采區(qū)閉環(huán)式污水自動控制處理系統(tǒng)應(yīng)用

申光玉

(潞安化工集團(tuán) 司馬煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000)

潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司一采區(qū)回采煤層為二疊統(tǒng)山西組下部的3號煤層。該煤層賦存穩(wěn)定，煤厚變異較小，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤體黑色塊狀為主，局部為粒狀，亮煤為主，夾鏡煤帶條，具有線里狀結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有資料顯示，K7砂巖是3號煤層底板間接充水含水層，頂板砂巖裂隙含水層為3號煤層的間接充水含水層，屬弱富水性含水層，距3號煤頂板約35.44 m；工作面范圍內(nèi)地質(zhì)條件較為簡單，局部地方底板可能出現(xiàn)起伏變化，形成小型向斜及背斜，在向斜及背斜轉(zhuǎn)折端有煤層及頂板裂隙發(fā)育，出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。

為了保證礦井生產(chǎn)安全，司馬礦在副井底建立1個中央水泵房，水倉有效容積為1 800 m3，水泵房內(nèi)安裝4臺MD280型多級離心式水泵，并通過管路將污水排出地面。由于司馬礦回采的3號煤層穩(wěn)定性差，煤層在頂板淋水作用下出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，采掘工作面生產(chǎn)過程中噴霧降塵時工作面內(nèi)產(chǎn)生大量煤泥水，煤泥水進(jìn)入水倉沉淀后產(chǎn)生大量煤泥，每隔180 d需進(jìn)行1次水倉煤泥清理，水倉將污水直接排至地面，且排放量大，嚴(yán)重污染環(huán)境。司馬礦通過技術(shù)研究，決定在中央水倉安裝1套閉環(huán)式污水自動控制處理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閉環(huán)式污水自動控制處理系統(tǒng)主要包括閉環(huán)式污水處理裝置和恒壓供水裝置兩部分。

1.1.1 裝置結(jié)構(gòu)

1) 閉環(huán)式污水處理裝置主要由水砂分離器、混泥反應(yīng)池、固液分離設(shè)備、電控系統(tǒng)、混凝系統(tǒng)、污泥池、壓濾機(jī)、磁分離機(jī)等部分組成，如圖1所示。

圖1 閉環(huán)式污水處理裝置結(jié)構(gòu)示意

2) 混凝系統(tǒng)主要包括磁種箱、混凝劑、PAC箱。混凝系統(tǒng)主要用于向混凝反應(yīng)池中添加混凝劑，加速污水混凝。磁種箱、PAC箱內(nèi)添加磁分離材料，對污水中磁性離子進(jìn)行分離沉淀。預(yù)沉池內(nèi)安裝3趟管路，與污水池連接，利用3趟管路及時將池內(nèi)底部的煤泥排出。

3) 固液分離裝置與混泥反應(yīng)池連接，裝置內(nèi)安裝1根管路，管路與磁分離機(jī)連接，磁分離機(jī)將重介分離器和攪拌器連接起來，并通過一根管路將磁分離器與污泥池連通。其中污水池采用吸料泵通過管路與壓濾機(jī)上方的帶式輸送機(jī)接通，將廢料運(yùn)送至壓濾機(jī)。

4) 電控系統(tǒng)主要包括聯(lián)鎖開關(guān)、PLC控制器、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等部分。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、打印機(jī)、顯示器組成，上位機(jī)內(nèi)安裝專用組態(tài)軟件，利用組態(tài)軟件將污水處理系統(tǒng)工作狀況顯示在顯示器上，操作人員可遠(yuǎn)程觀察系統(tǒng)工況，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

1.1.2 恒壓供水裝置結(jié)構(gòu)

恒壓供水裝置主要由水泵、防爆變頻器、操控臺、閥門控制箱、PLC控制箱等部分組成，見圖2。中央水泵房內(nèi)共安裝兩套恒壓供水裝置，一臺工作一臺備用。該裝置的控制方式有：自動控制、手動一鍵控制以及就地檢修控制。

圖2 恒壓供水裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2 系統(tǒng)工作原理

1.2.1 閉環(huán)式污水處理裝置工作原理

1) 排放污水時首先進(jìn)入水砂分離器，過濾煤泥水中大顆粒砂石炭塊，過濾后的污水進(jìn)入預(yù)沉池內(nèi)，通過沉淀作用，上部有懸浮顆粒的污水進(jìn)入混凝反應(yīng)池內(nèi)，下部沉淀煤泥水通過管路進(jìn)入污泥池內(nèi)。

2) 污水進(jìn)入混凝反應(yīng)池內(nèi)后，混凝系統(tǒng)向反應(yīng)池內(nèi)添加混凝劑，污水在混凝劑的作用下，對污水中的懸浮物進(jìn)行沉降以及稀釋；稀釋后的污水進(jìn)入固液分離設(shè)備內(nèi)。

3) 污水進(jìn)入固液分離設(shè)備進(jìn)行分離過濾，上部清水通過管路進(jìn)入恒壓供水裝置內(nèi)，下部污水通過吸料泵進(jìn)入磁分離機(jī)進(jìn)行磁化分離作用，將煤泥吸入污泥池內(nèi)，若磁化分離的污水重介質(zhì)含量高，通過重介質(zhì)作用進(jìn)行沉降，如污水懸浮物含量高，通過攪拌器攪拌并添加助凝劑沉降，最終污水再次進(jìn)入混凝反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行二次過濾。

4) 煤泥進(jìn)入污泥池中通過攪拌作用，經(jīng)吸料泵進(jìn)入壓濾機(jī)，壓濾機(jī)主要對煤泥進(jìn)行水分過濾以及烘干，將煤泥擠壓成塊狀，通過帶式輸送機(jī)運(yùn)出。

1.2.2 恒壓供水裝置工作原理

恒壓供水裝置主要通過高壓水泵將水源進(jìn)行加壓，利用裝置中的電控液閥集控系統(tǒng)進(jìn)行水壓控制和水流流量控制，從而實現(xiàn)水流恒壓控制。水經(jīng)恒壓控制后通過管路輸送至各個采掘工作面用水點(diǎn)。恒壓控制方式主要包括自動恒壓控制和手動恒壓控制兩種。

1) 自動恒壓控制原理：當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到水位不在設(shè)計值時，自動開啟水泵加壓供水，并根據(jù)供水管路的壓力值自動調(diào)節(jié)變頻器，保證供水管路壓力在設(shè)定范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到水位超過上限值時，自動關(guān)閉水泵，關(guān)閉供水管路進(jìn)水閘閥，同時打開溢水閥門流入水倉。

2) 手動一鍵控制：當(dāng)自動控制系統(tǒng)故障時可通過人工手動控制，人工一鍵控制時可對系統(tǒng)中的獨(dú)立設(shè)備進(jìn)行啟停操作，但是變頻器頻率需預(yù)先設(shè)定。采用手動控制時，一旦水位降低，水泵無法自動開啟。

2 系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu) 點(diǎn)

1) 操作簡單、便于維護(hù)。閉環(huán)式污水自動控制處理系統(tǒng)各設(shè)備之間采用聯(lián)鎖控制，系統(tǒng)便于操作與維護(hù)。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可自動巡檢設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，檢查出故障源可及時排除，有效降低了故障率。

2) 自動化水平高。污水處理過程中只需1人操作，大大降低了污水處理作業(yè)強(qiáng)度。該系統(tǒng)可遠(yuǎn)程察看設(shè)備運(yùn)行狀況，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，提高了污水處理自動化水平。

3) 實現(xiàn)了污水二次利用。閉環(huán)式污水自動控制處理系統(tǒng)可將井下生產(chǎn)污水進(jìn)行沉淀、過濾，將污水進(jìn)行二次利用，一方面減少了煤礦靜壓水供應(yīng)量，另一方面減少了井下污水排放量，避免了污水對地面的污染；處理后的煤泥可出售，提高了煤礦經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 缺點(diǎn)

1) 由于礦井生產(chǎn)污水中含大量金屬異物，在對污水磁分離時，磁分離機(jī)工作負(fù)荷大，容易導(dǎo)致故障，增加了設(shè)備維修費(fèi)用。

2) 由于司馬礦回采的3號煤層穩(wěn)定性差，煤層易破碎，導(dǎo)致生產(chǎn)污水中含大量煤泥，污泥池內(nèi)堆積的煤泥量大且無法及時排出，需人工定期進(jìn)行清理。

3 結(jié) 語

司馬礦安裝閉環(huán)式污水自動控制處理系統(tǒng)后，2021年3月—2021年9月，該系統(tǒng)處理污水能力達(dá)320 m3/h，共計處理污水1.64萬m3，減少地面污水排放量1.42萬m3，污水利用率達(dá)95%以上，大大減少了井下污水排放量，減少了煤礦生產(chǎn)過程中靜壓水供給量，預(yù)計全年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益800余萬元，取得了顯著的應(yīng)用成效。