選礦尾水處理中自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用①

葉雪云

(湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司)

選礦尾水處理中自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用①

葉雪云

(湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司)

介紹了選礦尾水處理工藝與流程，針對(duì)尾水排水現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用后，尾水排放質(zhì)量達(dá)標(biāo)，尾水處理效率得到了提高。

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng) 選礦尾水 處理流程

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)日益受到重視[1]。某礦山企業(yè)依靠科技進(jìn)步，立足采選主業(yè)，著力發(fā)展精深加工，使礦產(chǎn)資源綜合利用水平、選礦回收率得到了大幅提高[2～5]，使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而這些選礦尾水含有有機(jī)物和重金屬污染物(COD、SS等)，給當(dāng)?shù)鼐用裼盟徒恿饔蛟斐蓢?yán)重污染[6～8]。原選礦尾水處理工藝簡單，基本由人工操作控制，導(dǎo)致尾水很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過重建尾水處理站、引進(jìn)自動(dòng)化儀表控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、反饋與調(diào)節(jié)給藥配藥，來解決排污問題勢(shì)在必行。為此，筆者以金屬礦山選廠尾水處理工藝新建的選礦尾水處理站為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)尾水處理工藝自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)尾水處理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)控制和自動(dòng)加料給藥的目的。

1 尾水排水現(xiàn)狀

某尾礦庫區(qū)西側(cè)翻過高祖嶺為東河，因此目前庫區(qū)的排洪系統(tǒng)布置在庫區(qū)西側(cè)埡口附近，排水系統(tǒng)為排水井-隧洞式。尾礦庫工業(yè)廢水處理量約15 000m3/d。尾礦庫尾水排放量大、沉降距離短，加之螢石選礦廢水、外排廢水成分復(fù)雜，導(dǎo)致廢水處理難度極大，尾水經(jīng)尾礦庫沉淀后易出現(xiàn)酸堿度、COD、SS、Pb、Zn及As等排放超標(biāo)的現(xiàn)象[6～8]。如果這些污染物排放指標(biāo)得不到有效治理，必然給周圍水體帶來嚴(yán)重污染。

2 選礦尾水處理工藝與流程

選礦尾水處理過程為：尾礦庫尾水經(jīng)管道送至廢水處理站的廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)廢水調(diào)節(jié)池的均量均質(zhì)作用后，通過提升泵房中的水泵提升至1#反應(yīng)池；在1#反應(yīng)池中投加石灰和鐵鹽與廢水中的污染物進(jìn)行混凝反應(yīng)，去除廢水中的部分重金屬和懸浮物質(zhì)，出水進(jìn)入2#反應(yīng)池；在2#反應(yīng)池中投加藥劑對(duì)廢水中的有機(jī)物和重金屬進(jìn)行處理，出水進(jìn)入3#反應(yīng)池；出水從3#反應(yīng)池經(jīng)過沉淀后經(jīng)過清水池監(jiān)測(cè)合格后排入河流(圖1)。

根據(jù)COD的特性，常見的COD去除法有物理法、物理化學(xué)法、生物處理法及新型藥劑絮凝法等?？紤]到選礦尾水中重金屬濃度較低、有機(jī)物濃度較高，因而采用圖1所示的處理工藝流程。

圖1 選礦尾水處理工藝流程

現(xiàn)有的尾水處理工藝，由于采用人工方式添加石灰難以控制劑量，且尾水在尾礦庫沉淀停留時(shí)間短，溢流尾水中的懸浮物、殘留的選礦藥劑和重金屬污染物無法充分沉降，導(dǎo)致尾水(pH值為10.71)水質(zhì)超標(biāo)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 選礦尾水水質(zhì)指標(biāo) mg/L

根據(jù)監(jiān)測(cè)得到的水質(zhì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表2，其中pH值小于11。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo) mg/L

根據(jù)環(huán)保部門要求，尾水經(jīng)過處理站處理后需達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后方可外排至東河，具體出水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 出水水質(zhì)指標(biāo)

3 自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選礦尾水處理自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)，分三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)：底層是由PLC與儀器儀表組成的現(xiàn)場控制系統(tǒng)，對(duì)污水處理工程各工藝過程進(jìn)行分散控制；中間層由現(xiàn)場控制系統(tǒng)與控制站組成；頂層是由通信系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成的中央控制系統(tǒng)-中央控制室，對(duì)整個(gè)工程實(shí)行集中管理[9]。現(xiàn)場控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線和Profibus通信方式，各分站與中央控制室采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信?？刂品绞皆O(shè)計(jì)為就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程遙控和PLC程序自動(dòng)控制。

系統(tǒng)配置包括：

a. 根據(jù)工藝生產(chǎn)流程和測(cè)控要求配置的pH值、液位、流量及過程控制等監(jiān)控儀表；

b. 根據(jù)工藝和設(shè)備運(yùn)行要求設(shè)置自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)報(bào)警和安全保護(hù)裝置；

c. 儀表信號(hào)的傳送和顯示，設(shè)備狀態(tài)信號(hào)和控制命令的傳送；

d. 污水處理工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)；

e. 采集電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并傳送至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；

f. 視頻監(jiān)控與通信系統(tǒng)。

根據(jù)工藝流程和平面布置，結(jié)合MCC的位置，按照控制對(duì)象的區(qū)域設(shè)備量，本工程擬設(shè)置一個(gè)中央控制室。中央控制室設(shè)在綜合樓值班室中，內(nèi)設(shè)過程控制管理系統(tǒng)。中控室配置兩套互為熱備的監(jiān)控操作站、一套工程師操作站、一套便攜式編程器、一臺(tái)打印機(jī)和模擬顯示屏構(gòu)成的中央控制系統(tǒng)。中控室完成污水處理工程的自動(dòng)控制和生產(chǎn)管理，監(jiān)視、管理并控制整個(gè)尾水處理工程的全部生產(chǎn)過程和工藝過程[10]，通過模擬屏顯示整個(gè)生產(chǎn)工藝的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，包括各主要設(shè)備的狀態(tài)、電氣系統(tǒng)狀態(tài)和主要現(xiàn)場數(shù)據(jù)，完成各種報(bào)表、過程曲線等的輸出打印。中央控制系統(tǒng)與現(xiàn)場控制站采用總線方式連接。

系統(tǒng)主要采用的儀器儀表有：5臺(tái)超聲波液位計(jì)、4臺(tái)電磁流量計(jì)、一臺(tái)pH在線儀器、8臺(tái)ORP儀、3臺(tái)723可見光分光光度計(jì)、4臺(tái)AA-6880原子吸收儀、一臺(tái)AFS-2100原子熒光光度計(jì)、一臺(tái)STARTER3100氟離子選擇電極、一臺(tái)辦公電腦(帶激光打印機(jī))及一臺(tái)UPS應(yīng)急電源等。系統(tǒng)通過PLC和工控機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、比較和控制。

借助以上儀器儀表完成的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：廢水調(diào)節(jié)池的液位、污水提升泵的工作狀態(tài)、攪拌機(jī)的工作狀態(tài)、污泥池的液位和加藥間設(shè)備的運(yùn)行情況。

尾水處理廠的自控功能包括：根據(jù)污水調(diào)節(jié)池的液位控制提升泵的啟閉，顯示廢水提升泵的工作狀態(tài)，顯示攪拌機(jī)的工作狀態(tài)，監(jiān)視處理后的出水水量和水質(zhì)，監(jiān)視污泥脫水機(jī)的工作狀態(tài)并控制加藥等。

4 結(jié)束語

根據(jù)選礦尾水排水現(xiàn)狀，基于尾水處理工藝與流程，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效控制尾水排放質(zhì)量，提高尾水處理效率，有效保護(hù)了當(dāng)?shù)厮Y源環(huán)境，降低了人工成本，使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

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葉雪云(1980-)，工程師，從事電氣技術(shù)和自動(dòng)控制工作，280006627@qq.com。

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1000-3932(2017)06-0614-03

2017-03-08，

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