煤矿污水处理工艺及自动控制系统研究与应用

文/步长存

煤矿污水处理工艺及自动控制系统研究与应用

文/步长存

山东能源临矿集团新驿煤矿原污水处理系统在长期运行中存在几个突出问题：自动化程度低，配药、加药仍然是人工操作；人工加药主观性强、可靠性低；污水处理人员的劳动强度大，长期接触净化药剂影响健康；不利于煤矿全面的信息化、自动化、网络化管理。

鉴于以上原因，新驿煤矿通过选取适用技术，兼顾环境、经济和社会效益统一的原则，对煤矿污水处理工艺与自动控制系统进行了研究改进。本文就主要研究创新、与其他工艺比较、应用效果分析进行了阐述。

一、主要研究创新

1．对污水处理的控制系统进行功能性解耦设计。突破按工艺流程设计控制程序的常规思路，该系统分功能设计了各控制子系统，组成污水处理的集散控制系统，简化了污水处理工艺流程。

具体创新设计：将整个处理系统分为五个子系统：配药自动控制系统、给药自动控制系统、排污和反冲洗自动控制系统、提升泵变频控制系统、PLC自动控制系统。

（1）配药自动控制系统：实时检测药罐液位，在需要配药时，控制上料机、给料机、称重装置，进行无机药物、有机药物的自动加药、加水、搅拌等工作，实现固定浓度的无机、有机药液的自动配制。

（2）给药自动控制系统：根据入口和出口的水质、水位、流量等检测信息，采用闭环控制，通过自适应PID方法、出料计量泵等，自动控制无机、有机药物的给药量。

（3）排污和反冲洗自动控制系统：根据净化罐检测水管的浊度，自动控制排污阀门进行排污；根据净化罐取样管水质，自动控制反冲洗装置对净化罐进行反冲洗。

（4）提升泵变频控制系统：采用双变频一拖三的方法，控制泵房6台提升泵。

（5）PLC控制器系统：包括PLCS-300控制器、输入输出模块、操作员站、触摸屏、以太网接口、终端监控软件等。

2．污水处理双目标多回路自动控制系统。系统采用先进控制技术和检测设备，兼顾多路性、交互性、独立性、及时性和可靠性，对各出口和入口参数形成自适应PID或时滞过程PID闭环控制。该系统可同时启动双目标多个回路控制功能，同时控制算法减少工艺设备的目标。具体创新设计：

（1）配药闭环控制系统：系统根据调节池的水质和浊度确定好药液配比比例后，设定需要配药的药罐液位，与实际检测的药罐液位相比加，根据液位差值进行PID计算，PID控制量控制使药罐的实际液位等于或大于所需配药液位。

（2）加药闭环控制系统：系统根据调节池矿井水的浊度和流量，计算出需要加药的流量，并与药灌出口处的实际管道流量相比较，比较差值采用自适应PID算法，计算所得控制量控制药液计量泵的运行时间，最终使药罐出口处的实际管道流量等于所需流量。

（3）排污和反冲洗闭环控制系统：系统根据蓄水池检测水管的浊度，如果大于设定浊度，则两者相比较，对差值采用时滞过程PID算法，计算所得控制量控制排污阀门进行排污。根据蓄水池取样管的水质，与设定水质相比较，同样对差值采用时滞过程PID算法，计算所得控制量控制阀门进行反冲洗。

（4）提升泵闭环变频控制系统：提升泵系统采用双变频一拖三的方法，控制泵房6台提升泵，以保证絮凝罐的出口压力。在絮凝罐出口管道上安设压力传感器，检测值与设定值相比，差值经过PID计算，将控制量送至变频器以控制泵的启停台数和转速，使絮凝罐的出口压力保持恒定。

（5）污水处理双目标多回路控制系统。如图1所示，系统可实现以达标水质或浊度为目标的多回路控制，该系统中不仅各个子系统内形成闭环，各子系统之间也通过信息传输构成前馈或反馈的多回路控制系统。系统启动达标水质多回路闭环控制系统的目的是实现高标准污水处理，将处理后的矿井水排向矿区生活用水管道；系统启动浊度多回路闭环控制系统，则是将处理后的矿井水排至矿区生产用水管道。

3．融合计算机、信息处理、网络通讯、自动化控制等多种技术，设计具有网络监控层、集中监控层和现场监控层三级污水处理自动控制系统。通过对矿井水水质、流量、液位等信息进行采集并传输，CPU对数据进行处理和分析，根据SSCOD的含量自动测算出应加净水剂数量，并通过伺服系统控制自动配药机向污水处理系统自动按需给药。该系统自动化、信息化和网络化程度高，实用性强。

图1 污水处理双目标多回路控制系统

表1 含一般悬浮物类矿井水处理工艺比较

二、与其他工艺比较

该污水处理系统处理的是含一般悬浮物类矿井水，通过调研改进后的处理系统与老的处理系统、一般处理系统等几种工艺的比较如表1所示。

如表1所示，研究改进的污水处理工艺是对含一般悬浮物类矿井水进行处理的最简化适用的处理工艺，具有占地面积小，处理能力强，处理效果好，运行费用低等特点，该工艺配以先进适用的自动化、信息化和网络化技术，实现了污水处理系统的全自动高效运行，并使矿区污水处理系统的信息并入煤矿生产的网络化管理，使企业走上了经济、环境和社会“三赢”的绿色循环可持续发展的道路。

三、应用效果分析

该污水处理系统实现了全自动矿井污水处理，实际应用表明，系统运行稳定、状况良好，安全可靠，实现了并网集中控制功能。矿井水排放指标远低于一级排放标准，处理能力和处理效果非常好，完成净化处理后的矿井水作为生产和生活用水，保护了矿区地下水和地表水的自然平衡，解决了矿区用水量增加和水资源短缺的矛盾，保证煤矿企业的正常生产和经营，促进矿区的可持续发展，产生了良好的社会效益和经济效益，年创造直接经济效益为235.75万元。此污水处理工艺及自动控制系统具有广阔的应用前景和推广价值。

（作者单位：山东能源临矿集团新驿煤矿）

（责任编辑：庞永厚）