智能化技術(shù)的礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化與治理

摘" 要：文章以石拉烏素煤礦水處理站現(xiàn)有水處理系統(tǒng)為研究對象，論述基于智能化技術(shù)對該礦出排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。采用智能化手段優(yōu)化了該礦水處理系統(tǒng)水凈化主流程、磁種回收與藥劑投加流程，將智能化技術(shù)引入到生活污水處理系統(tǒng)的污水收集、舉升、沉淀、過濾與污泥處理中。研究目的是為了提高處理效率和減少污染排放，以確保該礦水資源得到有效開發(fā)利用。將智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用于礦井水處理，對行業(yè)智能化發(fā)展起到一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：礦井水處理；智能化優(yōu)化；水凈化主流程；藥劑投加流程

石拉烏素煤礦水處理站擔(dān)負(fù)著礦井水、生活污水等治理中的環(huán)保職能。目前，礦井水處理系統(tǒng)主要采用超磁分離等水體凈化工藝、A/O工藝及淺層介質(zhì)過濾器對水資源進行回用，但是在能耗、水質(zhì)的控制上，這些工藝還有進一步改進的余地。智能化技術(shù)的運用給礦井排水系統(tǒng)的優(yōu)化帶來了全新的可能，利用傳感器、自動控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析可以實現(xiàn)水質(zhì)、藥劑投加量以及設(shè)備狀態(tài)等參數(shù)的實時監(jiān)測與優(yōu)化調(diào)整。

1.石拉烏素煤礦水處理站現(xiàn)狀分析

石拉烏素煤礦水處理站由礦井水處理與生活污水處理兩大系統(tǒng)組成，其設(shè)計與建設(shè)工作于2014年完成[1]。該處理站旨在處理礦井和生活用水，以達到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)并實現(xiàn)水資源的再利用。

礦井水處理系統(tǒng)的設(shè)計處理能力為1000m3/h，進水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求CODcr≤200mg/L、SS≤1000mg/L（通常為300至500mg/L），pH值范圍為6至9。

礦井水處理系統(tǒng)結(jié)合了超磁分離的水體凈化技術(shù)和過濾流程，經(jīng)過處理的礦井水質(zhì)滿足了井下消防灑水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和地面生產(chǎn)用水的水質(zhì)要求。礦井水經(jīng)過處理，其水質(zhì)pH值達到了6.5至8.5，懸浮固體的濃度不超過5mg/L，COD的濃度不超過30mg/L，確保排放的水滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計處理能力為1440m2/d，進水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求CODcr≥250mg/L、BOD5≥150mg/L、SS≥200mg/L、氨氮≥20mg/L、pH值范圍為6.5至8.5。

生活污水處理系統(tǒng)利用A/O綜合污水處理設(shè)備及自動淺層介質(zhì)過濾器對處理過的生活污水進行回用，以補充選煤廠的用水。處理后的水質(zhì)符合《城市污水再生利用·城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)，

SS≤10mg/L，總大腸菌群≤3個/升。

2.礦井水處理系統(tǒng)的智能化優(yōu)化

2.1礦井水凈化主流程優(yōu)化

目前，石拉烏素煤礦水處理站礦井水凈化系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)池、刮泥機、混凝系統(tǒng)、超磁分離機及自清洗過濾器組成。在優(yōu)化時，通過設(shè)置智能傳感器可以實時監(jiān)測礦井水中COD，SS，pH，并與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的智能化處理相結(jié)合，實現(xiàn)凈化流程各參數(shù)的適時調(diào)節(jié)。以調(diào)節(jié)池及刮泥機為例，該智能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)水質(zhì)的變化自動調(diào)節(jié)污泥的清理頻率以提高刮泥效率，減少人工干預(yù)[2]。此外，在混凝系統(tǒng)內(nèi)投加藥劑時，可以根據(jù)水質(zhì)情況對投加量進行自動優(yōu)化，以免投加量過多或者過少。超磁分離機是礦井水凈化的核心裝備，通過智能化控制可實現(xiàn)固液高效分離和節(jié)能。采用智能算法動態(tài)調(diào)節(jié)磁場強度可以使加工的過程懸浮物去除率達到最優(yōu)。對自清洗過濾器而言，加入智能控制模塊可以自動檢測過濾器濾芯堵塞狀況和自動啟動清洗進程，確保出水順暢和水質(zhì)穩(wěn)定。通過智能控制設(shè)備與監(jiān)測系統(tǒng)的合作，使礦井水凈化主流程能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

2.2藥劑投加流程智能化

藥劑投加流程智能化改進是優(yōu)化PAC（聚合氯化鋁）、PAM（聚丙烯酰胺）投加量，達到準(zhǔn)確、節(jié)約、高效水處理工藝的目的。在目前的礦井水處理過程中，PAC和PAM被視為關(guān)鍵的混凝劑，而這些藥物的合理使用直接決定了水的凈化效果和成本。通過安裝智能傳感器實時監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)，例如懸浮物濃度、COD、pH值等，可以智能判斷當(dāng)前水質(zhì)的凈化需求，從而實現(xiàn)藥物的精確投加[3]。PAC配制裝置、PAM自動泡藥機等智能化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)濃度自動調(diào)配，使投加藥劑濃度滿足加工需要，以此來降低藥劑的浪費和優(yōu)化水處理的成本效益。投加PAC、PAM時，智能控制系統(tǒng)可以通過計量泵組對藥劑流速及流量進行調(diào)控，保證最佳混凝效果。智能控制系統(tǒng)能在水質(zhì)條件變化時自動調(diào)節(jié)藥劑投加量，例如，當(dāng)水質(zhì)中懸浮固體的含量上升時，系統(tǒng)會相應(yīng)地增加PAC的投放量，以實現(xiàn)更高效率的混凝作用，反之，在水質(zhì)較清澈的情況下，智能控制系統(tǒng)會減少藥劑的投加量避免浪費。

3.生活污水處理系統(tǒng)的智能化治理

3.1污水收集與提升系統(tǒng)

污水收集與提升系統(tǒng)智能化治理是石拉烏素煤礦水處理站建設(shè)的關(guān)鍵，保證了污水處理的穩(wěn)定和高效。污水先通過管網(wǎng)匯集，自流流入污水泵房，該工藝將智能化傳感器設(shè)置于各個關(guān)鍵點位處，能夠?qū)ξ鬯髁?、液位以及水質(zhì)進行實時監(jiān)控，保證了收集效率。利用自動格柵除污機，可以自動截獲雜物，避免后續(xù)加工設(shè)備堵塞，同時，系統(tǒng)能夠根據(jù)雜質(zhì)含量的改變自動調(diào)節(jié)格柵機清理頻率，保證排水管道暢通。污水提升泵智能控制通過液位傳感器、流量計等裝置進行實時監(jiān)控，使污水提升泵能夠根據(jù)調(diào)節(jié)池內(nèi)的液位情況自動啟停，確保污水及時上升，系統(tǒng)還將對污水流入量波動進行分析，合理安排提升泵啟停頻率，避免裝置超載或者長期閑置。根據(jù)水質(zhì)變化情況，提升系統(tǒng)可通過流量調(diào)節(jié)達到合理控制調(diào)節(jié)池水位的目的，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化后續(xù)處理過程。污水收集與提升系統(tǒng)在提高工作效率的同時，還能顯著降低由于管網(wǎng)阻塞或者污水泄漏對環(huán)境造成的影響。

3.2調(diào)節(jié)池與生化氧化系統(tǒng)智能控制

采用智能化手段實時監(jiān)測調(diào)節(jié)池內(nèi)污水量、溫度及水質(zhì)指標(biāo)，可以讓處理工藝更有效率。調(diào)節(jié)池內(nèi)液位傳感器與溫度傳感器對智能控制系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，尤其是冬季低溫時段，智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)水溫的自動調(diào)節(jié)，確保污水進入生化氧化系統(tǒng)之前保持最佳溫度，從而保持良好生化反應(yīng)速率[4]。另外，還可以將調(diào)節(jié)池流量及水質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)實時上傳到中央控制系統(tǒng)，有利于運維人員及時了解水質(zhì)動態(tài)變化情況，以便準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。基于水質(zhì)數(shù)據(jù)，生化氧化系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)能夠自動調(diào)整曝氣的強度，曝氣過程溶解氧濃度對有機物降解效率有著至關(guān)重要的影響，智能控制系統(tǒng)通過溶解氧傳感器來監(jiān)測濃度的變化情況，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對鼓風(fēng)機輸出進行自動調(diào)整，減少了能源消耗的同時，又能維持較好的處理效果。與污水水質(zhì)實時分析相結(jié)合，該智能控制系統(tǒng)能夠自動判斷曝氣時間是需要延長還是縮短，維持污水溶解氧水平處于最佳范圍內(nèi)，從而提高生物處理效率。調(diào)節(jié)池和生化氧化系統(tǒng)采用智能化監(jiān)測和控制，可在低能耗基礎(chǔ)上保持效果穩(wěn)定并保證水質(zhì)達標(biāo)。

3.3污泥處理的智能化監(jiān)控

污泥處理是污水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，引入智能化監(jiān)控系統(tǒng)可以高效地處理污泥，降低對環(huán)境的污染。二沉池沉淀時產(chǎn)生的污泥會輸送到污泥池內(nèi)，經(jīng)污泥泵進入壓濾機脫水。智能控制系統(tǒng)對污泥池內(nèi)的液位、泥渣濃度及濕度進行實時監(jiān)控，并對污泥泵啟停頻率進行動態(tài)調(diào)節(jié)，從而保證污泥泵持續(xù)運輸[5]。同時，通過智能監(jiān)控能夠檢測污泥成分變化情況，保證進入壓濾機內(nèi)的污泥含水率與脫水處理相適應(yīng)。智能化壓濾機工作時，濾布狀態(tài)與污泥脫水效果可以通過壓力傳感器與流量傳感器進行檢測。在壓濾機過濾效率下降或者濾布卡死情況下，系統(tǒng)自動啟動清洗程序，避免濾布卡死而造成設(shè)備故障。另外，污泥脫水后的泥餅外運也會在智能監(jiān)控系統(tǒng)下完成，實現(xiàn)了污泥脫水量、泥餅重量等參數(shù)的自動記錄，便于統(tǒng)計分析。污泥處理智能化治理在提高污泥處理效率的同時也減少了人工維護力度，保證污泥處理穩(wěn)定、安全。

4.結(jié)論

通過對石拉烏素煤礦水處理站的優(yōu)化研究，表明智能化技術(shù)在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用可以顯著提高水處理效率和水質(zhì)穩(wěn)定性，降低運行成本并減少污染物排放。在礦區(qū)環(huán)保治理和水資源利用上，智能化技術(shù)的引入為實現(xiàn)節(jié)能、減排提供了有效路徑，對礦井水處理系統(tǒng)的長遠發(fā)展具有積極意義。

參考文獻：

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