文/步長(zhǎng)存

煤礦污水處理工藝及自動(dòng)控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

文/步長(zhǎng)存

山東能源臨礦集團(tuán)新驛煤礦原污水處理系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中存在幾個(gè)突出問(wèn)題：自動(dòng)化程度低，配藥、加藥仍然是人工操作；人工加藥主觀性強(qiáng)、可靠性低；污水處理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，長(zhǎng)期接觸凈化藥劑影響健康；不利于煤礦全面的信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化管理。

鑒于以上原因，新驛煤礦通過(guò)選取適用技術(shù)，兼顧環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益統(tǒng)一的原則，對(duì)煤礦污水處理工藝與自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究改進(jìn)。本文就主要研究創(chuàng)新、與其他工藝比較、應(yīng)用效果分析進(jìn)行了闡述。

一、主要研究創(chuàng)新

1．對(duì)污水處理的控制系統(tǒng)進(jìn)行功能性解耦設(shè)計(jì)。突破按工藝流程設(shè)計(jì)控制程序的常規(guī)思路，該系統(tǒng)分功能設(shè)計(jì)了各控制子系統(tǒng)，組成污水處理的集散控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了污水處理工藝流程。

具體創(chuàng)新設(shè)計(jì)：將整個(gè)處理系統(tǒng)分為五個(gè)子系統(tǒng)：配藥自動(dòng)控制系統(tǒng)、給藥自動(dòng)控制系統(tǒng)、排污和反沖洗自動(dòng)控制系統(tǒng)、提升泵變頻控制系統(tǒng)、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。

（1）配藥自動(dòng)控制系統(tǒng)：實(shí)時(shí)檢測(cè)藥罐液位，在需要配藥時(shí)，控制上料機(jī)、給料機(jī)、稱(chēng)重裝置，進(jìn)行無(wú)機(jī)藥物、有機(jī)藥物的自動(dòng)加藥、加水、攪拌等工作，實(shí)現(xiàn)固定濃度的無(wú)機(jī)、有機(jī)藥液的自動(dòng)配制。

（2）給藥自動(dòng)控制系統(tǒng)：根據(jù)入口和出口的水質(zhì)、水位、流量等檢測(cè)信息，采用閉環(huán)控制，通過(guò)自適應(yīng)PID方法、出料計(jì)量泵等，自動(dòng)控制無(wú)機(jī)、有機(jī)藥物的給藥量。

（3）排污和反沖洗自動(dòng)控制系統(tǒng)：根據(jù)凈化罐檢測(cè)水管的濁度，自動(dòng)控制排污閥門(mén)進(jìn)行排污；根據(jù)凈化罐取樣管水質(zhì)，自動(dòng)控制反沖洗裝置對(duì)凈化罐進(jìn)行反沖洗。

（4）提升泵變頻控制系統(tǒng)：采用雙變頻一拖三的方法，控制泵房6臺(tái)提升泵。

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

2．污水處理雙目標(biāo)多回路自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用先進(jìn)控制技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備，兼顧多路性、交互性、獨(dú)立性、及時(shí)性和可靠性，對(duì)各出口和入口參數(shù)形成自適應(yīng)PID或時(shí)滯過(guò)程PID閉環(huán)控制。該系統(tǒng)可同時(shí)啟動(dòng)雙目標(biāo)多個(gè)回路控制功能，同時(shí)控制算法減少工藝設(shè)備的目標(biāo)。具體創(chuàng)新設(shè)計(jì)：

（1）配藥閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)根據(jù)調(diào)節(jié)池的水質(zhì)和濁度確定好藥液配比比例后，設(shè)定需要配藥的藥罐液位，與實(shí)際檢測(cè)的藥罐液位相比加，根據(jù)液位差值進(jìn)行PID計(jì)算，PID控制量控制使藥罐的實(shí)際液位等于或大于所需配藥液位。

（2）加藥閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)根據(jù)調(diào)節(jié)池礦井水的濁度和流量，計(jì)算出需要加藥的流量，并與藥灌出口處的實(shí)際管道流量相比較，比較差值采用自適應(yīng)PID算法，計(jì)算所得控制量控制藥液計(jì)量泵的運(yùn)行時(shí)間，最終使藥罐出口處的實(shí)際管道流量等于所需流量。

（3）排污和反沖洗閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)根據(jù)蓄水池檢測(cè)水管的濁度，如果大于設(shè)定濁度，則兩者相比較，對(duì)差值采用時(shí)滯過(guò)程PID算法，計(jì)算所得控制量控制排污閥門(mén)進(jìn)行排污。根據(jù)蓄水池取樣管的水質(zhì)，與設(shè)定水質(zhì)相比較，同樣對(duì)差值采用時(shí)滯過(guò)程PID算法，計(jì)算所得控制量控制閥門(mén)進(jìn)行反沖洗。

（4）提升泵閉環(huán)變頻控制系統(tǒng)：提升泵系統(tǒng)采用雙變頻一拖三的方法，控制泵房6臺(tái)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(shè)壓力傳感器，檢測(cè)值與設(shè)定值相比，差值經(jīng)過(guò)PID計(jì)算，將控制量送至變頻器以控制泵的啟停臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，使絮凝罐的出口壓力保持恒定。

（5）污水處理雙目標(biāo)多回路控制系統(tǒng)。如圖1所示，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以達(dá)標(biāo)水質(zhì)或濁度為目標(biāo)的多回路控制，該系統(tǒng)中不僅各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)形成閉環(huán)，各子系統(tǒng)之間也通過(guò)信息傳輸構(gòu)成前饋或反饋的多回路控制系統(tǒng)。系統(tǒng)啟動(dòng)達(dá)標(biāo)水質(zhì)多回路閉環(huán)控制系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)污水處理，將處理后的礦井水排向礦區(qū)生活用水管道；系統(tǒng)啟動(dòng)濁度多回路閉環(huán)控制系統(tǒng)，則是將處理后的礦井水排至礦區(qū)生產(chǎn)用水管道。

3．融合計(jì)算機(jī)、信息處理、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)化控制等多種技術(shù)，設(shè)計(jì)具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層、集中監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層三級(jí)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)礦井水水質(zhì)、流量、液位等信息進(jìn)行采集并傳輸，CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)SSCOD的含量自動(dòng)測(cè)算出應(yīng)加凈水劑數(shù)量，并通過(guò)伺服系統(tǒng)控制自動(dòng)配藥機(jī)向污水處理系統(tǒng)自動(dòng)按需給藥。該系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化程度高，實(shí)用性強(qiáng)。

圖1 污水處理雙目標(biāo)多回路控制系統(tǒng)

表1 含一般懸浮物類(lèi)礦井水處理工藝比較

二、與其他工藝比較

該污水處理系統(tǒng)處理的是含一般懸浮物類(lèi)礦井水，通過(guò)調(diào)研改進(jìn)后的處理系統(tǒng)與老的處理系統(tǒng)、一般處理系統(tǒng)等幾種工藝的比較如表1所示。

如表1所示，研究改進(jìn)的污水處理工藝是對(duì)含一般懸浮物類(lèi)礦井水進(jìn)行處理的最簡(jiǎn)化適用的處理工藝，具有占地面積小，處理能力強(qiáng)，處理效果好，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，該工藝配以先進(jìn)適用的自動(dòng)化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了污水處理系統(tǒng)的全自動(dòng)高效運(yùn)行，并使礦區(qū)污水處理系統(tǒng)的信息并入煤礦生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化管理，使企業(yè)走上了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)“三贏”的綠色循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的道路。

三、應(yīng)用效果分析

該污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)礦井污水處理，實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、狀況良好，安全可靠，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)集中控制功能。礦井水排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)和生活用水，保護(hù)了礦區(qū)地下水和地表水的自然平衡，解決了礦區(qū)用水量增加和水資源短缺的矛盾，保證煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)，促進(jìn)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，年創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益為235.75萬(wàn)元。此污水處理工藝及自動(dòng)控制系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

（作者單位：山東能源臨礦集團(tuán)新驛煤礦）

（責(zé)任編輯：龐永厚）