摘 要：高礦化度礦井水直接排放對環境危害大，對高礦化度礦井水的處理越來越受到關注。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的具體控制方法。

　　關鍵詞：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。據不完全統計，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4000mg/L以上。這類礦井水的水質多數呈中性或偏堿性，且帶苦澀味，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過處理就直接排放，會給生態環境帶來一定的危害。主要表現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，農作物減產等。另一方面，由于采礦破壞了地下水資源，許多采礦企業用水困難。高礦化度礦井水處理后回用，不僅防止了污染，而且節約了寶貴的水資源，還可為企業降低供水成本，因此高礦化礦井水的處理利用受到越來越廣泛的關注。

　　2 高礦化度礦井水處理工藝特點及控制策略

　　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，從而達到工業回用標準。實現這個工藝流程的技術有多種選擇，擬定高礦化度礦井水處理工藝流程見圖1。

　　預沉調節池、重力無閥濾池、自清洗過濾器、超濾機組逐步去除水中的懸浮物，精密過濾器去除預處理中未能完全去除或新產生的懸浮物，反滲透機組對礦井水進行脫鹽處理。預沉調節池、重力無閥濾池為傳統工藝，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變化、常溫操作、設備簡單、生產周期短、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應范圍廣、自動化程度高和出水質量好等優點，與傳統工藝設備相比，能有效降低生產成本，提高企業經濟效益。

　　2.1行車刮泥機及提升泵

　　(1)行車刮泥機

　　行車刮泥機可手動/軟手動/自動控制，手動狀態下可在就地控制箱上點動控制提耙電機、行走電機;軟手動狀態時可在上位機遠程手動控制提耙電機、行走電機運行;自動狀態時，行車刮泥機由PLC控制間歇運行，間歇時間可在上位機修改。自動刮泥時，提耙電機、行走電機均由限位開關控制，提耙電機把泥耙放下，到達下限限位后，提耙電機停止運行，行走電機開始正向行走，到達正向限位后，行走電機停止運行，提耙電機再將泥耙提起，到達上限限位后，提耙電機停止運行，行走電機開始反向行走，到達反向限位后，行走電機停止運行，行車刮泥機等待下一次刮泥。

　　(2)提升泵

　　集水池提升泵可手動/軟手動/自動控制，手動狀態下可在就地控制箱上單機啟停;軟手動狀態下可在上位機上遠程控手動制啟停;自動狀態下，由PLC控制，根據集水池液位自動控制泵的啟停，實現高液位啟泵低液位停泵，避免水泵無水干轉，液位控制數值可在上位機手動修改，上位機對泵的運行狀態進行監控，如出現故障，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;自動狀態時由PLC控制定時定點運行，運行時間可在上位機上設定，上位機對泵的運行狀態進行監控，如出現故障，則自動投入備用泵并報警。

　　2.2污泥泵及板框壓濾機

　　污泥泵作為板框壓濾機的進料泵，與板框壓濾機配套使用，均有手動/自動控制方式，手動狀態下可在就地控制箱上單機啟停;自動狀態時由PLC控制，根據壓力表、行程開關和壓濾機運行步續(壓緊濾板 保壓開始 進料過濾 壓榨吹洗 保壓結束 松開濾板 拉板卸餅 待機循環 壓緊濾板)對污泥泵及壓濾機電氣設備進行自動控制，并對污泥泵進行低液位停泵保護。上位機對污泥泵及壓濾機的運行狀態進行監控，如出現故障，則自動停機并報警。

　　2.3加藥設備

　　(1)絮凝劑、助凝劑

　　絮凝劑(PAC)、助凝劑(PAM)加在礦井水進水管道上，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，手動狀態下可在就地控制箱上單機啟停;軟手動狀態下可在上位機上遠程手動控制啟停;自動狀態時，PAC、PAM加藥泵由PLC變頻控制，受進水流量、進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。上位機對加藥泵的運行狀態及液位進行監控。

　　(2)殺菌劑

　　殺菌劑加在超濾機組進水管道上，阻止細菌的生長和粘泥的形成，保護超濾膜。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;自動狀態時，由PLC控制，殺菌劑加藥泵啟停與超濾進水泵聯動，超濾進水泵啟動，殺菌劑加藥泵亦啟動，超濾進水泵停止，殺菌劑加藥泵亦停止。藥劑投加量根據超濾進水量調整，同時受加藥箱液位控制，加藥箱低液位時停泵并報警。上位機對殺菌劑加藥泵的運行狀態及液位進行監控。

　　(3)阻垢劑、氧化劑、還原劑、加酸劑

　　根據高礦化度礦井水的水質分析，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垢，能提高產水量和產水質量，降低運行費用。藥劑投加在反滲透機組進水管道上，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;自動狀態時，由PLC控制，各加藥泵啟停與反滲透進水泵聯動，反滲透進水泵啟動，各加藥泵亦啟動，反滲透進水泵停止，各加藥泵亦停止。藥劑的投加量根據反滲透進水量、PH值等調整，同時受相應加藥箱液位控制，加藥箱低液位時停泵并報警。上位機對各加藥泵的運行狀態及各液位進行監控。

　　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：自清洗過濾器濾網內外設壓差開關，根據設定的壓差判斷過濾器是否應該清洗。壓差達到預設值時，將開始自動清洗過程，排污閥打開，電動機帶動吸污管動作，對濾網表面進行清洗，清洗時間僅需數十秒。清洗完成后，電動機及排污閥關閉。

　　b.控制模式二：自清洗過濾器根據時間間隔進行定期清洗，間隔時間由PLC設定。時間間隔可從0調整至24h，但每一檔不小于30min。

　　c.壓差的預設值、自清洗的運行周期均可由上位機進行修改設定。

　　(2)精密過濾器

　　進出水口設置壓力表，并將信號上傳至PLC。當運行過程中進出水壓差達到極限值時，上位機報警，人工更換濾芯。

　　2.5超濾機組

　　主要的控制和檢測設備有：超濾進水泵、超濾循環泵、超濾反洗泵、超濾清洗泵、超濾電動閥門、流量計、壓力表等。

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

　　在手動、軟手動及自動模式下，超濾進水泵均只在每套機組的正洗、運行步續中運行，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開啟機組數量及進水壓力綜合控制。在手動、軟手動及自動模式下，超濾循環泵均只在相對機組的運行步續中啟動，增大超濾膜表面流速，降低膜的污堵現象，延長化學清洗時間。在手動、軟手動及自動模式下，超濾反洗泵均只在每套機組的反洗1、反洗2步續中啟動，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，工作頻率根據反洗壓力控制。超濾清洗泵手動控制，當膜的跨膜壓差達到0.15~0.2Mpa時，手動開啟超濾清洗泵，對超濾膜進行化學清洗，去除膜上各種污染物的沉積。

　　在各個步續中，除開啟相應的設備外，還要開啟相應的電動閥門，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，泵停止后閥門再關閉。

　　2.6反滲透機組

　　主要的控制和檢測設備有：反滲透進水泵、高壓泵、反滲透清洗泵、反滲透閥門、流量計、壓力表、電導率、壓力開關等。

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

　　在手動、軟手動及自動模式下，反滲透進水泵均在機組的全部步續中啟動。在手動、軟手動及自動模式下，反滲透高壓泵均在機組的初啟、運行、低壓沖洗步續中啟動，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進水壓力控制。反滲透清洗泵手動控制，當反滲透的進水壓力升高、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，對反滲透膜進行化學清洗，去除膜上各種污染物的沉積。

　　在各個步續中，除開啟相應的設備外，還要開啟相應的電動閥門，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，泵停止后閥門再關閉。

　　3結語

　　介紹了高礦化度礦井水處理工藝流程特點及自動控制策略。高礦化度礦井水處理工藝與PLC、上位機控制系統的有機結合，保證了礦井水處理過程的安全可靠和生產的連續性，大大降低了系統的能耗和藥耗;礦井水資源化有效解決了環境污染問題，并且處理后作為工業生產回用水，解決了礦區缺水問題，節約了地下水資源，保護礦區地下水和地表水的自然平衡，具有明顯經濟、環境和社會效益。

　　參考文獻：

　　[1]鄧蓓蓓.高礦化度礦井水的處理[期刊論文]-能源與環境，2005(1)

　　[2]郭常穎，李多松，江潔.煤礦高礦化度礦井水處理方法探討[期刊論文]-煤炭工程2006(1)

　　[3]龐振東，程學豐.煤礦高礦化度礦井水處理技術[期刊論文]-礦業安全與環保2005(4)

　　[4]劉勇，孫亞軍，王猛.礦井水水質特征及排放污染[期刊論文]-潔凈煤技術2007(3)