基于慢速脱碳的煤矸石发电厂废水处理

2017-11-07王超卢倩

电子技术与软件工程 2017年17期

文/王超卢倩

基于慢速脱碳的煤矸石发电厂废水处理

文/王超卢倩

随着现代化工业的持续化发展，工业生产中的环保问题不断地得到重视。为了更好地提高煤矸石电厂的环保指标，建设环境友好型支柱企业。设计并研制一种高性能的废水处理工艺是企业可持续发展的必由之路。本文针对煤矸石电厂疏干水高效处理问题，对基于慢速脱碳技术的废水处理工艺展开了分析与研究。

慢速脱碳疏干水废水处理

1 引言

在煤矿及煤矸石电厂的协作运行时，如何处理煤层中产生的疏干水是企业环保标准考核的主要项目。疏干水属于工业废水的一种，其主要成分包括开采面砂泥、炭粒、溶解盐、粉尘、油脂等。没有经过必要废水处理环节的疏干水排放，会严重破坏当地自然环境。矸石电厂废水处理系统主要进水源包括了疏干水在内的高盐度的排污水以及高硬度与碱度的反渗透浓排水。除此之外，在工业废水的有机物元素含量上，硅、镁等元素也比生活污水高出很多，常规的废水处理方案对这类混合污水效果一般。因此引入慢速脱碳技术改善矸石电厂的废水处理工艺是十分有必要。

2 慢速脱碳技术

2.1 慢速脱碳原理

慢速脱碳工艺是近年来出现的一种新型的高效工业废水处理技术。该工艺的优点在于不仅可以有效地调节废水处理的PH值，还可以降低疏干水的碳酸盐硬度。慢速脱碳的基本原理是利用化学反应来实现废水中碳酸盐中碳元素的脱离。通过加入氢氧化钙来实现水中含碳负离子的沉淀，具体化学反应如下：

其中CaCO3、Mg(OH)2为沉淀物。慢速脱碳根据工艺处理流程可划分为快速混合、絮凝以及沉淀3个阶段。

2.2 慢速脱碳过程处理

快速混合阶段主要是通过向中央水池中加入凝聚剂氯化铁为絮凝阶段做准备。氯化铁的加入以及大范围的混合搅拌(速率为100r／min左右)，水池中的污水会慢慢出现颗粒，直至形成很多微小的矾花。混凝处理形成的矾花不仅可以有效地凝聚污水中的有害有机物，还能产生具有吸附作用的胶体，不断吸收污水中的固体颗粒并使之沉淀。因此在经过快速混合后的静置时，污水的澄清度会明显提高。

絮凝阶段主要作用是通过加药手段不断地控制絮状物的大小，使之更容易沉淀。污水快速混合后，会通过管道从絮凝室底部送入。这样设计可以更有效地加大原水与回流污泥的充分接触。所加助凝剂是阴离子型的聚丙烯酰胺(PAM)，PAM可以帮助矾花变大，加速沉淀。絮凝过程的主要沉淀物为碳酸钙与氢氧化镁。

沉淀阶段主要作用是将除了上述矾花沉淀外，还需要把其内含有的悬浮物，氢氧化铁、碳酸钙、有机物等进行浓缩。当体积较大的絮凝物进入澄清池底部后，开始进行浓缩。对于沉淀过程中存在的无法凝聚的细小颗粒，会在浓缩过程中落在斜板上沉淀，并返回到澄清池底部形成回流污泥。

上述工艺的实现，不能仅靠人工作业完成。加药、絮凝、沉淀的精准控制是慢速脱碳过程的核心。因此实现废水处理自动化是十分必要的。

3 废水处理系统设计

3.1 硬件设计

为了实现废水处理系统的自动化控制，本文设计了一种基于工业组态软件和PLC相结合的自动监控系统方案。主要采用工控机与PLC相结合的集中监控方式。在硬件设计方面，设计原则主要服从于煤矸石电厂的现有运行条件，尽可能的满足电厂设备的现有设备接口条件。工作人员可以在废水处理车间控制室内完成对慢速脱碳处理、进出水控制、压滤机调节、、压缩空气控制以及各环节加药等多个模块的集中控制。除此之外，在设备监控方面还可以实现对电机启停、各类主要管道阀门开合、设备启停、重要故障报警、操作模式以及慢速脱碳过程中主要技术参数（流量、压力、液位、电导率、浊度）的监控。新系统可以形成主要设备的联锁保护，实现无人值守。

整个废水处理处理系统除了实现工艺上全自动、半自动及手动控制模式的自主切换外。在硬件配置上，还对操作员站、操作台、PLC可编程控制器、通讯模件、I/O模件、各类控制柜、测量仪表、安装材料等进行了细致的实地考量。PLC主要选用GE的RX3i IC695CPU310型号，其它设备还包括剩余污泥泵电磁阀箱、污泥给料泵电磁阀箱、石灰乳循环泵电磁阀箱、磁翻板液位计以及E+H的料位计、浊度计等。

3.2 软件设计

在监控软件设计方面，采用组态王6.52实现主要监控界面的设计。通过工业以太网实现PLC与工控机、PLC与现场设备的信号交互。由于废水处理主要为化学过程，因此在监控方面还具有针对性的设计了工业化学处理中的加药泵控制，以及药量监控。除此之外，在上位机监控上系统还可以实现对控制过程中仪表数据的采集、计算、显示以及过程分析。在数据管理方面还可以实现保存、报警、打印等功能。以下对主要功能做具体说明。

数据采集功能：主要通过AD转换模块实现对现场模拟量的采集以及不同开关量的采集。

数据保存和处理功能：系统采用标准数据库进行数据存储，可是现实三年内的数据查阅。

实时画面显示功能：通过对模拟量与开关量的采集与处理，通过监控界面显示；可实现对设备状态的显示以及列表、图表、趋势图等显示。

报警及历史查询：系统根据废水处理的各环节预设标准，对主要的加药、注水等过程进行了数据监控。若超过预设值，则启动警示灯报警。除了警示灯报警外，系统还设置了监控界面的文字报警以及重要监控设备的语音报警。对于报警数据，则可以通过上述数据查询功能进行针对历史报警数据的查询。

实时与历史曲线：系统可对当天运行采集的实时数据进行时间序列的曲线生成。操作人员也可以根据工作需求调阅历史数据进行曲线生成进行生产分析。

报警设置及用户管理：用户通过监控软件完成对特殊监控数据的设置，根据数据量程的上下限来设置报警值。在用户管理方面，系统可实现对不同人员的等级限制，各类用户仅可对级别内内容进行操作。