選礦尾水處理中自動化儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用①

葉雪云

(湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司)

選礦尾水處理中自動化儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用①

葉雪云

(湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司)

介紹了選礦尾水處理工藝與流程，針對尾水排水現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一個(gè)自動化儀表控制系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用后，尾水排放質(zhì)量達(dá)標(biāo)，尾水處理效率得到了提高。

自動化儀表控制系統(tǒng) 選礦尾水 處理流程

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)日益受到重視[1]。某礦山企業(yè)依靠科技進(jìn)步，立足采選主業(yè)，著力發(fā)展精深加工，使礦產(chǎn)資源綜合利用水平、選礦回收率得到了大幅提高[2～5]，使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而這些選礦尾水含有有機(jī)物和重金屬污染物(COD、SS等)，給當(dāng)?shù)鼐用裼盟徒恿饔蛟斐蓢?yán)重污染[6～8]。原選礦尾水處理工藝簡單，基本由人工操作控制，導(dǎo)致尾水很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過重建尾水處理站、引進(jìn)自動化儀表控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、反饋與調(diào)節(jié)給藥配藥，來解決排污問題勢在必行。為此，筆者以金屬礦山選廠尾水處理工藝新建的選礦尾水處理站為研究對象，設(shè)計(jì)尾水處理工藝自動化儀表控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)尾水處理實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)控制和自動加料給藥的目的。

1 尾水排水現(xiàn)狀

某尾礦庫區(qū)西側(cè)翻過高祖嶺為東河，因此目前庫區(qū)的排洪系統(tǒng)布置在庫區(qū)西側(cè)埡口附近，排水系統(tǒng)為排水井-隧洞式。尾礦庫工業(yè)廢水處理量約15 000m3/d。尾礦庫尾水排放量大、沉降距離短，加之螢石選礦廢水、外排廢水成分復(fù)雜，導(dǎo)致廢水處理難度極大，尾水經(jīng)尾礦庫沉淀后易出現(xiàn)酸堿度、COD、SS、Pb、Zn及As等排放超標(biāo)的現(xiàn)象[6～8]。如果這些污染物排放指標(biāo)得不到有效治理，必然給周圍水體帶來嚴(yán)重污染。

2 選礦尾水處理工藝與流程

選礦尾水處理過程為：尾礦庫尾水經(jīng)管道送至廢水處理站的廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)廢水調(diào)節(jié)池的均量均質(zhì)作用后，通過提升泵房中的水泵提升至1#反應(yīng)池；在1#反應(yīng)池中投加石灰和鐵鹽與廢水中的污染物進(jìn)行混凝反應(yīng)，去除廢水中的部分重金屬和懸浮物質(zhì)，出水進(jìn)入2#反應(yīng)池；在2#反應(yīng)池中投加藥劑對廢水中的有機(jī)物和重金屬進(jìn)行處理，出水進(jìn)入3#反應(yīng)池；出水從3#反應(yīng)池經(jīng)過沉淀后經(jīng)過清水池監(jiān)測合格后排入河流(圖1)。

根據(jù)COD的特性，常見的COD去除法有物理法、物理化學(xué)法、生物處理法及新型藥劑絮凝法等。考慮到選礦尾水中重金屬濃度較低、有機(jī)物濃度較高，因而采用圖1所示的處理工藝流程。

圖1 選礦尾水處理工藝流程

現(xiàn)有的尾水處理工藝，由于采用人工方式添加石灰難以控制劑量，且尾水在尾礦庫沉淀停留時(shí)間短，溢流尾水中的懸浮物、殘留的選礦藥劑和重金屬污染物無法充分沉降，導(dǎo)致尾水(pH值為10.71)水質(zhì)超標(biāo)，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 選礦尾水水質(zhì)指標(biāo) mg/L

根據(jù)監(jiān)測得到的水質(zhì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表2，其中pH值小于11。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo) mg/L

根據(jù)環(huán)保部門要求，尾水經(jīng)過處理站處理后需達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)后方可外排至東河，具體出水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 出水水質(zhì)指標(biāo)

3 自動化儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選礦尾水處理自動化儀表控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)，分三級遞階結(jié)構(gòu)：底層是由PLC與儀器儀表組成的現(xiàn)場控制系統(tǒng)，對污水處理工程各工藝過程進(jìn)行分散控制；中間層由現(xiàn)場控制系統(tǒng)與控制站組成；頂層是由通信系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成的中央控制系統(tǒng)-中央控制室，對整個(gè)工程實(shí)行集中管理[9]。現(xiàn)場控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線和Profibus通信方式，各分站與中央控制室采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信。控制方式設(shè)計(jì)為就地手動控制、遠(yuǎn)程遙控和PLC程序自動控制。

系統(tǒng)配置包括：

a. 根據(jù)工藝生產(chǎn)流程和測控要求配置的pH值、液位、流量及過程控制等監(jiān)控儀表；

b. 根據(jù)工藝和設(shè)備運(yùn)行要求設(shè)置自動控制、自動調(diào)節(jié)、自動報(bào)警和安全保護(hù)裝置；

c. 儀表信號的傳送和顯示，設(shè)備狀態(tài)信號和控制命令的傳送；

d. 污水處理工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)；

e. 采集電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并傳送至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；

f. 視頻監(jiān)控與通信系統(tǒng)。

根據(jù)工藝流程和平面布置，結(jié)合MCC的位置，按照控制對象的區(qū)域設(shè)備量，本工程擬設(shè)置一個(gè)中央控制室。中央控制室設(shè)在綜合樓值班室中，內(nèi)設(shè)過程控制管理系統(tǒng)。中控室配置兩套互為熱備的監(jiān)控操作站、一套工程師操作站、一套便攜式編程器、一臺打印機(jī)和模擬顯示屏構(gòu)成的中央控制系統(tǒng)。中控室完成污水處理工程的自動控制和生產(chǎn)管理，監(jiān)視、管理并控制整個(gè)尾水處理工程的全部生產(chǎn)過程和工藝過程[10]，通過模擬屏顯示整個(gè)生產(chǎn)工藝的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括各主要設(shè)備的狀態(tài)、電氣系統(tǒng)狀態(tài)和主要現(xiàn)場數(shù)據(jù)，完成各種報(bào)表、過程曲線等的輸出打印。中央控制系統(tǒng)與現(xiàn)場控制站采用總線方式連接。

系統(tǒng)主要采用的儀器儀表有：5臺超聲波液位計(jì)、4臺電磁流量計(jì)、一臺pH在線儀器、8臺ORP儀、3臺723可見光分光光度計(jì)、4臺AA-6880原子吸收儀、一臺AFS-2100原子熒光光度計(jì)、一臺STARTER3100氟離子選擇電極、一臺辦公電腦(帶激光打印機(jī))及一臺UPS應(yīng)急電源等。系統(tǒng)通過PLC和工控機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、比較和控制。

借助以上儀器儀表完成的主要監(jiān)測內(nèi)容有：廢水調(diào)節(jié)池的液位、污水提升泵的工作狀態(tài)、攪拌機(jī)的工作狀態(tài)、污泥池的液位和加藥間設(shè)備的運(yùn)行情況。

尾水處理廠的自控功能包括：根據(jù)污水調(diào)節(jié)池的液位控制提升泵的啟閉，顯示廢水提升泵的工作狀態(tài)，顯示攪拌機(jī)的工作狀態(tài)，監(jiān)視處理后的出水水量和水質(zhì)，監(jiān)視污泥脫水機(jī)的工作狀態(tài)并控制加藥等。

4 結(jié)束語

根據(jù)選礦尾水排水現(xiàn)狀，基于尾水處理工藝與流程，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)自動化儀表控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效控制尾水排放質(zhì)量，提高尾水處理效率，有效保護(hù)了當(dāng)?shù)厮Y源環(huán)境，降低了人工成本，使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益和社會效益。

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葉雪云(1980-)，工程師，從事電氣技術(shù)和自動控制工作，280006627@qq.com。

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