煤電一體項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任公司，甘肅慶陽 745000)

1 項目背景

1.1 項目概況

甘肅東部某礦區煤電基地規劃建設項目，擬對礦區礦井(兩個年產800萬t礦井)疏干水和坑口電廠備用水庫地表水進行集中凈化處理，滿足兩個礦井和一個坑口電廠三個主體工程生產、生活用水需要。礦區內規劃建設有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，可供電廠生產用水，合理回收利用了井下水資源，同時也避免了多余礦井水外排對礦區生態環境的不良影響，是工業生產鏈條的合理銜接。電廠備用水庫地表水作為電廠生產用水的備用水源，同時一部分引水處理達標后，供煤礦及電廠生活用水。

1.2 礦井排水概況

根據相關地質報告及初步設計文件內容，東側礦井正常日涌水量19 368 m3/d，屬水文地質條件復雜礦井。根據可研文件，西側礦井正常涌水量28 700m3/d。井下水水質惡劣，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

電廠備用地表水屬涇河水系，年均流量0.91 m3/s，年徑流總量2 880萬m3。水質礦化度為0.45 g/L。根據當地環境監測站監測結果報告，電廠備用水源水質監測項目結果均符合GB 3838-2002地表水環境質量標準中的Ⅲ類標準要求。

2 水處理規模分析

2.1 礦井排水量

根據GB 50215-2005煤炭工業礦井設計規范中有關井下涌水作為供水水源的規定及條文說明，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

地表水處理達標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 水質執行標準

處理達標后生產用水標準采用GB/T 19923-2005城市污水再生利用——工業用水水質。處理后的礦井水回用于煤礦洗煤廠時，水質要求達到GB 50359-2005煤炭洗選工程設計規范標準;處理后的礦井水回用于井下消防、灑水時，根據GB 50383-2006煤礦井下消防、灑水設計規范;處理達標后的地表水供煤礦及電廠生活用水，執行GB 5749-2006生活飲用水衛生標準，設計為滿足不同類型用戶對水質的要求，供水水質目標以滿足所有用戶用水指標為標準。其中各項標準關鍵性指標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

根據水質分析報告，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，結合國內同類礦井水處理的成功經驗，本項目擬采用沉淀過濾預處理及兩級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

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

4 項目建設方案設計

4.1 合建方案

4.1.1 方案概況

合建方案即對礦井疏干水和水庫地表水進行集中凈化處理，并將處理達標后的水分質供給礦井和電廠三個主體工程，滿足其生產、生活用水需要。本方案需在礦井及電廠工業場地外選址，建設礦區煤電基地水處理中心，主要包括礦井排水處理生產線和地表水處理生產線兩大系統，礦井排水處理生產線處理煤礦井下排水，供礦井及電廠生產用水;地表水處理生產線則處理地表水，供礦井及電廠生活消防用水。

4.1.2 供水規模設計

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線預處理階段設計小時流量為1 400 m3/h，規模33 600 m3/d，正常日工作19.93 h。礦井排水處理生產線除去自耗水量后，全部進行深度脫鹽處理，脫鹽回收率90%，設計小時處理量1 200m3/h，規模28 800m3/d，日產脫鹽水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。

地表水處理生產線設計小時處理200 m3/h，規模4 800 m3/d，正常日工作時間15.51 h。4.1.3 供水系統

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

圖3 合建方案供水系統圖

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場地進行處理，滿足自身生產用水需要后，將多余的清水輸送至電廠用戶;同時在礦井與電廠工業場地外選擇一處合適的位置，建設地表水處理站，處理地表水并將達標清水輸送至礦井及電廠供其生活用水。本方案共需建設3座水處理站。

4.2.2 供水規模設計

1)東側礦井水處理站。預處理階段設計流量700 m3/h，規模16 800 m3/d，正常日工作19.37 h。處理站除去自耗水量后，全部進行深度脫鹽處理，脫鹽回收率90%，設計小時處理量600 m3/h，規模14 400 m3/d，日產脫鹽水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)西側礦井水處理站。預處理階段設計流量700 m3/h，規模16 800 m3/d，正常日工作20.50 h。處理站除去自耗水量后，全部進行深度脫鹽處理，脫鹽回收率90%，設計小時處理量600 m3/h，規模14 400 m3/d，日產脫鹽水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。地表水處理站設計小時處理量200 m3/h，規模4 800 m3/d，正常日工作時間15.51 h。

4.2.3 供水系統

分建方案根據用戶要求，分質分壓供水，供水系統圖見圖4。

圖4 分建方案供水系統圖

5 經濟分析

5.1 合建方案

根據投資估算，按日處理量計16.00元/m3，按產品水量計18.55元/m3;按產品水量計算制水成本為4.142元/m3。

5.2 分建方案

根據投資估算，按日處理量計14.62元/m3，按產品水量計16.96元/m3;按產品水量計算制水成本為4.241元/m3。本工程建設方案比選主要技術經濟指標比較見表1。

表1 水處理分、合建處理站技術經濟比較表

6 技術經濟比較

6.1 合建方案的優缺點

合建方案的優點有:管理集中，利于工藝技術管理水平的提高;水處理的費用較少，人員少，噸水處理成本較低;若水處理中心作為一個獨立的經濟核算單位，合建方案只一個水廠，管理部門集中，利于商業運作;由于是集中進行水處理，故耗電量較少。

其缺點為: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施，特別是北方高寒地區冬季采暖供熱設施必須單建，將會增大投資且運行困難;必須重新購地，在現場可供選擇的場地較少，工程量很大;由于水處理廠的產品水必須回供給礦井生產用水使用，因此不僅輸送原水，還需輸送產出清水及濃水，致使輸水管路多且長，投資加大很多;投資相對較多，供水系統復雜。

6.2 分建方案的優缺點

分建方案的優點有:水處理廠與礦井合建，其購地范圍已包括在礦井建設項目中，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施，便于處理站的運行;供水系統簡單，只需將礦井剩余的產出清水集中輸送到電廠，不僅管道短且投資少，運行管理方便;總投資少，是相對經濟合理的方案。

其缺點為:若水處理中心作為一個獨立的經濟核算單位，由于有3個處理站分散于不同的地方，管理不便;分散處理要求每個站均有技術人員，對管理人員的素質要求較高，勞動定員較多;耗電量稍大一些，總成本稍高于合建方案。

7 結語

煤電一體項目水集中處理建設方案應根據項目特點、當地水環境質量標準以及當前經濟技術水平，通過建設方案比選，選擇經濟合理、技術可靠、水資源集約、循環程度較高的建設方案布局、工藝流程，真正達到經濟發展的同時不損壞甚至改善自然環境。本項目對濃鹽水的利用方案不盡完善，應結合煤電項目的特點，分析項目水質中鹽分工業綜合利用的程度及經濟價值，從節能、經濟、技術可靠的角度探索最大程度的綜合利用方案，達到污水零排放。