煤礦污水處理工藝及自動控制系統研究與應用

文/步長存

煤礦污水處理工藝及自動控制系統研究與應用

文/步長存

山東能源臨礦集團新驛煤礦原污水處理系統在長期運行中存在幾個突出問題：自動化程度低，配藥、加藥仍然是人工操作；人工加藥主觀性強、可靠性低；污水處理人員的勞動強度大，長期接觸凈化藥劑影響健康；不利于煤礦全面的信息化、自動化、網絡化管理。

鑒于以上原因，新驛煤礦通過選取適用技術，兼顧環境、經濟和社會效益統一的原則，對煤礦污水處理工藝與自動控制系統進行了研究改進。本文就主要研究創新、與其他工藝比較、應用效果分析進行了闡述。

一、主要研究創新

1．對污水處理的控制系統進行功能性解耦設計。突破按工藝流程設計控制程序的常規思路，該系統分功能設計了各控制子系統，組成污水處理的集散控制系統，簡化了污水處理工藝流程。

具體創新設計：將整個處理系統分為五個子系統：配藥自動控制系統、給藥自動控制系統、排污和反沖洗自動控制系統、提升泵變頻控制系統、PLC自動控制系統。

（1）配藥自動控制系統：實時檢測藥罐液位，在需要配藥時，控制上料機、給料機、稱重裝置，進行無機藥物、有機藥物的自動加藥、加水、攪拌等工作，實現固定濃度的無機、有機藥液的自動配制。

（2）給藥自動控制系統：根據入口和出口的水質、水位、流量等檢測信息，采用閉環控制，通過自適應PID方法、出料計量泵等，自動控制無機、有機藥物的給藥量。

（3）排污和反沖洗自動控制系統：根據凈化罐檢測水管的濁度，自動控制排污閥門進行排污；根據凈化罐取樣管水質，自動控制反沖洗裝置對凈化罐進行反沖洗。

（4）提升泵變頻控制系統：采用雙變頻一拖三的方法，控制泵房6臺提升泵。

（5）PLC控制器系統：包括PLCS-300控制器、輸入輸出模塊、操作員站、觸摸屏、以太網接口、終端監控軟件等。

2．污水處理雙目標多回路自動控制系統。系統采用先進控制技術和檢測設備，兼顧多路性、交互性、獨立性、及時性和可靠性，對各出口和入口參數形成自適應PID或時滯過程PID閉環控制。該系統可同時啟動雙目標多個回路控制功能，同時控制算法減少工藝設備的目標。具體創新設計：

（1）配藥閉環控制系統：系統根據調節池的水質和濁度確定好藥液配比比例后，設定需要配藥的藥罐液位，與實際檢測的藥罐液位相比加，根據液位差值進行PID計算，PID控制量控制使藥罐的實際液位等于或大于所需配藥液位。

（2）加藥閉環控制系統：系統根據調節池礦井水的濁度和流量，計算出需要加藥的流量，并與藥灌出口處的實際管道流量相比較，比較差值采用自適應PID算法，計算所得控制量控制藥液計量泵的運行時間，最終使藥罐出口處的實際管道流量等于所需流量。

（3）排污和反沖洗閉環控制系統：系統根據蓄水池檢測水管的濁度，如果大于設定濁度，則兩者相比較，對差值采用時滯過程PID算法，計算所得控制量控制排污閥門進行排污。根據蓄水池取樣管的水質，與設定水質相比較，同樣對差值采用時滯過程PID算法，計算所得控制量控制閥門進行反沖洗。

（4）提升泵閉環變頻控制系統：提升泵系統采用雙變頻一拖三的方法，控制泵房6臺提升泵，以保證絮凝罐的出口壓力。在絮凝罐出口管道上安設壓力傳感器，檢測值與設定值相比，差值經過PID計算，將控制量送至變頻器以控制泵的啟停臺數和轉速，使絮凝罐的出口壓力保持恒定。

（5）污水處理雙目標多回路控制系統。如圖1所示，系統可實現以達標水質或濁度為目標的多回路控制，該系統中不僅各個子系統內形成閉環，各子系統之間也通過信息傳輸構成前饋或反饋的多回路控制系統。系統啟動達標水質多回路閉環控制系統的目的是實現高標準污水處理，將處理后的礦井水排向礦區生活用水管道；系統啟動濁度多回路閉環控制系統，則是將處理后的礦井水排至礦區生產用水管道。

3．融合計算機、信息處理、網絡通訊、自動化控制等多種技術，設計具有網絡監控層、集中監控層和現場監控層三級污水處理自動控制系統。通過對礦井水水質、流量、液位等信息進行采集并傳輸，CPU對數據進行處理和分析，根據SSCOD的含量自動測算出應加凈水劑數量，并通過伺服系統控制自動配藥機向污水處理系統自動按需給藥。該系統自動化、信息化和網絡化程度高，實用性強。

圖1 污水處理雙目標多回路控制系統

表1 含一般懸浮物類礦井水處理工藝比較

二、與其他工藝比較

該污水處理系統處理的是含一般懸浮物類礦井水，通過調研改進后的處理系統與老的處理系統、一般處理系統等幾種工藝的比較如表1所示。

如表1所示，研究改進的污水處理工藝是對含一般懸浮物類礦井水進行處理的最簡化適用的處理工藝，具有占地面積小，處理能力強，處理效果好，運行費用低等特點，該工藝配以先進適用的自動化、信息化和網絡化技術，實現了污水處理系統的全自動高效運行，并使礦區污水處理系統的信息并入煤礦生產的網絡化管理，使企業走上了經濟、環境和社會“三贏”的綠色循環可持續發展的道路。

三、應用效果分析

該污水處理系統實現了全自動礦井污水處理，實際應用表明，系統運行穩定、狀況良好，安全可靠，實現了并網集中控制功能。礦井水排放指標遠低于一級排放標準，處理能力和處理效果非常好，完成凈化處理后的礦井水作為生產和生活用水，保護了礦區地下水和地表水的自然平衡，解決了礦區用水量增加和水資源短缺的矛盾，保證煤礦企業的正常生產和經營，促進礦區的可持續發展，產生了良好的社會效益和經濟效益，年創造直接經濟效益為235.75萬元。此污水處理工藝及自動控制系統具有廣闊的應用前景和推廣價值。

（作者單位：山東能源臨礦集團新驛煤礦）

（責任編輯：龐永厚）