矿业论文发表高矿化度矿井水处理工艺

　　摘 要：高矿化度矿井水直接排放对环境危害大，对高矿化度矿井水的处理越来越受到关注。简单介绍了高矿化度矿井水常见的处理工艺，提出了基于膜处理工艺流程的自动控制策略，并介绍了自动控制系统的具体控制方法。

　　关键词：高矿化度矿井水,处理工艺,自动控制

　　1 高矿化度矿井水特征及危害

　　高矿化度矿井水一般是指含盐量大于1000ng/L的矿井水。据不完全统计，我国煤矿高矿化度矿井水的含盐量一般在1000～3000mg/L，少量矿井的矿井水含盐量达4000mg/L以上。这类矿井水的水质多数呈中性或偏碱性，且带苦涩味，因此也称苦咸水。因这类矿井水的含盐量主要来源于Ca2+，Mg2+，Na+，K+，SO42-，HCO3-，Cl-等离子，所以硬度往往较高。

　　高矿化度矿井水如果不经过处理就直接排放，会给生态环境带来一定的危害。主要表现为河流水含盐量上升、浅层地下水位抬高、土壤滋生盐碱化、不耐盐碱类林木种势削弱，农作物减产等。另一方面，由于采矿破坏了地下水资源，许多采矿企业用水困难。高矿化度矿井水处理后回用，不仅防止了污染，而且节约了宝贵的水资源，还可为企业降低供水成本，因此高矿化矿井水的处理利用受到越来越广泛的关注。

　　2 高矿化度矿井水处理工艺特点及控制策略

　　高矿化度矿井水处理工艺流程一般为混凝、沉淀、过滤、脱盐，其中混凝、沉淀、过滤的目的是去除水中的悬浮物，脱盐的目的是去除水中的盐离子，降低水的硬度，从而达到工业回用标准。实现这个工艺流程的技术有多种选择，拟定高矿化度矿井水处理工艺流程见图1。

　　预沉调节池、重力无阀滤池、自清洗过滤器、超滤机组逐步去除水中的悬浮物，精密过滤器去除预处理中未能完全去除或新产生的悬浮物，反渗透机组对矿井水进行脱盐处理。预沉调节池、重力无阀滤池为传统工艺，超滤法、反渗透法为新型膜渗透工艺，与其他水处理方法相比均具有无相态变化、常温操作、设备简单、生产周期短、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点，与传统工艺设备相比，能有效降低生产成本，提高企业经济效益。

　　2.1行车刮泥机及提升泵

　　(1)行车刮泥机

　　行车刮泥机可手动/软手动/自动控制，手动状态下可在就地控制箱上点动控制提耙电机、行走电机;软手动状态时可在上位机远程手动控制提耙电机、行走电机运行;自动状态时，行车刮泥机由PLC控制间歇运行，间歇时间可在上位机修改。自动刮泥时，提耙电机、行走电机均由限位开关控制，提耙电机把泥耙放下，到达下限限位后，提耙电机停止运行，行走电机开始正向行走，到达正向限位后，行走电机停止运行，提耙电机再将泥耙提起，到达上限限位后，提耙电机停止运行，行走电机开始反向行走，到达反向限位后，行走电机停止运行，行车刮泥机等待下一次刮泥。

　　(2)提升泵

　　集水池提升泵可手动/软手动/自动控制，手动状态下可在就地控制箱上单机启停;软手动状态下可在上位机上远程控手动制启停;自动状态下，由PLC控制，根据集水池液位自动控制泵的启停，实现高液位启泵低液位停泵，避免水泵无水干转，液位控制数值可在上位机手动修改，上位机对泵的运行状态进行监控，如出现故障，则自动投入备用泵并报警。

　　煤泥提升泵可手动/软手动/自动控制，手动、软手动方式与集水池提升泵相同;自动状态时由PLC控制定时定点运行，运行时间可在上位机上设定，上位机对泵的运行状态进行监控，如出现故障，则自动投入备用泵并报警。

　　2.2污泥泵及板框压滤机

　　污泥泵作为板框压滤机的进料泵，与板框压滤机配套使用，均有手动/自动控制方式，手动状态下可在就地控制箱上单机启停;自动状态时由PLC控制，根据压力表、行程开关和压滤机运行步续(压紧滤板 保压开始 进料过滤 压榨吹洗 保压结束 松开滤板 拉板卸饼 待机循环 压紧滤板)对污泥泵及压滤机电气设备进行自动控制，并对污泥泵进行低液位停泵保护。上位机对污泥泵及压滤机的运行状态进行监控，如出现故障，则自动停机并报警。

　　2.3加药设备

　　(1)絮凝剂、助凝剂

　　絮凝剂(PAC)、助凝剂(PAM)加在矿井水进水管道上，增加悬浮物的絮凝，有效去除水中悬浮物。PAC、PAM加药泵可手动/软手动/自动控制，手动状态下可在就地控制箱上单机启停;软手动状态下可在上位机上远程手动控制启停;自动状态时，PAC、PAM加药泵由PLC变频控制，受进水流量、进水浊度和加药箱液位共同控制，加药箱低液位时停泵并报警。上位机对加药泵的运行状态及液位进行监控。

　　(2)杀菌剂

　　杀菌剂加在超滤机组进水管道上，阻止细菌的生长和粘泥的形成，保护超滤膜。杀菌剂加药泵可手动/软手动/自动控制，手动、软手动方式与絮凝剂加药泵相同;自动状态时，由PLC控制，杀菌剂加药泵启停与超滤进水泵联动，超滤进水泵启动，杀菌剂加药泵亦启动，超滤进水泵停止，杀菌剂加药泵亦停止。药剂投加量根据超滤进水量调整，同时受加药箱液位控制，加药箱低液位时停泵并报警。上位机对杀菌剂加药泵的运行状态及液位进行监控。

　　(3)阻垢剂、氧化剂、还原剂、加酸剂

　　根据高矿化度矿井水的水质分析，有选择性的添加阻垢剂、还原剂、氧化剂、加酸剂、弱酸阳离子交换树脂等。正确的药剂可防止膜面结垢，能提高产水量和产水质量，降低运行费用。药剂投加在反渗透机组进水管道上，各加药泵可手动/软手动/自动控制，手动、软手动方式与絮凝剂相同;自动状态时，由PLC控制，各加药泵启停与反渗透进水泵联动，反渗透进水泵启动，各加药泵亦启动，反渗透进水泵停止，各加药泵亦停止。药剂的投加量根据反渗透进水量、PH值等调整，同时受相应加药箱液位控制，加药箱低液位时停泵并报警。上位机对各加药泵的运行状态及各液位进行监控。

　　2.4自清洗过滤器及精密过滤器

　　(1)自清洗过滤器

　　a.控制模式一：自清洗过滤器滤网内外设压差开关，根据设定的压差判断过滤器是否应该清洗。压差达到预设值时，将开始自动清洗过程，排污阀打开，电动机带动吸污管动作，对滤网表面进行清洗，清洗时间仅需数十秒。清洗完成后，电动机及排污阀关闭。

　　b.控制模式二：自清洗过滤器根据时间间隔进行定期清洗，间隔时间由PLC设定。时间间隔可从0调整至24h，但每一档不小于30min。

　　c.压差的预设值、自清洗的运行周期均可由上位机进行修改设定。

　　(2)精密过滤器

　　进出水口设置压力表，并将信号上传至PLC。当运行过程中进出水压差达到极限值时，上位机报警，人工更换滤芯。

　　2.5超滤机组

　　主要的控制和检测设备有：超滤进水泵、超滤循环泵、超滤反洗泵、超滤清洗泵、超滤电动阀门、流量计、压力表等。

　　超滤机组数量及单套机组膜的数量由处理水量确定，每套机组的运行过程相同，所有机组共用进水泵、反洗泵、清洗泵。PLC程序按照超滤设备运行方式、工艺设定的循环以及设备操作的按序时间周期自动控制。时间参数根据工艺要求、运行情况及机组数量来确定，并可在需要时进行必要的调整。每套机组均按照以下描述的控制方式循环运行。超滤单个机组一个循环周期包括正洗、运行、气洗、反洗1、反洗2五个步续，步续时长最初由工艺设定。整套机组的反洗1、反洗2循环运行，即第一套机组反洗1、反洗2完成后，第二套机组进入反洗1，第二套机组反洗2完成后，第三套机组进入反洗1，依次类推直至最后一套机组反洗完成。当净化水池液位达到超低报警液位或/和超滤水池达到超高报警液位时，停止超滤机组。

　　在手动、软手动及自动模式下，超滤进水泵均只在每套机组的正洗、运行步续中运行，且需变频启动，防止超滤膜受到突然增压而损坏，自动时工作频率根据开启机组数量及进水压力综合控制。在手动、软手动及自动模式下，超滤循环泵均只在相对机组的运行步续中启动，增大超滤膜表面流速，降低膜的污堵现象，延长化学清洗时间。在手动、软手动及自动模式下，超滤反洗泵均只在每套机组的反洗1、反洗2步续中启动，超滤反洗泵变频启动，防止反洗管道及膜组件受到突然增压而损坏，工作频率根据反洗压力控制。超滤清洗泵手动控制，当膜的跨膜压差达到0.15~0.2Mpa时，手动开启超滤清洗泵，对超滤膜进行化学清洗，去除膜上各种污染物的沉积。

　　在各个步续中，除开启相应的设备外，还要开启相应的电动阀门，并考虑电动阀门与泵的启停顺序及阀门启停所需的时间，即阀门完全开启后泵再启动，泵停止后阀门再关闭。

　　2.6反渗透机组

　　主要的控制和检测设备有：反渗透进水泵、高压泵、反渗透清洗泵、反渗透阀门、流量计、压力表、电导率、压力开关等。

　　反渗透机组数量及单套机组膜的数量由处理水量确定，每套机组的运行过程相同。全部机组共用反渗透清洗泵。PLC程序按照反渗透设备运行方式、工艺设定的循环以及设备操作的按序时间周期自动控制。时间参数根据工艺要求、运行情况来确定。每套机组均按照以下描述的控制方式循环运行。反渗透机组启动包括正洗、初启、运行、低压冲洗四个步续，正常运行为运行、低压冲洗两个步续循环，步续时长由工艺设定。当超滤水池液位达到超低报警液位或/和产品水池达到超高报警液位时，停止反渗透机组，停止反渗透机组时，对机组进行低压冲洗后停止高压泵，然后延时停止进水泵。

　　在手动、软手动及自动模式下，反渗透进水泵均在机组的全部步续中启动。在手动、软手动及自动模式下，反渗透高压泵均在机组的初启、运行、低压冲洗步续中启动，高压泵变频启动，防止反渗透膜受到突然增压而损坏，自动时工作频率根据进水压力控制。反渗透清洗泵手动控制，当反渗透的进水压力升高、透水量降低、出力下降较快、脱盐率无变化时，手动开启反渗透清洗泵，对反渗透膜进行化学清洗，去除膜上各种污染物的沉积。

　　在各个步续中，除开启相应的设备外，还要开启相应的电动阀门，并考虑电动阀门与泵的启停顺序及阀门启停所需的时间，即阀门完全开启后泵再启动，泵停止后阀门再关闭。

　　3结语

　　介绍了高矿化度矿井水处理工艺流程特点及自动控制策略。高矿化度矿井水处理工艺与PLC、上位机控制系统的有机结合，保证了矿井水处理过程的安全可靠和生产的连续性，大大降低了系统的能耗和药耗;矿井水资源化有效解决了环境污染问题，并且处理后作为工业生产回用水，解决了矿区缺水问题，节约了地下水资源，保护矿区地下水和地表水的自然平衡，具有明显经济、环境和社会效益。

　　参考文献：

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