文/王超 盧倩

基于慢速脫碳的煤矸石發(fā)電廠廢水處理

文/王超 盧倩

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的持續(xù)化發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)保問題不斷地得到重視。為了更好地提高煤矸石電廠的環(huán)保指標(biāo)，建設(shè)環(huán)境友好型支柱企業(yè)。設(shè)計并研制一種高性能的廢水處理工藝是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。本文針對煤矸石電廠疏干水高效處理問題，對基于慢速脫碳技術(shù)的廢水處理工藝展開了分析與研究。

慢速脫碳 疏干水 廢水處理

1 引言

在煤礦及煤矸石電廠的協(xié)作運行時，如何處理煤層中產(chǎn)生的疏干水是企業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)考核的主要項目。疏干水屬于工業(yè)廢水的一種，其主要成分包括開采面砂泥、炭粒、溶解鹽、粉塵、油脂等。沒有經(jīng)過必要廢水處理環(huán)節(jié)的疏干水排放，會嚴(yán)重破壞當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境。矸石電廠廢水處理系統(tǒng)主要進水源包括了疏干水在內(nèi)的高鹽度的排污水以及高硬度與堿度的反滲透濃排水。除此之外，在工業(yè)廢水的有機物元素含量上，硅、鎂等元素也比生活污水高出很多，常規(guī)的廢水處理方案對這類混合污水效果一般。因此引入慢速脫碳技術(shù)改善矸石電廠的廢水處理工藝是十分有必要。

2 慢速脫碳技術(shù)

2.1 慢速脫碳原理

慢速脫碳工藝是近年來出現(xiàn)的一種新型的高效工業(yè)廢水處理技術(shù)。該工藝的優(yōu)點在于不僅可以有效地調(diào)節(jié)廢水處理的PH值，還可以降低疏干水的碳酸鹽硬度。慢速脫碳的基本原理是利用化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)廢水中碳酸鹽中碳元素的脫離。通過加入氫氧化鈣來實現(xiàn)水中含碳負離子的沉淀，具體化學(xué)反應(yīng)如下：

其中CaCO3、Mg(OH)2為沉淀物。慢速脫碳根據(jù)工藝處理流程可劃分為快速混合、絮凝以及沉淀3個階段。

2.2 慢速脫碳過程處理

快速混合階段主要是通過向中央水池中加入凝聚劑氯化鐵為絮凝階段做準(zhǔn)備。氯化鐵的加入以及大范圍的混合攪拌(速率為100r／min左右)，水池中的污水會慢慢出現(xiàn)顆粒，直至形成很多微小的礬花?；炷幚硇纬傻牡\花不僅可以有效地凝聚污水中的有害有機物，還能產(chǎn)生具有吸附作用的膠體，不斷吸收污水中的固體顆粒并使之沉淀。因此在經(jīng)過快速混合后的靜置時，污水的澄清度會明顯提高。

絮凝階段主要作用是通過加藥手段不斷地控制絮狀物的大小，使之更容易沉淀。污水快速混合后，會通過管道從絮凝室底部送入。這樣設(shè)計可以更有效地加大原水與回流污泥的充分接觸。所加助凝劑是陰離子型的聚丙烯酰胺(PAM)，PAM可以幫助礬花變大，加速沉淀。絮凝過程的主要沉淀物為碳酸鈣與氫氧化鎂。

沉淀階段主要作用是將除了上述礬花沉淀外，還需要把其內(nèi)含有的懸浮物，氫氧化鐵、碳酸鈣、有機物等進行濃縮。當(dāng)體積較大的絮凝物進入澄清池底部后，開始進行濃縮。對于沉淀過程中存在的無法凝聚的細小顆粒，會在濃縮過程中落在斜板上沉淀，并返回到澄清池底部形成回流污泥。

上述工藝的實現(xiàn)，不能僅靠人工作業(yè)完成。加藥、絮凝、沉淀的精準(zhǔn)控制是慢速脫碳過程的核心。因此實現(xiàn)廢水處理自動化是十分必要的。

3 廢水處理系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

為了實現(xiàn)廢水處理系統(tǒng)的自動化控制，本文設(shè)計了一種基于工業(yè)組態(tài)軟件和PLC相結(jié)合的自動監(jiān)控系統(tǒng)方案。主要采用工控機與PLC相結(jié)合的集中監(jiān)控方式。在硬件設(shè)計方面，設(shè)計原則主要服從于煤矸石電廠的現(xiàn)有運行條件，盡可能的滿足電廠設(shè)備的現(xiàn)有設(shè)備接口條件。工作人員可以在廢水處理車間控制室內(nèi)完成對慢速脫碳處理、進出水控制、壓濾機調(diào)節(jié)、、壓縮空氣控制以及各環(huán)節(jié)加藥等多個模塊的集中控制。除此之外，在設(shè)備監(jiān)控方面還可以實現(xiàn)對電機啟停、各類主要管道閥門開合、設(shè)備啟停、重要故障報警、操作模式以及慢速脫碳過程中主要技術(shù)參數(shù)（流量、壓力、液位、電導(dǎo)率、濁度）的監(jiān)控。新系統(tǒng)可以形成主要設(shè)備的聯(lián)鎖保護，實現(xiàn)無人值守。

整個廢水處理處理系統(tǒng)除了實現(xiàn)工藝上全自動、半自動及手動控制模式的自主切換外。在硬件配置上，還對操作員站、操作臺、PLC可編程控制器、通訊模件、I/O模件、各類控制柜、測量儀表、安裝材料等進行了細致的實地考量。PLC主要選用GE的RX3i IC695CPU310型號，其它設(shè)備還包括剩余污泥泵電磁閥箱、污泥給料泵電磁閥箱、石灰乳循環(huán)泵電磁閥箱、磁翻板液位計以及E+H的料位計、濁度計等。

3.2 軟件設(shè)計

在監(jiān)控軟件設(shè)計方面，采用組態(tài)王6.52實現(xiàn)主要監(jiān)控界面的設(shè)計。通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)PLC與工控機、PLC與現(xiàn)場設(shè)備的信號交互。由于廢水處理主要為化學(xué)過程，因此在監(jiān)控方面還具有針對性的設(shè)計了工業(yè)化學(xué)處理中的加藥泵控制，以及藥量監(jiān)控。除此之外，在上位機監(jiān)控上系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對控制過程中儀表數(shù)據(jù)的采集、計算、顯示以及過程分析。在數(shù)據(jù)管理方面還可以實現(xiàn)保存、報警、打印等功能。以下對主要功能做具體說明。

數(shù)據(jù)采集功能：主要通過AD轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)對現(xiàn)場模擬量的采集以及不同開關(guān)量的采集。

數(shù)據(jù)保存和處理功能：系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，可是現(xiàn)實三年內(nèi)的數(shù)據(jù)查閱。

實時畫面顯示功能：通過對模擬量與開關(guān)量的采集與處理，通過監(jiān)控界面顯示；可實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的顯示以及列表、圖表、趨勢圖等顯示。

報警及歷史查詢：系統(tǒng)根據(jù)廢水處理的各環(huán)節(jié)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對主要的加藥、注水等過程進行了數(shù)據(jù)監(jiān)控。若超過預(yù)設(shè)值，則啟動警示燈報警。除了警示燈報警外，系統(tǒng)還設(shè)置了監(jiān)控界面的文字報警以及重要監(jiān)控設(shè)備的語音報警。對于報警數(shù)據(jù)，則可以通過上述數(shù)據(jù)查詢功能進行針對歷史報警數(shù)據(jù)的查詢。

實時與歷史曲線：系統(tǒng)可對當(dāng)天運行采集的實時數(shù)據(jù)進行時間序列的曲線生成。操作人員也可以根據(jù)工作需求調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)進行曲線生成進行生產(chǎn)分析。

報警設(shè)置及用戶管理：用戶通過監(jiān)控軟件完成對特殊監(jiān)控數(shù)據(jù)的設(shè)置，根據(jù)數(shù)據(jù)量程的上下限來設(shè)置報警值。在用戶管理方面，系統(tǒng)可實現(xiàn)對不同人員的等級限制，各類用戶僅可對級別內(nèi)內(nèi)容進行操作。

4 結(jié)論

綜上所述，煤矸石電廠需要充分利用慢速脫碳工藝實現(xiàn)工業(yè)廢水處理，才可實現(xiàn)現(xiàn)代化社會中中堅企業(yè)的環(huán)保建設(shè)。通過集中式的監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對電廠污水的環(huán)保處理，還可促進電廠企業(yè)的數(shù)字化、持續(xù)化發(fā)展。

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作者單位陜西陜煤黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司 陜西省黃陵縣 727307