高密度泥漿法處理礦區(qū)污水的應(yīng)用與實踐
酸性廢水是有色金屬工業(yè)的主要廢水之一，具有污染成分復(fù)雜、水量波動大、排放點分散、廢水難于控制等特點。目前，國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的酸性廢水處理技術(shù)有石灰中和高密度泥漿法、離子交換法、鐵屑置換法、吸附法、生物氧化法等。石灰中和法、鐵（鋁）鹽沉淀法、高濃度泥漿法等產(chǎn)生的底泥無法直接回收利用，存在處理難的問題。某礦區(qū)目前采用的是高濃度泥漿法進行污水處理，整個污水處理流程中很多工段都是采用人工操作，工作量大，人力成本高，且工人的技術(shù)水平參差不齊，很難保證穩(wěn)定性，因此廠區(qū)決定對污水處理系統(tǒng)進行自動化系統(tǒng)改造，降低人力成本，同時提高污水處理效率。
一、污水處理工藝控制要求
1.調(diào)節(jié)池液位控制。通過調(diào)節(jié)池超聲波液位計檢測到液位模擬輸入信號控制調(diào)節(jié)池排水管上的開關(guān)閥，達到控制調(diào)節(jié)池液位的目的。
2.通過調(diào)節(jié)池排水總管流量計、pH計檢測排出工業(yè)污水量以及pH值等參數(shù)，自動調(diào)節(jié)投加石灰乳量，以控制出水pH值為8.5左右。采用泵投加進入石灰/泥漿混合槽。
3.通過調(diào)節(jié)池排水總管流量計檢測排出工業(yè)污水量，按照設(shè)定程序自動控制螺桿泵的轉(zhuǎn)速控制絮凝劑溶液的添加量，投加至混合分配槽。
4.濃密池底泥濃度和高度控制。濃密池底泥的濃度和高度通過刮泥機的扭矩間接檢測，這一關(guān)系需在調(diào)試過程中獲得。濃密池底泥的濃度和高度與壓濾泵的排泥有關(guān)，當(dāng)扭矩大時，啟動壓濾泵排泥，當(dāng)扭矩減小到一定值時，壓濾泵停止。濃密機底部的排泥泵為變頻泵，濃密機的底流排放流量由底泥儲槽的液位來決定，當(dāng)?shù)啄鄡Σ鄣囊何桓邥r減小排泥泵的流量，當(dāng)?shù)啄鄡Σ鄣囊何坏蜁r加速排泥泵的流速，以確保底泥儲槽保持一定液位。
二、泥漿法自動化控制系統(tǒng)和功能設(shè)計
通過廠區(qū)的污水處理系統(tǒng)中的電石乳的投放量、絮凝劑量等計量控制手段全憑人工根據(jù)系統(tǒng)測試的液位、PH值、SS值、流量等數(shù)據(jù)進行控制。該礦區(qū)日處理酸性污水量達到500m3，如果完成依靠人工進行操作，則需要投入非常大的人力成本。此外，由于污水處理程序過程繁瑣，操作人員經(jīng)常會出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象，使處理的污水達不到排放的標(biāo)準(zhǔn)，污染環(huán)境。該礦區(qū)進行自動化控制改造后，采用的污水處理工藝控制，由整個礦區(qū)的污水處理系統(tǒng)完全實現(xiàn)了自動化運轉(zhuǎn)。設(shè)計的自動化控制系統(tǒng)可以根據(jù)液位、PH值、SS值、流量等數(shù)據(jù)自動控制電石乳的投放量、絮凝劑量等參數(shù)，不僅有效地降低了人力成本，提高了污水處理效率，而且電石乳的投放量、絮凝劑量、廢水流量等污水處理控制更加精準(zhǔn)。
1.控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)過程控制層采用西門子生產(chǎn)的產(chǎn)品來實現(xiàn)系統(tǒng)對污水處理過程中的液位、pH值、SS值、流量等數(shù)據(jù)測量，以及攪拌機、控制泵等控制，實現(xiàn)對電石乳的投放量、絮凝劑量、廢水流量等污水處理參數(shù)的自動控制。同時其可以實現(xiàn)對污水處理過程進行監(jiān)控、顯示以及報警等功能。該自動化系統(tǒng)可以在線pH計測量反應(yīng)池中廢水的pH值，從而通過控制系統(tǒng)控制電石乳的投放量，可以精確的控制電石乳的投放，減少石灰的用量，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。此外，該礦區(qū)設(shè)計的系統(tǒng)日處理500m3酸性污水，在如此大的反應(yīng)空間中，不同區(qū)域的污水pH值會存在差異，如果只采用pH計進行點檢測，可能會影響系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確性，因此，為了反應(yīng)池內(nèi)各處的PH值相對保持一致，本設(shè)計的控制系統(tǒng)中還采用了中和反應(yīng)攪拌系統(tǒng)，此攪拌系統(tǒng)可以根據(jù)反應(yīng)池中廢水總量來控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，提高了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
2.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。采用西門子公司生產(chǎn)的STEP7軟件進行程序的設(shè)計和開發(fā)。STEP7軟件不僅可以使用多種語言形式進行編程，而且具有對程序進行調(diào)試、系統(tǒng)故障診斷及測試等功能，有效地降低了技術(shù)人員的工作強度，減少程序安裝時間。當(dāng)采用SEP7編輯程序完成后，經(jīng)過編譯器進行編輯后可直接安裝至PLC中使用，在程序過程中完全與STEP7軟件無關(guān)，因此STEP7軟件僅僅具有編輯程序的功能。
（1）系統(tǒng)工藝流程程序設(shè)計。系統(tǒng)中PLC主要是對污水處理系統(tǒng)中各種設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，同時完成控制層指令。采用高密度泥漿法的礦山污水處理要求，對污水處理系統(tǒng)的工藝流程程序進行了設(shè)計，達到對污水處理系統(tǒng)中各類設(shè)備進行監(jiān)測的目的。在進行電石乳配備時，首先啟動電石乳消化器設(shè)備后，斗式提升泵、加液泵分別會往電石乳制備桶中加入石灰及水，當(dāng)電石乳制備桶的液位上升到報警位時，兩泵將會停止運行，此時電石乳消化器將會把多余的物料輸送至投加箱，如果輸送完成后，螺桿泵將會停止工作。在進行絮凝劑配制過程中，首先在絮凝劑配制裝置中將水與絮凝劑進行充分?jǐn)嚢杌旌?5min后，再通過絮凝劑輸送泵進入配制好的絮凝劑輸送至絮凝反應(yīng)槽中，同時往槽中加入藥劑進行反應(yīng)，然后采用攪拌機進行攪拌45min。不斷循環(huán)上述過程。其中絮凝劑輸送泵配備兩臺，一臺工作，另一臺備用。濃密池在進行底泥處理過程中，首先打開泥漿提升泵，則濃密池中的底泥將會經(jīng)過提升泵再次進入回流攪拌桶中，當(dāng)濃密池中的液位達到報警未時，渣漿泵將會工作將濃密池中的底泥抽走。整個處理過程將會不斷往復(fù)的重復(fù)上述處理過程。
（2）PLC軟件程序設(shè)計。PLC程序采用西門子STEP7軟件進行開發(fā)，整個程序使用的是梯形圖語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，由一個主程序和多個子程序組成，如圖所示。
3、系統(tǒng)運行結(jié)果。通過采用本文設(shè)計的控制系統(tǒng)對該礦區(qū)處理的酸性污水進行了試驗檢測，詳細(xì)的研究了石灰用量、曝氣量、絮凝劑等污水處理工藝參數(shù)對處理效果的影響。最終得到基于該礦山污水處理工藝的最優(yōu)處理工藝，其中各最優(yōu)工藝參數(shù)為：石灰加入至污水PH值約為9、曝氣量約為4L/min、絮凝劑約為8mg/L，同時對處理前、后的水質(zhì)進行了檢測，基于高密度泥漿法污水處理工藝，設(shè)計的系統(tǒng)不僅可以提高酸性礦山污水的水質(zhì)，而且可以有效地提高酸性礦山污水處理工藝的運行穩(wěn)定性及可靠性。此外，進行改造前后處理污水1m3的費用對比如表所示。
經(jīng)過自動化控制改造后，雖然電費有所增加，但是無論是石灰、絮凝劑的成本，還是人工費都降低了，這也使得改造后污水處理所需的總成本也下降，污水處理系統(tǒng)經(jīng)過自動化改造后，不僅可以采用提高酸性礦山污水的水質(zhì)，而且還可以有效地降低運營成本。
基于高濃度泥漿法工藝的自動控制系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了電石乳投放、絮凝劑加入、廢水流量等自動化，而且通過采用了中和反應(yīng)攪拌系統(tǒng)來控制攪拌系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，有效地提高了系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確率。整個自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅系統(tǒng)運行穩(wěn)定，而且有效地提高了生產(chǎn)效率以及設(shè)備管理水平。
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