高密度泥浆法处理矿区污水的应用与实践

酸性废水是有色金属工业的主要废水之一，具有污染成分复杂、水量波动大、排放点分散、废水难于控制等特点。目前，国内外应用较广泛的酸性废水处理技术有石灰中和高密度泥浆法、离子交换法、铁屑置换法、吸附法、生物氧化法等。石灰中和法、铁（铝）盐沉淀法、高浓度泥浆法等产生的底泥无法直接回收利用，存在处理难的问题。某矿区目前采用的是高浓度泥浆法进行污水处理，整个污水处理流程中很多工段都是采用人工操作，工作量大，人力成本高，且工人的技术水平参差不齐，很难保证稳定性，因此厂区决定对污水处理系统进行自动化系统改造，降低人力成本，同时提高污水处理效率。

一、污水处理工艺控制要求

1.调节池液位控制。通过调节池超声波液位计检测到液位模拟输入信号控制调节池排水管上的开关阀，达到控制调节池液位的目的。

2.通过调节池排水总管流量计、pH计检测排出工业污水量以及pH值等参数，自动调节投加石灰乳量，以控制出水pH值为8.5 左右。采用泵投加进入石灰/泥浆混合槽。

3.通过调节池排水总管流量计检测排出工业污水量，按照设定程序自动控制螺杆泵的转速控制絮凝剂溶液的添加量，投加至混合分配槽。

4.浓密池底泥浓度和高度控制。浓密池底泥的浓度和高度通过刮泥机的扭矩间接检测，这一关系需在调试过程中获得。浓密池底泥的浓度和高度与压滤泵的排泥有关，当扭矩大时，启动压滤泵排泥，当扭矩减小到一定值时，压滤泵停止。浓密机底部的排泥泵为变频泵，浓密机的底流排放流量由底泥储槽的液位来决定，当底泥储槽的液位高时减小排泥泵的流量，当底泥储槽的液位低时加速排泥泵的流速，以确保底泥储槽保持一定液位。

二、泥浆法自动化控制系统和功能设计

通过厂区的污水处理系统中的电石乳的投放量、絮凝剂量等计量控制手段全凭人工根据系统测试的液位、PH 值、SS 值、流量等数据进行控制。该矿区日处理酸性污水量达到500 m3，如果完成依靠人工进行操作，则需要投入非常大的人力成本。此外，由于污水处理程序过程繁琐，操作人员经常会出现误操作现象，使处理的污水达不到排放的标准，污染环境。该矿区进行自动化控制改造后，采用的污水处理工艺控制，由整个矿区的污水处理系统完全实现了自动化运转。设计的自动化控制系统可以根据液位、PH 值、SS 值、流量等数据自动控制电石乳的投放量、絮凝剂量等参数，不仅有效地降低了人力成本，提高了污水处理效率，而且电石乳的投放量、絮凝剂量、废水流量等污水处理控制更加精准。

1.控制系统，此系统过程控制层采用西门子生产的产品来实现系统对污水处理过程中的液位、pH 值、SS 值、流量等数据测量，以及搅拌机、控制泵等控制，实现对电石乳的投放量、絮凝剂量、废水流量等污水处理参数的自动控制。同时其可以实现对污水处理过程进行监控、显示以及报警等功能。该自动化系统可以在线pH 计测量反应池中废水的pH 值，从而通过控制系统控制电石乳的投放量，可以精确的控制电石乳的投放，减少石灰的用量，提高系统的经济性。此外，该矿区设计的系统日处理500 m3 酸性污水，在如此大的反应空间中，不同区域的污水pH 值会存在差异，如果只采用pH 计进行点检测，可能会影响系统的控制准确性，因此，为了反应池内各处的PH 值相对保持一致，本设计的控制系统中还采用了中和反应搅拌系统，此搅拌系统可以根据反应池中废水总量来控制转速和转向，提高了控制系统的准确性。

2.控制系统软件设计。采用西门子公司生产的STEP7 软件进行程序的设计和开发。STEP7 软件不仅可以使用多种语言形式进行编程，而且具有对程序进行调试、系统故障诊断及测试等功能，有效地降低了技术人员的工作强度，减少程序安装时间。当采用SEP7 编辑程序完成后，经过编译器进行编辑后可直接安装至PLC 中使用，在程序过程中完全与STEP7 软件无关，因此STEP7 软件仅仅具有编辑程序的功能。

（1）系统工艺流程程序设计。系统中PLC 主要是对污水处理系统中各种设备的运行状态进行监测，同时完成控制层指令。采用高密度泥浆法的矿山污水处理要求，对污水处理系统的工艺流程程序进行了设计，达到对污水处理系统中各类设备进行监测的目的。在进行电石乳配备时，首先启动电石乳消化器设备后，斗式提升泵、加液泵分别会往电石乳制备桶中加入石灰及水，当电石乳制备桶的液位上升到报警位时，两泵将会停止运行，此时电石乳消化器将会把多余的物料输送至投加箱，如果输送完成后，螺杆泵将会停止工作。在进行絮凝剂配制过程中，首先在絮凝剂配制装置中将水与絮凝剂进行充分搅拌混合45min 后，再通过絮凝剂输送泵进入配制好的絮凝剂输送至絮凝反应槽中，同时往槽中加入药剂进行反应，然后采用搅拌机进行搅拌45 min。不断循环上述过程。其中絮凝剂输送泵配备两台，一台工作，另一台备用。浓密池在进行底泥处理过程中，首先打开泥浆提升泵，则浓密池中的底泥将会经过提升泵再次进入回流搅拌桶中，当浓密池中的液位达到报警未时，渣浆泵将会工作将浓密池中的底泥抽走。整个处理过程将会不断往复的重复上述处理过程。

（2）PLC 软件程序设计。PLC 程序采用西门子STEP7 软件进行开发，整个程序使用的是梯形图语言编写，采用模块化结构设计，由一个主程序和多个子程序组成，如图所示。

3、系统运行结果。通过采用本文设计的控制系统对该矿区处理的酸性污水进行了试验检测，详细的研究了石灰用量、曝气量、絮凝剂等污水处理工艺参数对处理效果的影响。最终得到基于该矿山污水处理工艺的最优处理工艺，其中各最优工艺参数为：石灰加入至污水PH 值约为9、曝气量约为4 L /min、絮凝剂约为8mg /L，同时对处理前、后的水质进行了检测，基于高密度泥浆法污水处理工艺，设计的系统不仅可以提高酸性矿山污水的水质，而且可以有效地提高酸性矿山污水处理工艺的运行稳定性及可靠性。此外，进行改造前后处理污水1m3 的费用对比如表所示。

经过自动化控制改造后，虽然电费有所增加，但是无论是石灰、絮凝剂的成本，还是人工费都降低了，这也使得改造后污水处理所需的总成本也下降，污水处理系统经过自动化改造后，不仅可以采用提高酸性矿山污水的水质，而且还可以有效地降低运营成本。

基于高浓度泥浆法工艺的自动控制系统不仅实现了电石乳投放、絮凝剂加入、废水流量等自动化，而且通过采用了中和反应搅拌系统来控制搅拌系统的转速和转向，有效地提高了系统控制的准确率。整个自动控制系统的应用不仅系统运行稳定，而且有效地提高了生产效率以及设备管理水平。