矿井水处理投药技术探讨

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：旦旦而学之，久而不怠焉，迄乎成。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了矿井水处理投药技术探讨相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

在煤矿开采过程中，矿井水净化处理技术的关键环节是药剂的投加控制，药剂投加的控制成效直接影响到矿井水处理效果和运行成本。针对人工加药的粗放、不确定性及不可控性会给生产带来很多不利影响进行了阐述，旨在实现药剂配制和投加的全自动控制，寻找解决合理经济可行的技术方案，为新建矿井提供参考。
0.引言
在煤矿矿井水处理过程中，煤矿的采掘面出水水质差异和水仓清淤等的影响，矿井水的水质存在着一定的变化，同时由于井下排水工作的随机性，水量也不断地变化，净化处理过程中所需要的药剂投加量随水质和水量的变化也很大，投药量的多少直接影响到矿井水的处理成本及出水水质，而传统的人工投药控制存在不足，配药采用人工配药，粗放的配药浓度不可掌握，控制的粗放、不确定性及不可控性会给生产带来很多不利影响，不能完全确保投药有效运行，因此，实现矿井水净化处理工艺过程的自动控制，对于矿井水处理具有非常重要的意义。
1.矿井水处理技术现状分析
含悬浮物的矿井水是煤矿生产过程中的主要矿井废水，此类矿井水由水中的悬浮物和胶体物质形成。向废水中加入带相反电荷的混凝剂和助凝剂破坏其胶体平衡，是目前煤矿矿井废水净化处理的常用处理方法。其处理工艺流程如下图1：

但是，由于药剂的投加量受到浊度、pH值、水温、流量和杂质等影响，在传统的矿井水处理中存在着一些不足，如：
a)处理规模与设计能力选择不当。如矿井涌水量远低于设计能力，或者实际涌水量高于处理能力，这些都会造成生产成本的浪费和污染排放；
b)工艺不合理。目前许多煤矿企业采取的矿井水处理工艺和设备不尽相同，大部分矿区采用混凝+沉淀工艺，混凝反应不充分或是沉淀时间不够，都会影响出水水质；
c)传统的人工投药控制和药剂选择存在不足。大部分配药采用人工配药，粗放的配药浓度不可掌握，投药量也是由人工根据经验通过调整投药泵的流量或是增加、减少投药泵的台数来实现，不能准确合理地配置药剂。对于出水量、水质控制要求满足不了设计要求，水质合格率低和药耗过高，影响净水效果。
2.矿井水净化处理的自动投药技术分析
药剂投加是矿井水净化处理技术中的关键环节，其直接影响到处理后的水质和运行成本，包括药剂配制的浓度及加药量的多少。加药量过大使加药费用过高增加产品成本，水中残留过多的有效药剂成分影响水质。而根据矿井水出水水质的变化自动控制药剂投送，能够有效提高矿井水处理效果和降低处理成本。常用的自动投药技术对比分析如下：
a)传统自动投药技术。在传统的人工操作控制投药基础上，改进了自动控制的投药方式，改善了矿井水处理效果和自动化程度，但是在矿井水的各种变化因素，如原水浊度、流量、水温、碱度和净水设施的负荷、状态等，大部分还不能实现对投药量有效控制；
b)计量泵控制技术。通过调节计量泵上的刻度旋钮来调节加药量，这种控制投料方式由于药剂的投加不能根据处理水量和水质的变化而自动调节，使得矿井水处理的效果不稳定，存在着一定的药剂浪费；
c)单因子流动电流投加控制技术。通过检测矿井水中的电解质(投加的混凝剂)电流控制药剂的投送量。但是由于矿井水中含有采掘机械产生的乳化液或机油，会因为电解质而产生破乳作用，从而析出油污污染单因子流动电流传感器，使得其灵敏度降低，产生较大误差。因此，单因子流动电流投加控制技术在矿井水处理中的应用受到了一定的限制；
d)PLC+数学模型法控制技术。PLC+数学模型法是一种运行得比较成功和比较先进的控制方法，在特定的矿井水处理站，原水的pH值、温度、胶体颗粒的性质，对药剂投加量的影响可以忽略。但是由于生产的影响和排水的不规律性，浊度和流量不断发生着很大的变化，影响混凝剂投加量。浊度检测是矿井水净化处理的重要控制指标，PLC+数学模型法的工作原理就是在自动检测过程中，针对不同采样点和不同时段的动态变化检测控制。然后，根据矿井水中的悬浮物含量、流量和最佳药剂投加量之间存在相关性，建立起影响药剂投加量和各种因素的数学模型关系，将影响投药量的诸多因素变成常量，得出原水浊度和流量对投药量影响的定量数学关系式。结合PLC自动控制技术，通过相关的模拟量采集，来实现对加药量的自动控制，从而满足出水水质要求。
PLC+数学模型法矿井水自动投药处理技术，通过在PLC程序中设置流量和浊度值与投药量的数学关系，在处理工程中通过实时在线检测矿井水进水中的浊度与流量，建立其与投药量之间的相关函数。然后确定不同原水的浊度下混凝剂、助凝剂的加入比例，使其达到最佳处理效果。因此，在实际处理过程中，可参照配比混凝剂PAC，配置成150g/L的溶液，控制投入流速V1；助凝剂PAM，配置成2g/L的溶液，控制投入流速V2。两种药剂分别由系统控制加入。对于矿井水动态流动特性，采用在线浊度仪和流量仪对沉淀池1和沉淀池2出口的浊度和流量进行实时监测，再根据监测所得浊度数据和流量数据对给药速度V1、V2进行控制，以达到自动投药、自动控制净水效果的目的。该自动投药控制技术能够根据实时出水水质来控制合理的加药量(通过投药管的流速实现控制)，处理效果非常理想，而且还可以根据不同矿井、不同生产时期的实际情况建立不同的模型参数，使矿井水处理的效果得到严格保障。
3.结语
实现矿井水净化处理工艺过程的自动加药工艺过程控制，既能减轻劳动强度，又能提高工作效率，既方便运行管理，提高了自动化水平，同时在确保处理水量和出水水质的前提下，既节省投药量，又降低水处理成本。矿井水处理的充分利用和科学管理，能够有效地利用水资源，对于防止水土流失、缓解矿区供水紧张、改善周边生态环境和提高矿业开采综合效益都有极为重要的作用和积极的现实意义。