煤礦污水處理系統(tǒng)自動化控制優(yōu)化實踐

陳發(fā)勝

（潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 忻州 034000）

隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對水資源的需求不斷增加，而在經(jīng)濟急速發(fā)展的同時，自然環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞。對于礦山企業(yè)而言，污水處理技術(shù)的應(yīng)用在倡導(dǎo)節(jié)約用水和環(huán)境保護(hù)理念的今天顯得尤為重要，通過對煤礦污水進(jìn)行凈化處理，達(dá)到再利用標(biāo)準(zhǔn)，既能夠?qū)崿F(xiàn)資源的循環(huán)利用，又能夠為相關(guān)企業(yè)增加經(jīng)濟效益［1-4］。煤礦污水與生活污水不同，在煤礦的開采過程中，從煤層抽出的地下水含有大量的煤塵等有害雜質(zhì)，未經(jīng)處理的污水會對環(huán)境造成一定程度的污染。傳統(tǒng)的污水技術(shù)設(shè)備繁雜，效率較低，污水處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于煤礦的生產(chǎn)進(jìn)度。因此，必須對污水處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高自動化控制程度，而智能化、網(wǎng)絡(luò)化及管控一體化是污水處理自動化發(fā)展的趨勢［5-7］。 鐘常明［8］提出了礦山酸性廢水處理的耦合工藝，提高了污水中重金屬離子和其它鹽類的截留率；田永淑［9］應(yīng)用聚合硫酸鐵作為混凝劑，證明了該材料處理煤礦“三水”的可行性；成志強［10］根據(jù)煤礦生活污水的特點，論述了生物接觸氧化法的工藝流程，使接觸生物膜的污水得到凈化。本文以潞寧煤業(yè)為工程背景，通過對原處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，引進(jìn)PLC自動化控制系統(tǒng)，提高污水處理效率，達(dá)到資源循環(huán)利用的目的。

1 工程概況

潞寧煤礦污水處理站根據(jù)煤礦當(dāng)時工藝技術(shù)水平投產(chǎn)建成，原設(shè)計規(guī)模為12000 m3/d，凈化水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為B2級，目前該站接收廢水6000 m3/d，補充清水2000m3/d，實際處理量9000 m3/d，污水處理后進(jìn)行回注。

現(xiàn)階段污水處理過程中存在的問題主要有：

（1）在液位監(jiān)控、流量監(jiān)控和污水自動提升等環(huán)節(jié)中，人工控制所占比例偏高，自動化程度較低，控制過程中造成的工人勞動強度較大，且處理污水質(zhì)量波動明顯。

（2）反洗流程和適應(yīng)的自動化系統(tǒng)相對不夠完善，對工人安全造成的威脅較大。

（3）現(xiàn)場操作工憑經(jīng)驗來進(jìn)行藥劑的添加，此種控制方式可靠性與操作效率較低，控制滯后性大，藥品浪費嚴(yán)重，對環(huán)境產(chǎn)生巨大的破壞作用。

2 污水主要來源

煤礦污水主要有以下來源：

（1）含懸浮物礦井水。該類水質(zhì)呈酸性，常用混凝沉淀法處理水中懸浮微小煤塵和巖塵。

（2）高礦化度礦井水。該類水質(zhì)呈中性或偏堿性，水體硬度較高，此類水源若不經(jīng)過處理直接排入地表，會加速土壤鹽漬化，損害人體健康。常用反滲透法、離子交換法和電滲析法等方法降低水體硬度。

（3）酸性礦井水。該類水體酸性較強，對水生物危害較大，而且在排放過程中會造成相關(guān)管路的腐蝕，常采用中和法和濕式生態(tài)法處理酸性水。

（4）礦區(qū)生活污水來源。主要包括辦公、食堂、澡堂、宿舍及鍋爐用水等，此類污水嚴(yán)重超標(biāo)后會嚴(yán)重污染土壤，造成生態(tài)威脅。

根據(jù)潞寧煤業(yè)地質(zhì)情況，現(xiàn)階段該礦污水主要來源于開采煤層產(chǎn)生的含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水以及礦區(qū)生活污水來源。

3 污水處理系統(tǒng)改造設(shè)計

3.1 工藝流程的改造

改造后的工藝流程，見圖1。

圖1 改造后的工藝流程

為保證注水的安全性，污水處理流程中增加了玻璃鋼緩沖罐，反沖洗罐和反沖洗回收罐，使工藝流程更加完善，提高其處理效率。

3.2 自動化儀表系統(tǒng)的改造

為提高污水處理技術(shù)的管理水平，處理流程中增加中心控制系統(tǒng)，可隨時監(jiān)測和監(jiān)控流程中進(jìn)出流量、加藥、反沖洗、排污等指標(biāo)。通過在現(xiàn)場安裝傳感器、變送器及液壓等開關(guān)，可及時將相關(guān)數(shù)據(jù)傳至PLC中控室，以便保證凈化水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，提高自動化控制系統(tǒng)科學(xué)管理水平。具體改造內(nèi)容如下：

（1）加藥自動化部分

為實現(xiàn)加藥部分的自動化控制，采用PH精度為0.3級的電磁流量測量來水流量，而污水的PH值采用PH監(jiān)測系統(tǒng)，計量精度應(yīng)小于0.02。在具體操作時，可手動控制加藥方式，也可利用計算機鼠標(biāo)或鍵盤自動控制藥劑泵的加藥頻率，實現(xiàn)了加藥過程中的自動化。

（2）新建排污、反沖洗自動化部分

PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠?qū)⑴盼圻^程的信號通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳至中控室以便集中監(jiān)控，通過遠(yuǎn)程控制氣動蝶閥，實現(xiàn)自動排污和裝置的自動清洗功能。

a、排污自動化。采用PLC方式，于污水控制柜中控制收油罐、沉降罐、反沖洗罐以及反沖洗回收罐上的氣動蝶閥，操作沉降罐的開關(guān)閥門，達(dá)到自動排污的目的?？稍O(shè)置排污時間為2～8 h，排污頻率為5～10 min。此種控制方式能夠在自動排污的同時完成反洗功能。

b、反沖洗自動控制。與排污自動化控制方式相似，一次濾罐和二次濾罐的進(jìn)水、出水、反沖洗進(jìn)水及排污口均設(shè)置氣動蝶閥，在污水控制柜中操作進(jìn)出口的閥門。

（3）液壓監(jiān)控及中心控制室

將污水處理現(xiàn)場信號與計算機中心控制系統(tǒng)連接，在污水處理過程中，對收油罐、沉降罐、反洗罐和反沖洗回收罐設(shè)置液位顯示，與泵相連，并設(shè)置報警裝置。罐中的報警裝置一旦啟動或者液位線超過設(shè)置線，中心控制系統(tǒng)就能立即采取控制措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對污水處理系統(tǒng)的智能化控制。

a、中心控制系統(tǒng)的改造。為實現(xiàn)污水處理工藝流程的網(wǎng)絡(luò)化以及管控一體化，于中控室內(nèi)增設(shè)計算機系統(tǒng)、PLC控制器和打印機，集中儲存、顯示和輸出控制信號，實現(xiàn)對污水處理的遠(yuǎn)程控制。

b、液位監(jiān)測及控制。對各油罐及沖洗罐設(shè)置液位監(jiān)測，增添防爆液壓式液壓變送器，實現(xiàn)了就地顯示功能并將監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳至中心控制室，當(dāng)各裝置中液位低于控制線時，報警裝置便會啟動，控制中心下達(dá)對泵的停止命令，當(dāng)液位線低于控制線時，泵重新開始工作，實現(xiàn)對裝置液位的有效監(jiān)測。

4 改造后的效果

將優(yōu)化設(shè)計后的污水處理技術(shù)應(yīng)用至潞寧煤業(yè)公司，凈化水質(zhì)效果得到了明顯改善，完全達(dá)到注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；完善后的控制系統(tǒng)性能良好，優(yōu)化的自動化裝置減少了現(xiàn)場操作時的勞動強度，工作效率明顯提高。且改善后的處理系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)的理念相契合，增加了礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益，對促進(jìn)整個煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

5 結(jié)語

1）潞寧煤業(yè)污水處理系統(tǒng)存在自動化程度較低，工作效率低下等問題，嚴(yán)重制約了企業(yè)的綠色發(fā)展，對環(huán)境存在一定程度的破壞。

2）煤礦污水主要有含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和礦區(qū)生活污水四類來源。

3）與潞寧煤業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況相結(jié)合，采用基于PLC控制技術(shù)對污水處理流程、自動化儀表系統(tǒng)部分進(jìn)行改造設(shè)計，提高了污水處理系統(tǒng)的自動化程度，有利于實現(xiàn)污水處理技術(shù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與管控一體化。

4）將優(yōu)化改進(jìn)后的污水處理技術(shù)應(yīng)用于該企業(yè)，提高了其工作效率，保證了污水處理的水質(zhì)效果，對環(huán)境保護(hù)與資源可持續(xù)發(fā)展有至關(guān)重要的意義。