摘 要：高礦化度礦井水直接排放對環(huán)境危害大，對高礦化度礦井水的處理越來越受到關(guān)注。簡單介紹了高礦化度礦井水常見的處理工藝，提出了基于膜處理工藝流程的自動控制策略，并介紹了自動控制系統(tǒng)的具體控制方法。

　　關(guān)鍵詞：高礦化度礦井水,處理工藝,自動控制

　　1 高礦化度礦井水特征及危害

　　高礦化度礦井水一般是指含鹽量大于1000ng/L的礦井水。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國煤礦高礦化度礦井水的含鹽量一般在1000～3000mg/L，少量礦井的礦井水含鹽量達(dá)4000mg/L以上。這類礦井水的水質(zhì)多數(shù)呈中性或偏堿性，且?guī)Э酀�味，因此也稱苦咸水。因這類礦井水的含鹽量主要來源于Ca2+，Mg2+，Na+，K+，SO42-，HCO3-，Cl-等離子，所以硬度往往較高。

　　高礦化度礦井水如果不經(jīng)過處理就直接排放，會給生態(tài)環(huán)境帶來一定的危害。主要表現(xiàn)為河流水含鹽量上升、淺層地下水位抬高、土壤滋生鹽堿化、不耐鹽堿類林木種勢削弱，農(nóng)作物減產(chǎn)等。另一方面，由于采礦破壞了地下水資源，許多采礦企業(yè)用水困難。高礦化度礦井水處理后回用，不僅防止了污染，而且節(jié)約了寶貴的水資源，還可為企業(yè)降低供水成本，因此高礦化礦井水的處理利用受到越來越廣泛的關(guān)注。

　　2 高礦化度礦井水處理工藝特點(diǎn)及控制策略

　　高礦化度礦井水處理工藝流程一般為混凝、沉淀、過濾、脫鹽，其中混凝、沉淀、過濾的目的是去除水中的懸浮物，脫鹽的目的是去除水中的鹽離子，降低水的硬度，從而達(dá)到工業(yè)回用標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)這個工藝流程的技術(shù)有多種選擇，擬定高礦化度礦井水處理工藝流程見圖1。

　　預(yù)沉調(diào)節(jié)池、重力無閥濾池、自清洗過濾器、超濾機(jī)組逐步去除水中的懸浮物，精密過濾器去除預(yù)處理中未能完全去除或新產(chǎn)生的懸浮物，反滲透機(jī)組對礦井水進(jìn)行脫鹽處理。預(yù)沉調(diào)節(jié)池、重力無閥濾池為傳統(tǒng)工藝，超濾法、反滲透法為新型膜滲透工藝，與其他水處理方法相比均具有無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)工藝設(shè)備相比，能有效降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.1行車刮泥機(jī)及提升泵

　　(1)行車刮泥機(jī)

　　行車刮泥機(jī)可手動/軟手動/自動控制，手動狀態(tài)下可在就地控制箱上點(diǎn)動控制提耙電機(jī)、行走電機(jī);軟手動狀態(tài)時可在上位機(jī)遠(yuǎn)程手動控制提耙電機(jī)、行走電機(jī)運(yùn)行;自動狀態(tài)時，行車刮泥機(jī)由PLC控制間歇運(yùn)行，間歇時間可在上位機(jī)修改。自動刮泥時，提耙電機(jī)、行走電機(jī)均由限位開關(guān)控制，提耙電機(jī)把泥耙放下，到達(dá)下限限位后，提耙電機(jī)停止運(yùn)行，行走電機(jī)開始正向行走，到達(dá)正向限位后，行走電機(jī)停止運(yùn)行，提耙電機(jī)再將泥耙提起，到達(dá)上限限位后，提耙電機(jī)停止運(yùn)行，行走電機(jī)開始反向行走，到達(dá)反向限位后，行走電機(jī)停止運(yùn)行，行車刮泥機(jī)等待下一次刮泥。

　　(2)提升泵

　　集水池提升泵可手動/軟手動/自動控制，手動狀態(tài)下可在就地控制箱上單機(jī)啟停;軟手動狀態(tài)下可在上位機(jī)上遠(yuǎn)程控手動制啟停;自動狀態(tài)下，由PLC控制，根據(jù)集水池液位自動控制泵的啟停，實(shí)現(xiàn)高液位啟泵低液位停泵，避免水泵無水干轉(zhuǎn)，液位控制數(shù)值可在上位機(jī)手動修改，上位機(jī)對泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如出現(xiàn)故障，則自動投入備用泵并報警。

　　煤泥提升泵可手動/軟手動/自動控制，手動、軟手動方式與集水池提升泵相同;自動狀態(tài)時由PLC控制定時定點(diǎn)運(yùn)行，運(yùn)行時間可在上位機(jī)上設(shè)定，上位機(jī)對泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如出現(xiàn)故障，則自動投入備用泵并報警。

　　2.2污泥泵及板框壓濾機(jī)

　　污泥泵作為板框壓濾機(jī)的進(jìn)料泵，與板框壓濾機(jī)配套使用，均有手動/自動控制方式，手動狀態(tài)下可在就地控制箱上單機(jī)啟停;自動狀態(tài)時由PLC控制，根據(jù)壓力表、行程開關(guān)和壓濾機(jī)運(yùn)行步續(xù)(壓緊濾板 保壓開始 進(jìn)料過濾 壓榨吹洗 保壓結(jié)束 松開濾板 拉板卸餅 待機(jī)循環(huán) 壓緊濾板)對污泥泵及壓濾機(jī)電氣設(shè)備進(jìn)行自動控制，并對污泥泵進(jìn)行低液位停泵保護(hù)。上位機(jī)對污泥泵及壓濾機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如出現(xiàn)故障，則自動停機(jī)并報警。

　　2.3加藥設(shè)備

　　(1)絮凝劑、助凝劑

　　絮凝劑(PAC)、助凝劑(PAM)加在礦井水進(jìn)水管道上，增加懸浮物的絮凝，有效去除水中懸浮物。PAC、PAM加藥泵可手動/軟手動/自動控制，手動狀態(tài)下可在就地控制箱上單機(jī)啟停;軟手動狀態(tài)下可在上位機(jī)上遠(yuǎn)程手動控制啟停;自動狀態(tài)時，PAC、PAM加藥泵由PLC變頻控制，受進(jìn)水流量、進(jìn)水濁度和加藥箱液位共同控制，加藥箱低液位時停泵并報警。上位機(jī)對加藥泵的運(yùn)行狀態(tài)及液位進(jìn)行監(jiān)控。

　　(2)殺菌劑

　　殺菌劑加在超濾機(jī)組進(jìn)水管道上，阻止細(xì)菌的生長和粘泥的形成，保護(hù)超濾膜。殺菌劑加藥泵可手動/軟手動/自動控制，手動、軟手動方式與絮凝劑加藥泵相同;自動狀態(tài)時，由PLC控制，殺菌劑加藥泵啟停與超濾進(jìn)水泵聯(lián)動，超濾進(jìn)水泵啟動，殺菌劑加藥泵亦啟動，超濾進(jìn)水泵停止，殺菌劑加藥泵亦停止。藥劑投加量根據(jù)超濾進(jìn)水量調(diào)整，同時受加藥箱液位控制，加藥箱低液位時停泵并報警。上位機(jī)對殺菌劑加藥泵的運(yùn)行狀態(tài)及液位進(jìn)行監(jiān)控。

　　(3)阻垢劑、氧化劑、還原劑、加酸劑

　　根據(jù)高礦化度礦井水的水質(zhì)分析，有選擇性的添加阻垢劑、還原劑、氧化劑、加酸劑、弱酸陽離子交換樹脂等。正確的藥劑可防止膜面結(jié)垢，能提高產(chǎn)水量和產(chǎn)水質(zhì)量，降低運(yùn)行費(fèi)用。藥劑投加在反滲透機(jī)組進(jìn)水管道上，各加藥泵可手動/軟手動/自動控制，手動、軟手動方式與絮凝劑相同;自動狀態(tài)時，由PLC控制，各加藥泵啟停與反滲透進(jìn)水泵聯(lián)動，反滲透進(jìn)水泵啟動，各加藥泵亦啟動，反滲透進(jìn)水泵停止，各加藥泵亦停止。藥劑的投加量根據(jù)反滲透進(jìn)水量、PH值等調(diào)整，同時受相應(yīng)加藥箱液位控制，加藥箱低液位時停泵并報警。上位機(jī)對各加藥泵的運(yùn)行狀態(tài)及各液位進(jìn)行監(jiān)控。

　　2.4自清洗過濾器及精密過濾器

　　(1)自清洗過濾器

　　a.控制模式一：自清洗過濾器濾網(wǎng)內(nèi)外設(shè)壓差開關(guān)，根據(jù)設(shè)定的壓差判斷過濾器是否應(yīng)該清洗。壓差達(dá)到預(yù)設(shè)值時，將開始自動清洗過程，排污閥打開，電動機(jī)帶動吸污管動作，對濾網(wǎng)表面進(jìn)行清洗，清洗時間僅需數(shù)十秒。清洗完成后，電動機(jī)及排污閥關(guān)閉。

　　b.控制模式二：自清洗過濾器根據(jù)時間間隔進(jìn)行定期清洗，間隔時間由PLC設(shè)定。時間間隔可從0調(diào)整至24h，但每一檔不小于30min。

　　c.壓差的預(yù)設(shè)值、自清洗的運(yùn)行周期均可由上位機(jī)進(jìn)行修改設(shè)定。

　　(2)精密過濾器

　　進(jìn)出水口設(shè)置壓力表，并將信號上傳至PLC。當(dāng)運(yùn)行過程中進(jìn)出水壓差達(dá)到極限值時，上位機(jī)報警，人工更換濾芯。

　　2.5超濾機(jī)組

　　主要的控制和檢測設(shè)備有：超濾進(jìn)水泵、超濾循環(huán)泵、超濾反洗泵、超濾清洗泵、超濾電動閥門、流量計、壓力表等。

　　超濾機(jī)組數(shù)量及單套機(jī)組膜的數(shù)量由處理水量確定，每套機(jī)組的運(yùn)行過程相同，所有機(jī)組共用進(jìn)水泵、反洗泵、清洗泵。PLC程序按照超濾設(shè)備運(yùn)行方式、工藝設(shè)定的循環(huán)以及設(shè)備操作的按序時間周期自動控制。時間參數(shù)根據(jù)工藝要求、運(yùn)行情況及機(jī)組數(shù)量來確定，并可在需要時進(jìn)行必要的調(diào)整。每套機(jī)組均按照以下描述的控制方式循環(huán)運(yùn)行。超濾單個機(jī)組一個循環(huán)周期包括正洗、運(yùn)行、氣洗、反洗1、反洗2五個步續(xù)，步續(xù)時長最初由工藝設(shè)定。整套機(jī)組的反洗1、反洗2循環(huán)運(yùn)行，即第一套機(jī)組反洗1、反洗2完成后，第二套機(jī)組進(jìn)入反洗1，第二套機(jī)組反洗2完成后，第三套機(jī)組進(jìn)入反洗1，依次類推直至最后一套機(jī)組反洗完成。當(dāng)凈化水池液位達(dá)到超低報警液位或/和超濾水池達(dá)到超高報警液位時，停止超濾機(jī)組。

　　在手動、軟手動及自動模式下，超濾進(jìn)水泵均只在每套機(jī)組的正洗、運(yùn)行步續(xù)中運(yùn)行，且需變頻啟動，防止超濾膜受到突然增壓而損壞，自動時工作頻率根據(jù)開啟機(jī)組數(shù)量及進(jìn)水壓力綜合控制。在手動、軟手動及自動模式下，超濾循環(huán)泵均只在相對機(jī)組的運(yùn)行步續(xù)中啟動，增大超濾膜表面流速，降低膜的污堵現(xiàn)象，延長化學(xué)清洗時間。在手動、軟手動及自動模式下，超濾反洗泵均只在每套機(jī)組的反洗1、反洗2步續(xù)中啟動，超濾反洗泵變頻啟動，防止反洗管道及膜組件受到突然增壓而損壞，工作頻率根據(jù)反洗壓力控制。超濾清洗泵手動控制，當(dāng)膜的跨膜壓差達(dá)到0.15~0.2Mpa時，手動開啟超濾清洗泵，對超濾膜進(jìn)行化學(xué)清洗，去除膜上各種污染物的沉積。

　　在各個步續(xù)中，除開啟相應(yīng)的設(shè)備外，還要開啟相應(yīng)的電動閥門，并考慮電動閥門與泵的啟停順序及閥門啟停所需的時間，即閥門完全開啟后泵再啟動，泵停止后閥門再關(guān)閉。

　　2.6反滲透機(jī)組

　　主要的控制和檢測設(shè)備有：反滲透進(jìn)水泵、高壓泵、反滲透清洗泵、反滲透閥門、流量計、壓力表、電導(dǎo)率、壓力開關(guān)等。

　　反滲透機(jī)組數(shù)量及單套機(jī)組膜的數(shù)量由處理水量確定，每套機(jī)組的運(yùn)行過程相同。全部機(jī)組共用反滲透清洗泵。PLC程序按照反滲透設(shè)備運(yùn)行方式、工藝設(shè)定的循環(huán)以及設(shè)備操作的按序時間周期自動控制。時間參數(shù)根據(jù)工藝要求、運(yùn)行情況來確定。每套機(jī)組均按照以下描述的控制方式循環(huán)運(yùn)行。反滲透機(jī)組啟動包括正洗、初啟、運(yùn)行、低壓沖洗四個步續(xù)，正常運(yùn)行為運(yùn)行、低壓沖洗兩個步續(xù)循環(huán)，步續(xù)時長由工藝設(shè)定。當(dāng)超濾水池液位達(dá)到超低報警液位或/和產(chǎn)品水池達(dá)到超高報警液位時，停止反滲透機(jī)組，停止反滲透機(jī)組時，對機(jī)組進(jìn)行低壓沖洗后停止高壓泵，然后延時停止進(jìn)水泵。

　　在手動、軟手動及自動模式下，反滲透進(jìn)水泵均在機(jī)組的全部步續(xù)中啟動。在手動、軟手動及自動模式下，反滲透高壓泵均在機(jī)組的初啟、運(yùn)行、低壓沖洗步續(xù)中啟動，高壓泵變頻啟動，防止反滲透膜受到突然增壓而損壞，自動時工作頻率根據(jù)進(jìn)水壓力控制。反滲透清洗泵手動控制，當(dāng)反滲透的進(jìn)水壓力升高、透水量降低、出力下降較快、脫鹽率無變化時，手動開啟反滲透清洗泵，對反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗，去除膜上各種污染物的沉積。

　　在各個步續(xù)中，除開啟相應(yīng)的設(shè)備外，還要開啟相應(yīng)的電動閥門，并考慮電動閥門與泵的啟停順序及閥門啟停所需的時間，即閥門完全開啟后泵再啟動，泵停止后閥門再關(guān)閉。

　　3結(jié)語

　　介紹了高礦化度礦井水處理工藝流程特點(diǎn)及自動控制策略。高礦化度礦井水處理工藝與PLC、上位機(jī)控制系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，保證了礦井水處理過程的安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，大大降低了系統(tǒng)的能耗和藥耗;礦井水資源化有效解決了環(huán)境污染問題，并且處理后作為工業(yè)生產(chǎn)回用水，解決了礦區(qū)缺水問題，節(jié)約了地下水資源，保護(hù)礦區(qū)地下水和地表水的自然平衡，具有明顯經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

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