智能化技術的礦井排水系統優化與治理

摘" 要：文章以石拉烏素煤礦水處理站現有水處理系統為研究對象，論述基于智能化技術對該礦出排水系統進行優化設計。采用智能化手段優化了該礦水處理系統水凈化主流程、磁種回收與藥劑投加流程，將智能化技術引入到生活污水處理系統的污水收集、舉升、沉淀、過濾與污泥處理中。研究目的是為了提高處理效率和減少污染排放，以確保該礦水資源得到有效開發利用。將智能化控制系統應用于礦井水處理，對行業智能化發展起到一定借鑒作用。

關鍵詞：礦井水處理；智能化優化；水凈化主流程；藥劑投加流程

石拉烏素煤礦水處理站擔負著礦井水、生活污水等治理中的環保職能。目前，礦井水處理系統主要采用超磁分離等水體凈化工藝、A/O工藝及淺層介質過濾器對水資源進行回用，但是在能耗、水質的控制上，這些工藝還有進一步改進的余地。智能化技術的運用給礦井排水系統的優化帶來了全新的可能，利用傳感器、自動控制系統以及數據分析可以實現水質、藥劑投加量以及設備狀態等參數的實時監測與優化調整。

1.石拉烏素煤礦水處理站現狀分析

石拉烏素煤礦水處理站由礦井水處理與生活污水處理兩大系統組成，其設計與建設工作于2014年完成[1]。該處理站旨在處理礦井和生活用水，以達到國家環保標準并實現水資源的再利用。

礦井水處理系統的設計處理能力為1000m3/h，進水水質標準要求CODcr≤200mg/L、SS≤1000mg/L（通常為300至500mg/L），pH值范圍為6至9。

礦井水處理系統結合了超磁分離的水體凈化技術和過濾流程，經過處理的礦井水質滿足了井下消防灑水的水質標準和地面生產用水的水質要求。礦井水經過處理，其水質pH值達到了6.5至8.5，懸浮固體的濃度不超過5mg/L，COD的濃度不超過30mg/L，確保排放的水滿足《煤炭工業污染物排放標準》的規定。

生活污水處理系統設計處理能力為1440m2/d，進水水質標準要求CODcr≥250mg/L、BOD5≥150mg/L、SS≥200mg/L、氨氮≥20mg/L、pH值范圍為6.5至8.5。

生活污水處理系統利用A/O綜合污水處理設備及自動淺層介質過濾器對處理過的生活污水進行回用，以補充選煤廠的用水。處理后的水質符合《城市污水再生利用·城市雜用水水質》標準，

SS≤10mg/L，總大腸菌群≤3個/升。

2.礦井水處理系統的智能化優化

2.1礦井水凈化主流程優化

目前，石拉烏素煤礦水處理站礦井水凈化系統主要由調節池、刮泥機、混凝系統、超磁分離機及自清洗過濾器組成。在優化時，通過設置智能傳感器可以實時監測礦井水中COD，SS，pH，并與數據分析系統的智能化處理相結合，實現凈化流程各參數的適時調節。以調節池及刮泥機為例，該智能控制系統能夠根據水質的變化自動調節污泥的清理頻率以提高刮泥效率，減少人工干預[2]。此外，在混凝系統內投加藥劑時，可以根據水質情況對投加量進行自動優化，以免投加量過多或者過少。超磁分離機是礦井水凈化的核心裝備，通過智能化控制可實現固液高效分離和節能。采用智能算法動態調節磁場強度可以使加工的過程懸浮物去除率達到最優。對自清洗過濾器而言，加入智能控制模塊可以自動檢測過濾器濾芯堵塞狀況和自動啟動清洗進程，確保出水順暢和水質穩定。通過智能控制設備與監測系統的合作，使礦井水凈化主流程能夠實現自適應調節。

2.2藥劑投加流程智能化

藥劑投加流程智能化改進是優化PAC（聚合氯化鋁）、PAM（聚丙烯酰胺）投加量，達到準確、節約、高效水處理工藝的目的。在目前的礦井水處理過程中，PAC和PAM被視為關鍵的混凝劑，而這些藥物的合理使用直接決定了水的凈化效果和成本。通過安裝智能傳感器實時監測水質參數，例如懸浮物濃度、COD、pH值等，可以智能判斷當前水質的凈化需求，從而實現藥物的精確投加[3]。PAC配制裝置、PAM自動泡藥機等智能化設備能夠實現濃度自動調配，使投加藥劑濃度滿足加工需要，以此來降低藥劑的浪費和優化水處理的成本效益。投加PAC、PAM時，智能控制系統可以通過計量泵組對藥劑流速及流量進行調控，保證最佳混凝效果。智能控制系統能在水質條件變化時自動調節藥劑投加量，例如，當水質中懸浮固體的含量上升時，系統會相應地增加PAC的投放量，以實現更高效率的混凝作用，反之，在水質較清澈的情況下，智能控制系統會減少藥劑的投加量避免浪費。

3.生活污水處理系統的智能化治理

3.1污水收集與提升系統

污水收集與提升系統智能化治理是石拉烏素煤礦水處理站建設的關鍵，保證了污水處理的穩定和高效。污水先通過管網匯集，自流流入污水泵房，該工藝將智能化傳感器設置于各個關鍵點位處，能夠對污水流量、液位以及水質進行實時監控，保證了收集效率。利用自動格柵除污機，可以自動截獲雜物，避免后續加工設備堵塞，同時，系統能夠根據雜質含量的改變自動調節格柵機清理頻率，保證排水管道暢通。污水提升泵智能控制通過液位傳感器、流量計等裝置進行實時監控，使污水提升泵能夠根據調節池內的液位情況自動啟停，確保污水及時上升，系統還將對污水流入量波動進行分析，合理安排提升泵啟停頻率，避免裝置超載或者長期閑置。根據水質變化情況，提升系統可通過流量調節達到合理控制調節池水位的目的，并在此基礎上優化后續處理過程。污水收集與提升系統在提高工作效率的同時，還能顯著降低由于管網阻塞或者污水泄漏對環境造成的影響。

3.2調節池與生化氧化系統智能控制

采用智能化手段實時監測調節池內污水量、溫度及水質指標，可以讓處理工藝更有效率。調節池內液位傳感器與溫度傳感器對智能控制系統起著至關重要的作用，尤其是冬季低溫時段，智能控制系統可以實現水溫的自動調節，確保污水進入生化氧化系統之前保持最佳溫度，從而保持良好生化反應速率[4]。另外，還可以將調節池流量及水質傳感器數據實時上傳到中央控制系統，有利于運維人員及時了解水質動態變化情況，以便準確調節。基于水質數據，生化氧化系統的智能控制系統能夠自動調整曝氣的強度，曝氣過程溶解氧濃度對有機物降解效率有著至關重要的影響，智能控制系統通過溶解氧傳感器來監測濃度的變化情況，根據這些數據對鼓風機輸出進行自動調整，減少了能源消耗的同時，又能維持較好的處理效果。與污水水質實時分析相結合，該智能控制系統能夠自動判斷曝氣時間是需要延長還是縮短，維持污水溶解氧水平處于最佳范圍內，從而提高生物處理效率。調節池和生化氧化系統采用智能化監測和控制，可在低能耗基礎上保持效果穩定并保證水質達標。

3.3污泥處理的智能化監控

污泥處理是污水處理的關鍵環節，引入智能化監控系統可以高效地處理污泥，降低對環境的污染。二沉池沉淀時產生的污泥會輸送到污泥池內，經污泥泵進入壓濾機脫水。智能控制系統對污泥池內的液位、泥渣濃度及濕度進行實時監控，并對污泥泵啟停頻率進行動態調節，從而保證污泥泵持續運輸[5]。同時，通過智能監控能夠檢測污泥成分變化情況，保證進入壓濾機內的污泥含水率與脫水處理相適應。智能化壓濾機工作時，濾布狀態與污泥脫水效果可以通過壓力傳感器與流量傳感器進行檢測。在壓濾機過濾效率下降或者濾布卡死情況下，系統自動啟動清洗程序，避免濾布卡死而造成設備故障。另外，污泥脫水后的泥餅外運也會在智能監控系統下完成，實現了污泥脫水量、泥餅重量等參數的自動記錄，便于統計分析。污泥處理智能化治理在提高污泥處理效率的同時也減少了人工維護力度，保證污泥處理穩定、安全。

4.結論

通過對石拉烏素煤礦水處理站的優化研究，表明智能化技術在礦井排水系統中的應用可以顯著提高水處理效率和水質穩定性，降低運行成本并減少污染物排放。在礦區環保治理和水資源利用上，智能化技術的引入為實現節能、減排提供了有效路徑，對礦井水處理系統的長遠發展具有積極意義。

參考文獻：

[1]安江偉。礦井排水系統智能化改造技術應用[J]. 能源與節能， 2024， （10）： 248-250.

[2]劉志強、宋朝陽、程守業、王強、周明、王恒。煤礦凍結立井井筒機械破巖智能化建設工藝及關鍵技術分析[J]. 煤炭工程， 2024， 56 （10）： 31-39.

[3]劉皓鑫。煤礦井下智能局部通風控制系統功能布局[J]. 裝備維修技術， 2024， （05）： 36-38.

[4]王博翰。5G通信網絡技術助力礦井智能化發展的研究[J]. 西部探礦工程， 2024， 36 （10）： 150-153.

[5]王高軍。礦井排水系統智能化改造技術應用[J]. 山東煤炭科技， 2021， 39 （08）： 146-147+159.