銅礦工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障分析及改造

屈萍紅

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西 德興 334224）

工業(yè)廢水其廣泛含義是指工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢水，按照廢水來(lái)源可劃分為冶金廢水、造紙廢水、發(fā)電廢水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水等；廢水處理系統(tǒng)是根據(jù)廢水種類和性質(zhì)的不同，處理的要求也不盡相同，經(jīng)合理配置處理裝置的主次關(guān)系和前后順序，將處理廢水各單元過(guò)程合理組成的有機(jī)整體，使工業(yè)廢水的排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)甚至高于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放，是企業(yè)重要重要的環(huán)保環(huán)節(jié)[1]。以德興銅礦精尾綜合廠工業(yè)水處理站為例，改造建于1987年，并于2005年引進(jìn)HDS（高濃度漿料處理）工藝技術(shù)，對(duì)礦山酸、堿性廢水進(jìn)行廢水處理，是保障大塢河水質(zhì)和下游居民的生產(chǎn)、生活狀況以及企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，2014年二廠建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)日處理工業(yè)廢水能力達(dá)到7萬(wàn)噸，為礦山達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求發(fā)揮著重要作用。近幾年，隨著生產(chǎn)任務(wù)的增加和部分設(shè)備老化，工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障逐漸頻發(fā)，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，因此，廠機(jī)動(dòng)能源室成立“減少工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間”QC小組，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。因此對(duì)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，并探討有效的解決辦法，對(duì)環(huán)境保護(hù)，居民生活及企業(yè)的正常生產(chǎn)及具有非常重要的意義。

1 HDS工業(yè)廢水處理系統(tǒng)原理

HDS（High Density Sludge Process）工業(yè)廢水處理系統(tǒng)是采用高濃度漿料處理工藝廢水處理，該技術(shù)在加拿大得到廣泛使用，是國(guó)際上先進(jìn)的工業(yè)廢水處理技術(shù)。

HDS工業(yè)廢水處理系統(tǒng)采用基于石灰中和的廢水處理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用底渣循環(huán)法將廢水酸堿中和形成物與中和藥劑石灰進(jìn)行充分混合，再排入酸堿反應(yīng)池中[2]。此工藝可以使石灰劑得到充分利用，減少中和藥劑石灰的使用量；并且回流的底渣與石灰劑充分混合過(guò)程中形成的硫酸鈣晶體，作為新形成的硫酸鈣和氫氧化物提供吸附載體，增大絮體粒度及其沉降速度，并降低沉淀物吸附在管路和設(shè)備的幾率，從而達(dá)到底保護(hù)設(shè)備和管路，提高廢水處理質(zhì)量和數(shù)量[3]。其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工業(yè)廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

HDS工業(yè)廢水處理系統(tǒng)自2005年引入使用至今已有15年，經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)備已有部分老化，而且近幾年隨著國(guó)家對(duì)廢水排放的要求越來(lái)越高，企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)加大，工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障逐漸頻發(fā)，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

調(diào)查一：為進(jìn)一步了解工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間情況，查閱了2015年、2016年、2017年全年工業(yè)水處理工段的《交接班記錄本》和設(shè)備維修工段的《檢修記錄本》，統(tǒng)計(jì)了工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間見(jiàn)圖2，可以看出，近三年，工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間在逐年增長(zhǎng)，并有加速趨勢(shì)。故障時(shí)間為631.4h、722.9h，864.1h，故障頻次和故障時(shí)間逐年增加，嚴(yán)重影響了工業(yè)廢水處理效率和成本。

圖2 2015年～2017年工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間

調(diào)查二：調(diào)查組對(duì)2017年1月～12月工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查、分析，找到了四條影響因素，主要由于：主要設(shè)備故障占比16.6%、輔助設(shè)備故障占比70%、管路故障占比9.9%、其他占比3.5%。（如圖3）。

圖3 影響工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間因素餅分圖

由此可見(jiàn)，輔助設(shè)備故障時(shí)間因素占的比例為70.0%，是影響工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間的主要癥結(jié)，也是此次攻關(guān)活動(dòng)要解決的主要問(wèn)題。

調(diào)查三：分析目標(biāo)設(shè)定依據(jù)。

（1）同行業(yè)比較。2017年11月中旬，我廠組織工業(yè)廢水處理相關(guān)技術(shù)人員到同行業(yè)進(jìn)行考察，在礦山和工業(yè)水處理工段的工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，處理工藝和設(shè)備基本相同的情況下，其工業(yè)廢水處理系統(tǒng)平均故障時(shí)間為33.2h/月。

（2）歷史最好水平。從2015年～2017年工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間統(tǒng)計(jì)表中可以看出：2015年3月、9月、10月故障時(shí)間分別為34.8h、33.4h、32.5h；2016年5月、9月故障時(shí)間分別為33.6h、34.2h；2017年9月故障時(shí)間為36.2h。

（3）解決癥結(jié)問(wèn)題測(cè)算。完全解決工業(yè)廢水處理系統(tǒng)輔助設(shè)備故障問(wèn)題，在其他因素不波動(dòng)的情況下，則工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間可減少到：864.1h-605h=259.1h，平均每月為：259.1h÷12=21.6h；小組成員學(xué)歷高，有工程師多名，領(lǐng)導(dǎo)高度重視和支持此次技術(shù)攻關(guān)，在其他因素不波動(dòng)的情況下，有能力解決工業(yè)廢水處理系統(tǒng)輔助設(shè)備故障問(wèn)題的80%，則工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間可減少到：864.1h-605h×80%=380h，平均每月為：380h÷12=31.7h。

3 故障分析

為了解決HDS工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障問(wèn)題，滿足生產(chǎn)需求，提高廢水處理效率，對(duì)HDS工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障主要問(wèn)題—輔助設(shè)備故障時(shí)間長(zhǎng)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，并繪制原因分析樹(shù)（見(jiàn)圖4），初步確定故障分析方向。針對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)等原因分析樹(shù)各項(xiàng)故障因素，采用對(duì)試驗(yàn)分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢查考核等方式進(jìn)行驗(yàn)證分析，得出引起廢水處理系統(tǒng)故障的要因有：

圖4 原因分析樹(shù)圖

（1）石灰乳自動(dòng)投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。原來(lái)的石灰乳自動(dòng)投加流程是：石灰乳從攪拌桶經(jīng)管路自流進(jìn)入氣動(dòng)閥投加箱，由氣動(dòng)閥控制后，再投加進(jìn)HDS反應(yīng)池，石灰乳自動(dòng)投加系統(tǒng)是根據(jù)反應(yīng)池內(nèi)測(cè)得的PH值控制石灰乳投加箱上數(shù)個(gè)氣動(dòng)閥動(dòng)作，氣動(dòng)閥帶動(dòng)石灰乳投加箱出口的活塞，從而實(shí)現(xiàn)石灰乳的自動(dòng)投加，但石灰乳在箱內(nèi)易沉淀、板結(jié)，經(jīng)常造成投加箱出口堵塞或是活塞塞不住出口，不能精確自動(dòng)投加石灰乳，影響PH值控制，經(jīng)常需要處理故障；同時(shí)，石灰乳自動(dòng)投加系統(tǒng)的氣動(dòng)閥控制裝置部分活塞會(huì)長(zhǎng)時(shí)間閉合，堵塞投加箱下料口，造成石灰乳不能按中控室電腦設(shè)定的PH值精確投加，影響PH值控制，經(jīng)常需要處理故障，石灰乳自動(dòng)投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。石灰乳自動(dòng)投加裝置不合理造成的故障時(shí)間對(duì)輔助設(shè)備故障時(shí)間占比為35.4%，影響程度大。

（2）鼓風(fēng)機(jī)因斷電或檢修等原因停車時(shí)易造成曝氣管堵塞。曝氣管出氣口在反應(yīng)池底部，通過(guò)曝氣加速池內(nèi)酸性水、堿性水、石灰乳以及濃密池返回的高濃度底渣等的混合，反應(yīng)池高差大，曝氣管出口容易堵塞，曝氣管一但堵塞，反應(yīng)池內(nèi)的物質(zhì)反應(yīng)時(shí)間減少，影響水質(zhì)的達(dá)標(biāo)，必須停產(chǎn)疏通，大大增加了設(shè)備的故障時(shí)長(zhǎng)[4]。

（3）由于HDS工業(yè)廢水處理系統(tǒng)是采用高濃度漿料處理工藝，濃密機(jī)底部的底渣濃度很高，雖然濃密機(jī)本機(jī)具有自動(dòng)提耙裝置，但該裝置故障失效時(shí)，耙架容易壓死，針對(duì)壓耙設(shè)計(jì)有報(bào)警系統(tǒng)，但原有的報(bào)警系統(tǒng)是停機(jī)后再報(bào)警，操作人員聽(tīng)到報(bào)警后，濃密機(jī)已經(jīng)壓耙，失去的報(bào)警的實(shí)際意義。濃密機(jī)壓耙后，就需將濃縮池中的水抽干，再將池底的漿料沖掉，才能重新開(kāi)起處理廢水，整個(gè)過(guò)程需2天左右，解除故障時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)。

（4）廠螺桿泵進(jìn)料口堵塞。螺桿泵進(jìn)料口堵塞時(shí)，操作人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)立即到現(xiàn)場(chǎng)停掉螺桿泵，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成的故障時(shí)間對(duì)輔助設(shè)備故障時(shí)間影響程度大。

4 改造方案

原來(lái)的石灰乳自動(dòng)投加流程是：石灰乳通過(guò)輸送管路到工業(yè)水處理工段的電石渣攪拌桶進(jìn)行攪拌，然后通過(guò)電石渣底流泵泵輸送至主廠房三樓四個(gè)石灰乳攪拌桶內(nèi)進(jìn)行二次攪拌，然后通過(guò)管路自流進(jìn)入氣動(dòng)閥投加箱，由氣動(dòng)閥控制后，再投加進(jìn)HDS反應(yīng)池。針對(duì)石灰乳自動(dòng)投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，造成不能按PH值精確自動(dòng)投加石灰乳的產(chǎn)生故障的問(wèn)題，采取改進(jìn)石灰乳自動(dòng)投加流程，改變由原投加流程采用氣動(dòng)閥投加箱，由氣動(dòng)閥控制后，再投加進(jìn)HDS反應(yīng)池的方式。取消原投加系統(tǒng)氣動(dòng)閥投加箱，在石灰乳攪拌桶出口管路安裝石灰乳輸送泵，由輸送泵直接將石灰乳投入HDS反應(yīng)池內(nèi)，并對(duì)所增加的輸送泵安裝變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)輸送石灰乳，并根據(jù)生產(chǎn)狀況設(shè)置投加參數(shù)，通過(guò)pH計(jì)測(cè)得的反應(yīng)池狀態(tài)控制石灰乳投加量，實(shí)現(xiàn)石灰乳自動(dòng)投加[5]。優(yōu)化后的一廠石灰乳自動(dòng)投加系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，利用成熟的變頻控制技術(shù)，改進(jìn)了流程，不再用氣動(dòng)閥控制石灰乳投加，故障時(shí)間會(huì)大大減少；在原有的5#、6#石灰乳輸送泵（型號(hào)75ND-NZJA-MR）上加裝變頻調(diào)速器（型號(hào)SB70G45），實(shí)現(xiàn)石灰乳輸送泵變頻調(diào)節(jié)，并根據(jù)生產(chǎn)狀況設(shè)置投加參數(shù)，通過(guò)pH計(jì)測(cè)得的反應(yīng)池狀態(tài)實(shí)現(xiàn)石灰乳自動(dòng)投加，不易打空泵，震動(dòng)小，故障率低，長(zhǎng)期可靠。

針對(duì)曝氣管出口易堵塞，在曝氣管沒(méi)有入水的前端4m處接一路Ф100mm高壓水管，裝閘門控制開(kāi)、關(guān)，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生故障不能供氣時(shí)，將高壓水打開(kāi)，可有效防止中和反應(yīng)池內(nèi)的固體顆粒堵塞曝氣管出口[6]。加裝高壓水管后，曝氣管出口未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

針對(duì)濃密機(jī)容易壓耙現(xiàn)象，改進(jìn)濃密機(jī)報(bào)警裝置，對(duì)報(bào)警程序進(jìn)行了預(yù)先報(bào)警改進(jìn)（當(dāng)旋轉(zhuǎn)電流開(kāi)始加大時(shí)，就開(kāi)始報(bào)警），將報(bào)警鈴從控制箱中拆出，裝在三段濃密機(jī)操作室內(nèi)，當(dāng)報(bào)警鈴響起時(shí)，操作人員可以聽(tīng)見(jiàn)，給操作人員足夠的調(diào)整工藝的時(shí)間，避免壓耙。并將電流信號(hào)引進(jìn)中控室電腦，可直觀的從電腦主頁(yè)面看到濃密機(jī)電流的顯示，當(dāng)電流升高時(shí)，就可提醒操作人員注意[7]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，效果良好。改進(jìn)線路如圖5所示。

圖5 濃密機(jī)壓耙報(bào)警改進(jìn)后線路圖

5 改進(jìn)效果

改進(jìn)措施實(shí)施后，故障時(shí)間顯著減少，對(duì)2017全年故障時(shí)長(zhǎng)和改進(jìn)后統(tǒng)計(jì)一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1，全年減少故障時(shí)長(zhǎng)519h，從平均月故障時(shí)長(zhǎng)72h減低至28.7h。

表1 改進(jìn)措施實(shí)施前后工業(yè)廢水處理系統(tǒng)故障時(shí)間對(duì)比表

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，廢水處理系統(tǒng)是企業(yè)重要重要的環(huán)保環(huán)節(jié)，是保障礦山周圍水質(zhì)和居民生活、企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過(guò)程中，詳細(xì)了解對(duì)廢水處理系統(tǒng)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)及原理，對(duì)出現(xiàn)故障問(wèn)題及時(shí)處理，可以極大程度的提高廢水處理效率，為綠水青山做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。