)煤電基地規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目，擬對(duì)礦區(qū)礦井(兩個(gè)年產(chǎn)800萬t礦井)疏干水和坑口電廠備用水庫地表水進(jìn)行集中凈化處理，滿足兩個(gè)礦井和一個(gè)坑口電廠三個(gè)主體工程生產(chǎn)、生活用水需要。礦區(qū)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)有2×660 MW火電廠及2×300 MW煤矸石電廠，煤礦井下水處理合格后，可供電廠生產(chǎn)用水，合理回收利用了井下水資源，同時(shí)也避免了多余礦井水外排對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的不良影響，是工業(yè)生產(chǎn)鏈條的合理銜接。電廠備用水庫地表水作為電廠生產(chǎn)用水的備用水源，同時(shí)一部分引水處理達(dá)標(biāo)后，供煤礦及電廠生活用水。

1.2 礦井排水概況

根據(jù)相關(guān)地質(zhì)報(bào)告及初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容，東側(cè)礦井正常日涌水量19 368 m3/d，屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井。根據(jù)可研文件，西側(cè)礦井正常涌水量28 700m3/d。井下水水質(zhì)惡劣，水中溶解性總固體超過4 000 mg/L，含鹽量高，硬度大，不能直接利用。

1.3 地表水概況

電廠備用地表水屬?zèng)芎铀担昃髁?.91 m3/s，年徑流總量2 880萬m3。水質(zhì)礦化度為0.45 g/L。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測結(jié)果報(bào)告，電廠備用水源水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目結(jié)果均符合GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 水處理規(guī)模分析

2.1 礦井排水量

根據(jù)GB 50215-2005煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)井下涌水作為供水水源的規(guī)定及條文說明，本工程可利用的礦井排水總量為27 908 m3/d。

2.2 地表水處理量

地表水處理達(dá)標(biāo)后主要供煤礦及電廠生活用水，工程生活用水供水總量為3 102.88 m3/d。

2.3 水質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

處理達(dá)標(biāo)后生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T 19923-2005城市污水再生利用——工業(yè)用水水質(zhì)。處理后的礦井水回用于煤礦洗煤廠時(shí)，水質(zhì)要求達(dá)到GB 50359-2005煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn);處理后的礦井水回用于井下消防、灑水時(shí)，根據(jù)GB 50383-2006煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范;處理達(dá)標(biāo)后的地表水供煤礦及電廠生活用水，執(zhí)行GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)為滿足不同類型用戶對(duì)水質(zhì)的要求，供水水質(zhì)目標(biāo)以滿足所有用戶用水指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)。其中各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵性指標(biāo)為溶解性總固體不大于1 000 mg/L。

3 水處理工藝流程

3.1 礦井排水處理工藝流程

根據(jù)水質(zhì)分析報(bào)告，煤礦的井下排水為典型的地下苦咸水。本著盡量利用井下水資源的原則，結(jié)合國內(nèi)同類礦井水處理的成功經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目擬采用沉淀過濾預(yù)處理及兩級(jí)反滲透深度處理的工藝，其工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井排水處理工藝流程圖

3.2 地表水處理工藝流程

地表水水質(zhì)相對(duì)較好，水處理主要采用沉淀過濾消毒的常規(guī)處理工藝。其工藝流程圖如圖2所示。

4 項(xiàng)目建設(shè)方案設(shè)計(jì)

4.1 合建方案

4.1.1 方案概況

合建方案即對(duì)礦井疏干水和水庫地表水進(jìn)行集中凈化處理，并將處理達(dá)標(biāo)后的水分質(zhì)供給礦井和電廠三個(gè)主體工程，滿足其生產(chǎn)、生活用水需要。本方案需在礦井及電廠工業(yè)場地外選址，建設(shè)礦區(qū)煤電基地水處理中心，主要包括礦井排水處理生產(chǎn)線和地表水處理生產(chǎn)線兩大系統(tǒng)，礦井排水處理生產(chǎn)線處理煤礦井下排水，供礦井及電廠生產(chǎn)用水;地表水處理生產(chǎn)線則處理地表水，供礦井及電廠生活消防用水。

4.1.2 供水規(guī)模設(shè)計(jì)

圖2 地表水處理工藝流程圖

水處理中心礦井排水處理生產(chǎn)線預(yù)處理階段設(shè)計(jì)小時(shí)流量為1 400 m3/h，規(guī)模33 600 m3/d，正常日工作19.93 h。礦井排水處理生產(chǎn)線除去自耗水量后，全部進(jìn)行深度脫鹽處理，脫鹽回收率90%，設(shè)計(jì)小時(shí)處理量1 200m3/h，規(guī)模28 800m3/d，日產(chǎn)脫鹽水24 112 m3/d，濃水2 680 m3/d，損耗水量約1 116 m3/d。正常日工作 22.33 h。

地表水處理生產(chǎn)線設(shè)計(jì)小時(shí)處理200 m3/h，規(guī)模4 800 m3/d，正常日工作時(shí)間15.51 h。4.1.3 供水系統(tǒng)

礦區(qū)煤電基地水處理中心主要分為兩大供水系統(tǒng)，分別為以礦井井下排水為水源的煤礦及電廠生產(chǎn)用水供水系統(tǒng)，以水庫地表水為水源的煤礦及電廠生活用水供水系統(tǒng)。水處理中心根據(jù)用戶要求，分質(zhì)分壓供水，供水系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 合建方案供水系統(tǒng)圖

4.2 分建方案

4.2.1 方案概況

分建方案即各煤礦井下排水在各自工業(yè)場地進(jìn)行處理，滿足自身生產(chǎn)用水需要后，將多余的清水輸送至電廠用戶;同時(shí)在礦井與電廠工業(yè)場地外選擇一處合適的位置，建設(shè)地表水處理站，處理地表水并將達(dá)標(biāo)清水輸送至礦井及電廠供其生活用水。本方案共需建設(shè)3座水處理站。

4.2.2 供水規(guī)模設(shè)計(jì)

1)東側(cè)礦井水處理站。預(yù)處理階段設(shè)計(jì)流量700 m3/h，規(guī)模16 800 m3/d，正常日工作19.37 h。處理站除去自耗水量后，全部進(jìn)行深度脫鹽處理，脫鹽回收率90%，設(shè)計(jì)小時(shí)處理量600 m3/h，規(guī)模14 400 m3/d，日產(chǎn)脫鹽水11 714 m3/d，濃水1 302 m3/d，損耗水量約542 m3/d，脫鹽階段正常日工作21.69 h。

2)西側(cè)礦井水處理站。預(yù)處理階段設(shè)計(jì)流量700 m3/h，規(guī)模16 800 m3/d，正常日工作20.50 h。處理站除去自耗水量后，全部進(jìn)行深度脫鹽處理，脫鹽回收率90%，設(shè)計(jì)小時(shí)處理量600 m3/h，規(guī)模14 400 m3/d，日產(chǎn)脫鹽水12 398 m3/d，濃水1 378 m3/d，損耗水量約574 m3/d，脫鹽階段正常日工作22.96 h。

3)地表水處理站。地表水處理站設(shè)計(jì)小時(shí)處理量200 m3/h，規(guī)模4 800 m3/d，正常日工作時(shí)間15.51 h。

4.2.3 供水系統(tǒng)

分建方案根據(jù)用戶要求，分質(zhì)分壓供水，供水系統(tǒng)圖見圖4。

圖4 分建方案供水系統(tǒng)圖

5 經(jīng)濟(jì)分析

5.1 合建方案

根據(jù)投資估算，按日處理量計(jì)16.00元/m3，按產(chǎn)品水量計(jì)18.55元/m3;按產(chǎn)品水量計(jì)算制水成本為4.142元/m3。

5.2 分建方案

根據(jù)投資估算，按日處理量計(jì)14.62元/m3，按產(chǎn)品水量計(jì)16.96元/m3;按產(chǎn)品水量計(jì)算制水成本為4.241元/m3。本工程建設(shè)方案比選主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表1。

表1 水處理分、合建處理站技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

6.1 合建方案的優(yōu)缺點(diǎn)

合建方案的優(yōu)點(diǎn)有:管理集中，利于工藝技術(shù)管理水平的提高;水處理的費(fèi)用較少，人員少，噸水處理成本較低;若水處理中心作為一個(gè)獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)核算單位，合建方案只一個(gè)水廠，管理部門集中，利于商業(yè)運(yùn)作;由于是集中進(jìn)行水處理，故耗電量較少。

其缺點(diǎn)為:由于水處理站與礦井分離，不可能利用礦井的行政福利生活設(shè)施，特別是北方高寒地區(qū)冬季采暖供熱設(shè)施必須單建，將會(huì)增大投資且運(yùn)行困難;必須重新購地，在現(xiàn)場可供選擇的場地較少，工程量很大;由于水處理廠的產(chǎn)品水必須回供給礦井生產(chǎn)用水使用，因此不僅輸送原水，還需輸送產(chǎn)出清水及濃水，致使輸水管路多且長，投資加大很多;投資相對(duì)較多，供水系統(tǒng)復(fù)雜。

6.2 分建方案的優(yōu)缺點(diǎn)

分建方案的優(yōu)點(diǎn)有:水處理廠與礦井合建，其購地范圍已包括在礦井建設(shè)項(xiàng)目中，不需重新征地，僅地表水處理站需少量用地，選擇場地較容易;可以利用礦井的行政及生活設(shè)施，便于處理站的運(yùn)行;供水系統(tǒng)簡單，只需將礦井剩余的產(chǎn)出清水集中輸送到電廠，不僅管道短且投資少，運(yùn)行管理方便;總投資少，是相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理的方案。

其缺點(diǎn)為:若水處理中心作為一個(gè)獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)核算單位，由于有3個(gè)處理站分散于不同的地方，管理不便;分散處理要求每個(gè)站均有技術(shù)人員，對(duì)管理人員的素質(zhì)要求較高，勞動(dòng)定員較多;耗電量稍大一些，總成本稍高于合建方案。

7 結(jié)語

煤電一體項(xiàng)目水集中處理建設(shè)方案應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，通過建設(shè)方案比選，選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠、水資源集約、循環(huán)程度較高的建設(shè)方案布局、工藝流程，真正達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)不損壞甚至改善自然環(huán)境。本項(xiàng)目對(duì)濃鹽水的利用方案不盡完善，應(yīng)結(jié)合煤電項(xiàng)目的特點(diǎn)，分析項(xiàng)目水質(zhì)中鹽分工業(yè)綜合利用的程度及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可靠的角度探索最大程度的綜合利用方案，達(dá)到污水零排放。