煤电一体项目水资源综合利用方案比选探析

方政林

(华能庆阳煤电有限责任公司，甘肃庆阳 745000)

1 项目背景

1.1 项目概况

甘肃东部某矿区煤电基地规划建设项目，拟对矿区矿井(两个年产800万t矿井)疏干水和坑口电厂备用水库地表水进行集中净化处理，满足两个矿井和一个坑口电厂三个主体工程生产、生活用水需要。矿区内规划建设有2×660 MW火电厂及2×300 MW煤矸石电厂，煤矿井下水处理合格后，可供电厂生产用水，合理回收利用了井下水资源，同时也避免了多余矿井水外排对矿区生态环境的不良影响，是工业生产链条的合理衔接。电厂备用水库地表水作为电厂生产用水的备用水源，同时一部分引水处理达标后，供煤矿及电厂生活用水。

1.2 矿井排水概况

根据相关地质报告及初步设计文件内容，东侧矿井正常日涌水量19 368 m3/d，属水文地质条件复杂矿井。根据可研文件，西侧矿井正常涌水量28 700m3/d。井下水水质恶劣，水中溶解性总固体超过4 000 mg/L，含盐量高，硬度大，不能直接利用。

1.3 地表水概况

电厂备用地表水属泾河水系，年均流量0.91 m3/s，年径流总量2 880万m3。水质矿化度为0.45 g/L。根据当地环境监测站监测结果报告，电厂备用水源水质监测项目结果均符合GB 3838-2002地表水环境质量标准中的Ⅲ类标准要求。

2 水处理规模分析

2.1 矿井排水量

根据GB 50215-2005煤炭工业矿井设计规范中有关井下涌水作为供水水源的规定及条文说明，本工程可利用的矿井排水总量为27 908 m3/d。

2.2 地表水处理量

地表水处理达标后主要供煤矿及电厂生活用水，工程生活用水供水总量为3 102.88 m3/d。

2.3 水质执行标准

处理达标后生产用水标准采用GB/T 19923-2005城市污水再生利用——工业用水水质。处理后的矿井水回用于煤矿洗煤厂时，水质要求达到GB 50359-2005煤炭洗选工程设计规范标准;处理后的矿井水回用于井下消防、洒水时，根据GB 50383-2006煤矿井下消防、洒水设计规范;处理达标后的地表水供煤矿及电厂生活用水，执行GB 5749-2006生活饮用水卫生标准，设计为满足不同类型用户对水质的要求，供水水质目标以满足所有用户用水指标为标准。其中各项标准关键性指标为溶解性总固体不大于1 000 mg/L。

3 水处理工艺流程

3.1 矿井排水处理工艺流程

根据水质分析报告，煤矿的井下排水为典型的地下苦咸水。本着尽量利用井下水资源的原则，结合国内同类矿井水处理的成功经验，本项目拟采用沉淀过滤预处理及两级反渗透深度处理的工艺，其工艺流程如图1所示。

图1 矿井排水处理工艺流程图

3.2 地表水处理工艺流程

地表水水质相对较好，水处理主要采用沉淀过滤消毒的常规处理工艺。其工艺流程图如图2所示。

4 项目建设方案设计

4.1 合建方案

4.1.1 方案概况

合建方案即对矿井疏干水和水库地表水进行集中净化处理，并将处理达标后的水分质供给矿井和电厂三个主体工程，满足其生产、生活用水需要。本方案需在矿井及电厂工业场地外选址，建设矿区煤电基地水处理中心，主要包括矿井排水处理生产线和地表水处理生产线两大系统，矿井排水处理生产线处理煤矿井下排水，供矿井及电厂生产用水;地表水处理生产线则处理地表水，供矿井及电厂生活消防用水。

4.1.2 供水规模设计

图2 地表水处理工艺流程图

水处理中心矿井排水处理生产线预处理阶段设计小时流量为1 400 m3/h，规模33 600 m3/d，正常日工作19.93 h。矿井排水处理生产线除去自耗水量后，全部进行深度脱盐处理，脱盐回收率90%，设计小时处理量1 200m3/h，规模28 800m3/d，日产脱盐水24 112 m3/d，浓水2 680 m3/d，损耗水量约1 116 m3/d。正常日工作 22.33 h。

地表水处理生产线设计小时处理200 m3/h，规模4 800 m3/d，正常日工作时间15.51 h。4.1.3 供水系统

矿区煤电基地水处理中心主要分为两大供水系统，分别为以矿井井下排水为水源的煤矿及电厂生产用水供水系统，以水库地表水为水源的煤矿及电厂生活用水供水系统。水处理中心根据用户要求，分质分压供水，供水系统图见图3。

图3 合建方案供水系统图

4.2 分建方案

4.2.1 方案概况

分建方案即各煤矿井下排水在各自工业场地进行处理，满足自身生产用水需要后，将多余的清水输送至电厂用户;同时在矿井与电厂工业场地外选择一处合适的位置，建设地表水处理站，处理地表水并将达标清水输送至矿井及电厂供其生活用水。本方案共需建设3座水处理站。

4.2.2 供水规模设计

1)东侧矿井水处理站。预处理阶段设计流量700 m3/h，规模16 800 m3/d，正常日工作19.37 h。处理站除去自耗水量后，全部进行深度脱盐处理，脱盐回收率90%，设计小时处理量600 m3/h，规模14 400 m3/d，日产脱盐水11 714 m3/d，浓水1 302 m3/d，损耗水量约542 m3/d，脱盐阶段正常日工作21.69 h。

2)西侧矿井水处理站。预处理阶段设计流量700 m3/h，规模16 800 m3/d，正常日工作20.50 h。处理站除去自耗水量后，全部进行深度脱盐处理，脱盐回收率90%，设计小时处理量600 m3/h，规模14 400 m3/d，日产脱盐水12 398 m3/d，浓水1 378 m3/d，损耗水量约574 m3/d，脱盐阶段正常日工作22.96 h。

3)地表水处理站。地表水处理站设计小时处理量200 m3/h，规模4 800 m3/d，正常日工作时间15.51 h。

4.2.3 供水系统

分建方案根据用户要求，分质分压供水，供水系统图见图4。

图4 分建方案供水系统图

5 经济分析

5.1 合建方案

根据投资估算，按日处理量计16.00元/m3，按产品水量计18.55元/m3;按产品水量计算制水成本为4.142元/m3。

5.2 分建方案

根据投资估算，按日处理量计14.62元/m3，按产品水量计16.96元/m3;按产品水量计算制水成本为4.241元/m3。本工程建设方案比选主要技术经济指标比较见表1。

表1 水处理分、合建处理站技术经济比较表

6 技术经济比较

6.1 合建方案的优缺点

合建方案的优点有:管理集中，利于工艺技术管理水平的提高;水处理的费用较少，人员少，吨水处理成本较低;若水处理中心作为一个独立的经济核算单位，合建方案只一个水厂，管理部门集中，利于商业运作;由于是集中进行水处理，故耗电量较少。

其缺点为:由于水处理站与矿井分离，不可能利用矿井的行政福利生活设施，特别是北方高寒地区冬季采暖供热设施必须单建，将会增大投资且运行困难;必须重新购地，在现场可供选择的场地较少，工程量很大;由于水处理厂的产品水必须回供给矿井生产用水使用，因此不仅输送原水，还需输送产出清水及浓水，致使输水管路多且长，投资加大很多;投资相对较多，供水系统复杂。

6.2 分建方案的优缺点

分建方案的优点有:水处理厂与矿井合建，其购地范围已包括在矿井建设项目中，不需重新征地，仅地表水处理站需少量用地，选择场地较容易;可以利用矿井的行政及生活设施，便于处理站的运行;供水系统简单，只需将矿井剩余的产出清水集中输送到电厂，不仅管道短且投资少，运行管理方便;总投资少，是相对经济合理的方案。

其缺点为:若水处理中心作为一个独立的经济核算单位，由于有3个处理站分散于不同的地方，管理不便;分散处理要求每个站均有技术人员，对管理人员的素质要求较高，劳动定员较多;耗电量稍大一些，总成本稍高于合建方案。

7 结语

煤电一体项目水集中处理建设方案应根据项目特点、当地水环境质量标准以及当前经济技术水平，通过建设方案比选，选择经济合理、技术可靠、水资源集约、循环程度较高的建设方案布局、工艺流程，真正达到经济发展的同时不损坏甚至改善自然环境。本项目对浓盐水的利用方案不尽完善，应结合煤电项目的特点，分析项目水质中盐分工业综合利用的程度及经济价值，从节能、经济、技术可靠的角度探索最大程度的综合利用方案，达到污水零排放。