煤礦污水處理藥劑全自動加配裝置設(shè)計

郝俊信，李善玲，王 飛

(國能神東煤炭集團有限責任公司，陜西 神木 719315)

0 引言

煤礦井下廢水既是一種生態(tài)污染源，同時又是一種寶貴的淡水資源。當前，我國煤礦一方面存在嚴重缺水的問題，另一方面井下廢水未經(jīng)排污處理就直接排放到自然環(huán)境當中，造成生態(tài)的嚴重破壞，水資源的嚴重浪費，制約了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)和礦區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。目前國內(nèi)處理煤礦井下廢水所采取的方法一般為絮凝劑沉淀法，但該方法只能去除煤礦廢水中的一些雜質(zhì)，而對于富含氮磷的水質(zhì)來說起不到任何作用，造成這些富營養(yǎng)化的水體白白流失。同時，在選礦水及洗煤廢水中除含有大量的懸浮礦物粉末或金屬離子外，還含有各類浮選劑，并且洗煤廢水具有SS濃度高、COD含量變化大的特點，因此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質(zhì)，還往往帶有膠體的性質(zhì)，細煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，使得該類廢水污染重、處理難度大，而且有些煤礦井的廢水中重金屬污染物含量較高，因此，若不在這些廢水外排之前進行廢水處理的話將會造成嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。

為保護礦區(qū)環(huán)境，我國煤礦開采產(chǎn)生的礦井污水必須經(jīng)過處理，使水質(zhì)達標方可外排。污水處理主要通過高效澄清、濃縮、壓濾、藥劑添加等工藝手段調(diào)整水質(zhì)。目前污水處理過程中藥劑的制備與添加主要依靠人工完成，在制備過程中需作業(yè)人員通過天秤量取絮凝劑，然后拌入藥液箱內(nèi)與水混合完成藥劑的制備，為防止藥液凝固需要定時攪拌藥液，整個污水處理過程消耗了大量人力資源。目前，國內(nèi)外在煤礦污水處理行業(yè)中的自動化程度在逐步提高，但是在絮凝劑的制備加注環(huán)節(jié)仍未實現(xiàn)無人化作業(yè)。

1 污水處理藥劑制備與投放流程

1.1 礦井污水處理工藝流程

礦井污水處理流程模擬圖如圖1所示。

圖1 礦井污水處理流程模擬Fig.1 Simulation of mine sewage treatment process

由圖1可見，礦井污水有井下的排水增壓泵排入污水處理廠沉淀池，經(jīng)一次沉淀后將清水注入吸水井，再由清水提升泵抽取并添加凈水藥劑后輸入高效澄清池，澄清后的礦井水流入多介質(zhì)濾池，過濾后的清水注入清水池供給井下生產(chǎn)使用，過濾后的污水經(jīng)廢水提升泵返回沉淀池。沉淀池中的清水流入調(diào)節(jié)池，經(jīng)二次沉淀后由提升泵將清水注入氣浮設(shè)備，并添加絮凝劑，經(jīng)過凈化的水流入中間水池，然后由提升泵注入無閥過濾罐，過濾后的水流入清水池，供井下生產(chǎn)使用。沉淀池與調(diào)節(jié)池中的帶泥污水由排泥泵排至煤泥濃縮池，經(jīng)壓濾濃縮后，由煤泥輸送泵注入帶式壓濾機，壓濾后的煤泥外運，污水則返回沉淀池。

1.2 礦井污水處理藥劑加配工藝流程

礦井污水處理藥劑主要為絮凝劑，其加配過程主要分為制備、熟化、投配3段。在制備過程中首先根據(jù)所需藥劑濃度，投入定量藥劑融入水體，在攪拌箱內(nèi)配制，經(jīng)攪拌器攪拌均勻后投入溶液箱。在溶液箱內(nèi)充分溶解并攪拌，以防止絮凝劑結(jié)塊，此為藥劑的熟化過程。在污水處理過程中將定量的藥劑投配進入污水中，從而達到沉降清除雜質(zhì)提高水質(zhì)的目的。

2 污水處理自動加藥裝置與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 裝置主體設(shè)計

煤礦污水處理全自動加藥系統(tǒng)三視圖，如圖2所示。圖中示意如下：M-1為制備格攪拌機；M-2為熟化格攪拌機；M-3為投配格攪拌機；M-4為干粉藥劑投放電機。本設(shè)備可滿足液體絮凝劑的自動制備及投配，主要由三段腔體藥箱、自動配水系統(tǒng)、自動出藥系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成，根據(jù)實際生產(chǎn)所需的標準制作完成。

1-藥液制備箱；2-藥液稀釋熟化箱；3-藥液存儲投配箱；4-干粉藥劑存儲箱；5-電氣控制箱；6-供水電磁閥；7-液位保持裝置圖2 污水處理全自動加藥裝置三視圖Fig.2 Three views of sewage treatment automatic dosing device

2.1.1 藥液儲存箱體結(jié)構(gòu)

該裝置主體為不銹鋼304材料制成。該裝置分為3格，即制備、熟化和投配3段，其尺寸滿足藥劑熟化所需要的時間。各個格段的連接構(gòu)件確保未熟化的藥液不進入投配格。每格都裝備有溢流裝置、放空管道以及控制閥門。在每個格段中都安裝有攪拌器，傳動軸和攪拌裝置均為不銹鋼材料。為避免出現(xiàn)熟化和未熟化的藥液混合攪拌，安裝在熟化格中的攪拌器，在進料過程中可以自動運轉(zhuǎn)。在投配格中安裝液位控制裝置，保證投配格在最低和最高液位時，進水管上閥門自動切換，以保證絮凝溶液的連續(xù)性。

2.1.2 藥劑定量投放裝置

在制備格上部安裝有定量干粉進料機，該設(shè)備包含進料斗、投配螺桿輸送系統(tǒng)(螺桿輸送系統(tǒng)由手動機械調(diào)速電機、輸送螺桿組成)、射流混合器等精確投配所必需的部件，輸送螺桿呈螺旋狀，為不銹鋼材質(zhì)，輸送螺桿設(shè)在料倉的底部，以便于干粉藥劑的徹底排空。進料斗為不銹鋼材料，容積滿足每班運行所必須的干粉藥劑容量，從而減少干粉藥劑的投加次數(shù)。投配螺旋體帶調(diào)速裝置，通過調(diào)速可改變藥的投加量。投配螺旋由 V型帶驅(qū)動裝置，其結(jié)構(gòu)能保證在任何一種速度下都保持對干粉藥劑的吸力。射流混合器用于干粉藥劑的預(yù)選濕潤，并將精確的藥量送入制備格中。該部件帶有清冼裝置，在調(diào)制裝置工作前及進料機停止工作后進行清洗，避免藥物聚成團狀。

2.1.3 自動配水裝置

自動配水系統(tǒng)由手動控制球閥、流量計、電磁控制球閥等組成。手動控制球閥用以手動設(shè)定進水流量，流量計用以對進水流量進行計量，電動控制球閥用以對進水系統(tǒng)實施供停水控制，并與溶液箱液位控制器聯(lián)動。調(diào)制裝置的供水部分，包括顯示并調(diào)節(jié)運行水量的流量計和截止閥、自動調(diào)節(jié)運行水的電磁閥、壓力控制設(shè)備及管道、管件等，均使用耐腐蝕性材料。自動配水裝置在系統(tǒng)出現(xiàn)箱體溢流、投配格液位低、干粉藥劑缺少等情況時，有水閥控制措施，即感知聯(lián)動功能。自動配水裝置的水量調(diào)節(jié)則根據(jù)實際操作過程中絮凝劑由固體轉(zhuǎn)換為液體的情況而設(shè)定。

2.1.4 藥液輸送裝置

出藥系統(tǒng)由Y型過濾器和加藥泵等組成。在投配藥液箱內(nèi)安裝有Y型過濾器，Y型過濾器是用于過濾藥液中的懸浮物和顆粒狀的雜質(zhì)，從而確保藥液質(zhì)量，防止結(jié)塊進入管路造成堵塞。加藥泵用于將過濾后的藥液輸送至加藥點。

2.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

電氣控制系統(tǒng)由 PLC、接觸器、按扭及指示燈等組成。整套系統(tǒng)由PLC控制器控制，實現(xiàn)污水處理藥劑制備過程中干粉藥劑的定量自動投放，各類閥門的自動開閉，溶解用水的定量自動加注，藥劑溶解的自動攪拌，凝固物的自動清理，藥劑的定量自動投配等功能，從而滿足污水處理絮凝劑的自動制備的要求?？刂乒窬哂芯偷厥謩涌刂乒δ芎妥詣涌刂乒δ埽⒃撛O(shè)備運行情況傳輸?shù)?PLC。

3 工作原理

3.1 手動獨立控制工作原理

在人工手動操作設(shè)備時，將全自動加藥裝置電控柜上的控制切換旋鈕打在手動位置上，即可就地手動操作運行。首先工作人員將干粉藥劑投加到干粉藥劑存儲箱，然后打開電控柜上電源總開關(guān)；然后由人員手動打開定量投粉機，投粉量由手動操作控制；將干粉藥劑輸送至切線分散器里，由手動機械調(diào)整需要相應(yīng)的投加量；同時打開切線分散器手動調(diào)節(jié)進水閥門及進水電磁總閥，對藥劑進行前期溶解，然后藥劑進入預(yù)制箱。此時自動配水系統(tǒng)開始按比例向預(yù)制箱內(nèi)注水，藥劑和水按1∶200～1∶2 000(根據(jù)實際情況而定)同時注入預(yù)制箱。藥劑在預(yù)制箱內(nèi)通過一級攪拌后自流至熟化箱，在熟化箱內(nèi)經(jīng)過二級攪拌后自流至溶液箱，這時藥劑已經(jīng)充分溶解于水中，并可以滿足污水處理使用要求。最后溶液箱內(nèi)的藥液經(jīng)過加藥泵輸送至加藥點，從而實現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。

3.2 自動控制工作原理

在需要設(shè)備自動運行時，將全自動加藥裝置電控柜上的控制切換旋鈕打在自動位置上，即可自動運行。首先將藥劑送到干粉藥劑存儲箱，然后打開電控柜系統(tǒng)總電源，全系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)，系統(tǒng)將自動啟動進水電磁總閥，同時啟動藥劑定量投粉機，之后根據(jù)運行環(huán)節(jié)自動啟動預(yù)制箱內(nèi)一級攪拌機和熟化箱內(nèi)二級攪拌機、三級攪拌機，對藥劑進行溶解熟化，然后自溢進入溶液箱，完成污水處理藥劑的自動配置。在溶液箱內(nèi)裝有高低液位傳感器，當溶液箱內(nèi)的液位處于中液位時啟動電磁總閥進水，當溶液箱的液位處于高液位時則停止進水，當溶液箱的液位處于低液位時則停泵，從而確保加藥泵不會空載運行。

4 結(jié)論

(1)成套的全自動加藥裝置將原有的計量泵、溶液箱、攪拌器、控制系統(tǒng)、管路閥門、投配泵等獨立工作的設(shè)備結(jié)構(gòu)進行了模塊化設(shè)計，一體化組合，克服了單一設(shè)備獨立分散工作運行的缺陷，縮減了設(shè)備的整體空間尺寸，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便。

(2)全自動加藥裝置在添加一次干粉藥劑后可滿足整班的系統(tǒng)運行用量，降低了煤礦污水處理人員的勞動強度，提升了藥劑投放量的精確度，避免了因操作不當而造成的溶液凝固和藥劑過量或欠量投加，提高了煤礦污水處理效率。

(3)全自動加藥裝置的電氣控制系統(tǒng)的處理核心為PLC，PLC的強適應(yīng)性使其可兼容接入煤礦的生產(chǎn)運行綜合自動化系統(tǒng)，方便系統(tǒng)融合，其遠控功能為煤礦污水處理系統(tǒng)的遠程集中監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)，也為煤礦的智能化建設(shè)提供了技術(shù)支持。