文/王超 盧倩

基于慢速脫碳的煤矸石發(fā)電廠(chǎng)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(wèn)題不斷地得到重視。為了更好地提高煤矸石電廠(chǎng)的環(huán)保指標(biāo)，建設(shè)環(huán)境友好型支柱企業(yè)。設(shè)計(jì)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(duì)煤矸石電廠(chǎng)疏干水高效處理問(wèn)題，對(duì)基于慢速脫碳技術(shù)的廢水處理工藝展開(kāi)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(chǎng)的協(xié)作運(yùn)行時(shí)，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(xiàng)目。疏干水屬于工業(yè)廢水的一種，其主要成分包括開(kāi)采面砂泥、炭粒、溶解鹽、粉塵、油脂等。沒(méi)有經(jīng)過(guò)必要廢水處理環(huán)節(jié)的疏干水排放，會(huì)嚴(yán)重破壞當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境。矸石電廠(chǎng)廢水處理系統(tǒng)主要進(jìn)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(jī)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(duì)這類(lèi)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(chǎng)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(lái)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(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)廢水中碳酸鹽中碳元素的脫離。通過(guò)加入氫氧化鈣來(lái)實(shí)現(xiàn)水中含碳負(fù)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(gè)階段。

2.2 慢速脫碳過(guò)程處理

快速混合階段主要是通過(guò)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(huì)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(jī)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(guò)快速混合后的靜置時(shí)，污水的澄清度會(huì)明顯提高。

絮凝階段主要作用是通過(guò)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(huì)通過(guò)管道從絮凝室底部送入。這樣設(shè)計(jì)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(guò)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(jī)物等進(jìn)行濃縮。當(dāng)體積較大的絮凝物進(jìn)入澄清池底部后，開(kāi)始進(jìn)行濃縮。對(duì)于沉淀過(guò)程中存在的無(wú)法凝聚的細(xì)小顆粒，會(huì)在濃縮過(guò)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(shí)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(guò)程的核心。因此實(shí)現(xiàn)廢水處理自動(dòng)化是十分必要的。

3 廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，本文設(shè)計(jì)了一種基于工業(yè)組態(tài)軟件和PLC相結(jié)合的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)方案。主要采用工控機(jī)與PLC相結(jié)合的集中監(jiān)控方式。在硬件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)原則主要服從于煤矸石電廠(chǎng)的現(xiàn)有運(yùn)行條件，盡可能的滿(mǎn)足電廠(chǎng)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(chē)間控制室內(nèi)完成對(duì)慢速脫碳處理、進(jìn)出水控制、壓濾機(jī)調(diào)節(jié)、、壓縮空氣控制以及各環(huán)節(jié)加藥等多個(gè)模塊的集中控制。除此之外，在設(shè)備監(jiān)控方面還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)啟停、各類(lèi)主要管道閥門(mén)開(kāi)合、設(shè)備啟停、重要故障報(bào)警、操作模式以及慢速脫碳過(guò)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(hù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

整個(gè)廢水處理處理系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)工藝上全自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)控制模式的自主切換外。在硬件配置上，還對(duì)操作員站、操作臺(tái)、PLC可編程控制器、通訊模件、I/O模件、各類(lèi)控制柜、測(cè)量?jī)x表、安裝材料等進(jìn)行了細(xì)致的實(shí)地考量。PLC主要選用GE的RX3i IC695CPU310型號(hào)，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(jì)以及E+H的料位計(jì)、濁度計(jì)等。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

在監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)方面，采用組態(tài)王6.52實(shí)現(xiàn)主要監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC與工控機(jī)、PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)交互。由于廢水處理主要為化學(xué)過(guò)程，因此在監(jiān)控方面還具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)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(jī)監(jiān)控上系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制過(guò)程中儀表數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、顯示以及過(guò)程分析。在數(shù)據(jù)管理方面還可以實(shí)現(xiàn)保存、報(bào)警、打印等功能。以下對(duì)主要功能做具體說(shuō)明。

數(shù)據(jù)采集功能：主要通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬量的采集以及不同開(kāi)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(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可是現(xiàn)實(shí)三年內(nèi)的數(shù)據(jù)查閱。

實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示功能：通過(guò)對(duì)模擬量與開(kāi)關(guān)量的采集與處理，通過(guò)監(jiān)控界面顯示；可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的顯示以及列表、圖表、趨勢(shì)圖等顯示。

報(bào)警及歷史查詢(xún)：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(duì)主要的加藥、注水等過(guò)程進(jìn)行了數(shù)據(jù)監(jiān)控。若超過(guò)預(yù)設(shè)值，則啟動(dòng)警示燈報(bào)警。除了警示燈報(bào)警外，系統(tǒng)還設(shè)置了監(jiān)控界面的文字報(bào)警以及重要監(jiān)控設(shè)備的語(yǔ)音報(bào)警。對(duì)于報(bào)警數(shù)據(jù)，則可以通過(guò)上述數(shù)據(jù)查詢(xún)功能進(jìn)行針對(duì)歷史報(bào)警數(shù)據(jù)的查詢(xún)。

實(shí)時(shí)與歷史曲線(xiàn)：系統(tǒng)可對(duì)當(dāng)天運(yùn)行采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列的曲線(xiàn)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(jìn)行曲線(xiàn)生成進(jìn)行生產(chǎn)分析。

報(bào)警設(shè)置及用戶(hù)管理：用戶(hù)通過(guò)監(jiān)控軟件完成對(duì)特殊監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的設(shè)置，根據(jù)數(shù)據(jù)量程的上下限來(lái)設(shè)置報(bào)警值。在用戶(hù)管理方面，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同人員的等級(jí)限制，各類(lèi)用戶(hù)僅可對(duì)級(jí)別內(nèi)內(nèi)容進(jìn)行操作。

4 結(jié)論

綜上所述，煤矸石電廠(chǎng)需要充分利用慢速脫碳工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水處理，才可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化社會(huì)中中堅(jiān)企業(yè)的環(huán)保建設(shè)。通過(guò)集中式的監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠(chǎng)污水的環(huán)保處理，還可促進(jìn)電廠(chǎng)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