CN113772755B - 一种采选矿废水污染物处理的药剂投放优化方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种采选矿废水污染物处理的药剂投放优化方法及其系统。该系统包括：进水在线监测单元、反应系统在线监测单元、上位机、药剂投加单元，药剂计量器和出水在线监测单元；进水在线监测单元，用于监测进水情况，上位机采用计算模型，通过进水流量、污染物浓度计算得出的污染物总量，给出药剂设定投加量，并通过反应系统在线监测单元、出水在线监测仪的反馈信号，对设计算法进行修正，达到水处理药剂不过量投加、出水污染物指标在设定范围内的目的，实现药剂投加在水处理中的全过程控制。本发明具有实时调整水处理药剂的投加量、提高水处理药剂的使用效率、降低废水处理成本、指标可控的优点。

Description

一种采选矿废水污染物处理的药剂投放优化方法及其系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种采选矿废水污染物处理的药剂投放优化方法及其系统。
背景技术
采选矿废水是指采矿、选矿过程中产生的废水、废液，采选矿废水来源广泛、种类繁多，污染物成分复杂，主要包括COD，Cu、Pb、Zn、As等重金属。如采选矿废水中的污染物不能有效去除，外排后将会对环境造成严重危害。
采选矿废水的处理方法，一般可以分为物理处理法、化学处理法、生物处理法。目前常用工业废水处理方法是化学处理法，该方法能快速有效的去除废水中的污染物，且工艺简单。
采选矿废水化学法处理，是利用采选矿废水的化学性质进行污染物分离，针对污染物的种类，有针对性的投加药剂并与污染物发生反应，进而去除污染物的一种净化方法。实际生产中，当采选矿废水处理的进水水量稳定、进水污染物含量稳定时，可以投加定量的水处理药剂，确保出水指标稳定达标。但是，当进水水量波动很大、进水污染物含量波动很大时，水处理药剂投加存在较大难度。为确保出水污染物指标达标，药剂往往需要过量投加，存在药剂过量、成本升高的问题。为控制采选矿废水处理成本，控制药剂投加量，可能存在出水指标出现波动，导致出水污染物超标的问题。
化学处理法是一个复杂的化学反应过程，过程参数也会对处理效果造成影响。常规的反应剂投加方法，往往忽略了反应过程参数对反应剂投加的反馈控制。单以进水情况作为依据，废水处理过程具有不可控性，进水情况和药剂投加量，不能完全体现反应过程的情况。单以出水情况作为反馈，具有时间上的滞后性，进水波动对污染物处理效果影响很大，无法有效控制出水指标稳定在一个适合的范围内。
针对目前采选矿废水化学法处理存在的问题，需要探索一种药剂投加的有效控制方法，可以将废水处理进水、反应过程、出水的全过程实现对药剂投加的控制，做到采选矿废水处理成本可控，出水污染物指标稳定达标。
发明内容
本发明公开了一种采选矿废水污染物处理的药剂投放优化方法及其系统，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种采选矿废水污染物处理的药剂投放系统，所述药剂投放系统包括：
一进水在线监测单元，用于采集待处理采选矿废水的进入量和水中污染物指标；
一反应系统在线监测单元，用于实时的废水反应装置内的反应数据；
一上位机，用于根据采集数据计算药剂设定投加量，并根据实时药剂投入量与药剂设定投加量进行对比，根据结果对加药量进行修正；
一药剂投加单元，用于根据药剂设定投加量向采选矿废水投入处理药剂，
一药剂计量器，用于采集实时药剂投加单元的药剂实时投入量；
其中，所述进水在线监测单元设置在采选矿废水入口处，所述反应系统在线监测单元和药剂投加单元设置在处理系统内部，所述药剂计量器设置在所述药剂投加单元上，
所述水在线监测单元、反应系统在线监测单元、药剂投加单元和药剂计量器均与所述上位机连接。
进一步，所述药剂投放系统还包括出水在线监测单元，所述出水在线监测单元实时采集处理后采选矿废水中污染物的指标，并将采集数据反馈给所述上位机，所述上位机根据污染物的指标重新计算计算药剂设定投加量。
进一步，所述进水在线监测单元包括进水流量计和进水在线监测单元；
所述进水在线监测单元包括COD在线监测仪或重金属在线监测仪。
进一步，所述药剂投加单元包括变频泵、恒药箱和电动阀；
其中，所述恒药箱通过管路和变频泵与废水反应装置的三级反应池连接，所述电动阀设置在所述管路上，所述上位机与所述变频泵和电动阀连接，所述药剂计量器设置在所述电动阀和变频泵之间的管路上。
进一步，所述反应系统在线监测装置为ORP在线监测仪或pH在线监测仪。
进一步，所述的出水在线监测单元包括出水流量计和出水在线监测仪；
所述出水在线监测仪包括COD在线监测仪或重金属在线监测仪。
本发明提供一种采用上述的系统的药剂投放优化方法，所述方法的具体步骤为：
S1)通过进水端的废水量和废水中污染物浓度值，得出进水中污染物总量，通过计算模型计算出药剂设定投加量；
S2)根据S1)药剂设定投加量向采选矿废水中投入药剂，并将实时的投入量反馈，将反馈值与药剂设定投加量进行对比，根据差值，确认是否修正，实现水处理药剂住实时控制。
本发明还提供一种所述的系统的药剂投放优化方法，其特征在于，当废水持续生产时，所述S3)还可为实时采集出水端的废水中污染物浓度值，并将采集的污染物浓度值反馈，将其带入计算模型重新计算出药剂设定投加量，并按照得到的药剂设定投加量进行投加药剂。
进一步，所述计算模型的公式如下所示：
式中，K为无量纲常数，取值范围为1×10-6-5×10-6；Qm：药剂设定投加量；Q：进水流量；a：修正系数，0.8≤a≤1.0；b：修正系数，0.6≤b≤1.2；c：修正系数，0.8≤c≤1.0；Cin：进水端水污染物浓度；Ce：出水污染物目标浓度；Ct：出水端的水污染物浓度；Pe：反应系统在线监测单元的目标过程值；Pt：反应系统在线监测单元的反应系统过程值；ic：出水端测量次数；ip：反应系统在线监测单元的测量次数。
进一步，所述S3)具体为：每隔1小时，测量一次出水COD值，作为C1值，原有C1值作为C2值，原有C2值作为C3值，原有C3值作为C4值，带入计算模型公，计算出药剂设定投加量值，并按照得到的药剂设定投加量进行投加药剂。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的方法利用水处理药剂的投加量与采选矿废水中污染物含量存在的近似正相关性，以进水流量和进水污染物浓度，计算进水中污染物总量，用以确定药剂的大致投加量。以监测的近几个反应系统过程参数，表征近段时间药剂与污染物的反应情况，作为一个反馈信号；以近几个监测的出水污染物浓度，表征近段时间的污染物处理效果，作为另一个反馈信号，对药剂投加量进行修正，实现药剂按进水污染物总量投加，实现药剂投加的进水、反应过程、出水全过程控制。药剂准确投加，成本最优，保证出水污染物指标控制在安全、经济的合适范围内。
附图说明
图1为本发明一种采选矿废水污染物处理的药剂自动投加方法的原理框架图。图中：实线箭头表示废水、药剂流向；虚线箭头表示信号传输方向。
图2为本发明一种实施例的氧化剂、生物制剂自动投加方法的流程示意图。
图中：实线箭头表示废水、药剂流向；虚线箭头表示信号传输方向。
图中：
1.进水流量计、2.进水在线监测仪、3.废水反应装置、4.药剂投加单元、5.药剂计量器、6.反应系统在线监测单元、7.出水在线监测单元、8.输入设备，9.上位机、10.显示设备。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明一种采选矿废水污染物处理的药剂投放系统，所述药剂投放系统包括：
一进水在线监测单元，用于采集待处理采选矿废水的进入量和水中污染物指标；
一反应系统在线监测单元6，用于实时的废水反应装置3内的反应数据；
一上位机9，用于根据采集数据计算药剂设定投加量，并根据实时药剂投入量与药剂设定投加量进行对比，根据结果对加药量进行修正；
一药剂投加单元4，用于根据药剂设定投加量向采选矿废水投入处理药剂，
一药剂计量器5，用于采集实时药剂投加单元的药剂实时投入量；
其中，所述进水在线监测单元设置在采选矿废水入口处，所述反应系统在线监测单元6和药剂投加单元4设置在废水反应装置3内部，所述药剂计量器5设置在所述药剂投加单元4上，
所述进水在线监测单元、反应系统在线监测单元6、药剂投加单元4和药剂计量器5均与所述上位机9连接。
所述药剂投放系统还包括出水在线监测单元7，所述出水在线监测单元7实时采集处理后采选矿废水中污染物的指标，并将采集数据反馈给所述上位机9，所述上位机9根据污染物的指标重新计算计算药剂设定投加量。
所述进水在线监测单元包括进水流量计1和进水在线监测仪2；
所述进水在线监测仪2包括COD在线监测仪或重金属在线监测仪。
所述药剂投加单元4包括变频泵、恒药箱和电动阀。
所述反应系统在线监测单元6为ORP在线监测仪或pH在线监测仪。
一种采用上述的系统的药剂投放优化方法，所述方法的具体步骤为：
S1)通过进水端的废水量和废水中污染物浓度值，得出进水中污染物总量，通过计算模型计算出药剂设定投加量；
S2)根据S1)药剂设定投加量向采选矿废水中投入药剂，并将实时的投入量反馈，将反馈值与药剂设定投加量进行对比，根据差值，确认是否修正，实现水处理药剂住实时控制。
一种采用上述的系统的药剂投放优化方法，当废水持续生产时，所述S3)还可为实时采集出水端的废水中污染物浓度值，并将采集的污染物浓度值反馈，将其带入计算模型重新计算出药剂设定投加量，并按照得到的药剂设定投加量进行投加药剂。
所述计算模型的公式如下所示：
式中，K为无量纲常数，取值范围为1×10-6-5×10-6；Qm：药剂设定投加量；Q：进水流量；a：修正系数，0.8≤a≤1.0；b：修正系数，0.6≤b≤1.2；c：修正系数，0.8≤c≤1.0；Cin：进水端水污染物浓度；Ce：出水污染物目标浓度；Ct：出水端的水污染物浓度；Pe：反应系统在线监测单元的目标过程值；Pt：反应系统在线监测单元的废水反应装置的过程值；ic：出水端测量次数；ip：反应系统在线监测单元的测量次数。
所述S3)具体为：每隔1小时，测量一次出水COD值，作为C1值，原有C1值作为C2值，原有C2值作为C3值，原有C3值作为C4值，带入计算模型公，计算出药剂设定投加量值，并按照得到的药剂设定投加量进行投加药剂。
实施例1，
如图2所示，以某典型铜矿山采选矿废水中的COD污染物为处理对象，系统包括：进水在线监测单元，反应系统在线监测单元6，上位机9，药剂投加单元4和药剂计量器5。
其中，
药剂，包括氧化剂、生物制剂两种。
药剂投加单元4，包括氧化剂投加装置、生物制剂投加装置两种。
药剂计量器5，包括氧化剂计量器、生物制剂计量器两种。
上位机9的氧化剂设计算法，其计算模型的公式为：
其中，Qmy为氧化剂投加量。
上位机的生物制剂设计算法，其计算模型的公式为：
其中，Qms为生物制剂投加量。
进水流量计1，实时测量废水进水流量，并将检测信号实时传输给上位机。
进水在线监测仪2，为进水在线监测单元，每小时从进水中取样，检测进水的COD浓度，并将检测信号传输给上位机9。
反应系统3，包括三级反应池、沉淀池，可以实现废水与药剂混合、反应、固液分离功能。
氧化剂的药剂投加单元4，采用恒药箱+电动阀的形式，用于根据上位机9给定的信号，向反应系统内投加氧化剂。
氧化剂计量器，用于实时检测氧化剂投加量，并将检测信号实时传输给上位机。
生物制剂的药剂投加单元4，采用恒药箱+电动阀的形式，用于根据上位机9给定的信号，向反应系统内投加生物制剂药剂。
生物制剂计量器，用于实时检测生物制剂投加量，并将检测信号实时传输给上位机。
反应系统在线监测单元6，为反应系统ORP在线监测仪，每10分钟检测反应系统内的ORP值，并将检测信号传输给上位机9，通过显示设备实时显示运行情况。
上位机9，通过进水流量计的流量信号、进水在线监测单元的COD浓度信号，并结合反应系统ORP在线监测仪测得的近3个ORP值作为反馈的ORP信号、出水COD在线监测仪测得的近4个COD值作为反馈的COD浓度信号，采用氧化剂设计算法，给出氧化剂设定投加量，并发出动作指令，由氧化剂投加装置执行。
上位机，通过进水流量计的流量信号、进水在线监测单元的COD浓度信号，反应系统ORP在线监测仪测得的近3个ORP值作为反馈的ORP信号、出水COD在线监测仪测得的近4个COD值作为反馈的COD浓度信号，采用生物制剂设计算法，给出生物制剂设定投加量，并发出动作指令，由生物制剂投加装置执行。
上位机，根据氧化剂计量器反馈的氧化剂流量信号，比较氧化剂实际投加量、氧化剂设定投加量，根据差值，发出动作指令，由氧化剂投加装置执行，使氧化剂实际投加量与氧化剂设定投加量相同。
上位机，根据生物制剂计量器反馈的生物制剂流量信号，比较生物制剂实际投加量、生物制剂设定投加量，根据差值，发出动作指令，由生物制剂投加装置执行，使生物制剂实际投加量与生物制剂设定投加量相同。
实施例1中，所述的氧化剂为发明专利《采选矿含有机物和重金属废水协同氧化处理的方法》(专利号：201410669782.8)中所述的氧化剂。
实施例1中，所述的生物制剂为发明专利《采选矿含有机物和重金属废水协同氧化处理的方法》(专利号：201410669782.8)中所述的生物制剂。
实施例1中，进水流量在400-900m3/h之间波动，进水COD值在100-450mg/L之间波动，经处理后，出水COD值稳定维持在36-45mg/L之间，达到本行业废水排放标准中COD值≤60mg/L的要求，采选矿废水处理过程安全、经济。
实施例2：
某典型铜矿山采选矿废水处理，污染物为COD，同时投加生物制剂、氧化剂两种药剂。两种药剂均以为计算模型，两种药剂的具体参数取值不相同；
其中，K为常数，取值范围为1×10-6-5X10-6；Qm：药剂设定投加量；Q：进水流量；a：修正系数，0.8≤a≤1.0；b：修正系数，0.6≤b≤1.2；c：修正系数，0.8≤c≤1.0；Cin：进水在线监测仪2测得的进水污染物浓度；Ce：出水污染物目标浓度；Ct：出水在线监测仪7测得的出水污染物浓度；Pe：反应系统目标过程值；Pt：反应系统在线监测单元6测得的反应系统过程值；ic：出水在线监测仪7测量次数；ip：反应系统在线监测单元6测量次数。
具体流程：
1、系统开机前
氧化剂：K取值为3.2×10-6，a取值为0.92，b取值为1.05，c取值为0.85，Ce取值为40，Pe取值为320，ip取值为3，P1、P2、P3初始取值均为Pe值320，ic取值为4，C1、C2、C3、C4初始取值均为Ce值40。
生物制剂：K取值为1.5×10-6，a取值为0.92，b取值为1.05，c取值为0.85，Ce取值为40，Pe取值为320，ip取值为3，P1、P2、P3初始取值均为Pe值320，ic取值为4，C1、C2、C3、C4初始取值均为Ce值40。
说明：ip取值为3，即用近3个Pt值(P1、P2、P3)作为近段时间的反应系统反应效果。ic取值为4，即用近4个Ct值(C1、C2、C3、C4)作为近段时间的出水指标值。
2、废水进水时
进水流量计测得进水流量Q；进水在线监测单元测得进水COD值Cin；
将Q、Cin值与系统开机前的其他参数取值，带入基本模型公式，分别得出氧化剂、生物制剂两种药剂的设定投加量。
根据氧化剂设定投加量，发出动作指令，氧化剂电动调节阀动作，氧化剂计量器测得氧化剂实际投加量，系统根据设定投加量与实际投加量的差值，再次给电动调节阀发出指令，使实际投加量与设定投加量相同。
根据生物制剂设定投加量，发出动作指令，生物制剂电动调节阀动作，生物制剂计量器测得生物制剂实际投加量，系统根据设定投加量与实际投加量的差值，再次给电动调节阀发出指令，使实际投加量与设定投加量相同。
3、废水处理持续生产时
进水流量计1，实时测得进水流量Q，代替模型中原有Q值，计算氧化剂、生物制剂的设定投加量，通过氧化剂/生物制剂电动调节阀、氧化剂/生物制剂计量器的配合，使实际投加量与设定投加量相同。
进水COD在线监测2，每隔1小时，测量一次进水COD值Cin，代替模型中原有Cin值，计算氧化剂、生物制剂的设定投加量，通过氧化剂/生物制剂电动调节阀、氧化剂/生物制剂计量器的配合，使实际投加量与设定投加量相同。
反应系统ORP在线单元6，每隔10min，测量一次反应系统ORP值，作为P1值，原有P1值作为P2值，原有P2值作为P3值，带入模型公式，计算氧化剂、生物制剂的设定投加量，通过氧化剂/生物制剂电动调节阀、氧化剂/生物制剂计量器的配合，使实际投加量与设定投加量相同。
出水COD在线监测仪，每隔1小时，测量一次出水COD值，作为C1值，原有C1值作为C2值，原有C2值作为C3值，原有C3值作为C4值，带入模型公式，计算氧化剂、生物制剂的设定投加量，通过氧化剂/生物制剂电动调节阀、氧化剂/生物制剂计量器的配合，使实际投加量与设定投加量相同。
以上对本申请实施例所提供的一种采选矿废水污染物处理的药剂自动投加方法及其系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种采选矿废水污染物处理的药剂投放系统的优化方法，所述药剂投放系统包括：
一进水在线监测单元，用于采集待处理采选矿废水的进入量和水中污染物指标；
一反应系统在线监测单元，用于实时的废水反应装置内的反应数据；
一上位机，用于根据采集数据计算药剂设定投加量，并根据实时药剂投入量与药剂设定投加量进行对比，根据结果对加药量进行修正；
一药剂投加单元，用于根据药剂设定投加量向采选矿废水投入处理药剂，
一药剂计量器，用于采集实时药剂投加单元的药剂实时投入量，其中，所述进水在线监测单元设置在采选矿废水入口处，所述反应系统在线监测单元和药剂投加单元设置在废水反应系统内部，所述药剂计量器设置在所述药剂投加单元上，所述水在线监测单元、反应系统在线监测单元、药剂投加单元和药剂计量器均与所述上位机连接；所述反应系统在线监测单元为ORP在线监测仪，每10分钟检测反应系统内的ORP值，并将检测信号传输给上位机，所述药剂投放系统还包括出水在线监测单元；具体的优化方法，其特征在于，所述优化方法的具体步骤为：
S1)通过进水端的废水量和废水中污染物浓度值，得出进水中污染物总量，通过计算模型计算出药剂设定投加量；
S2)根据S1)药剂设定投加量向采选矿废水中投入药剂，并将实时的投入量反馈，将反馈值与药剂设定投加量进行对比，根据差值，确认是否修正，完成药剂足量添加；
S3)实时采集出水端的废水中污染物浓度值，并将采集的污染物浓度值反馈，将其带入计算模型重新计算出药剂设定投加量，并按照得到的药剂设定投加量进行投加药剂；
所述计算模型的公式如下所示：
式中，K为无量纲常数，取值范围为1×10-6-5×10-6；Qm：药剂设定投加量；Q：进水流量；a：修正系数，0.8≤a≤1.0；b：修正系数，0.6≤b≤1.2；c：修正系数，0.8≤c≤1.0；Cin：进水端水污染物浓度；Ce：出水污染物目标浓度；Ct：出水端的水污染物浓度值；Pe：反应系统在线监测单元的目标过程值；Pt：反应系统在线监测单元的反应过程值；ic：出水端测量次数；ip：反应系统在线监测单元的测量次数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出水在线监测单元实时采集处理后采选矿废水中污染物的指标，并将采集数据反馈给所述上位机，所述上位机根据污染物的指标重新计算计算药剂设定投加量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进水在线监测单元包括进水流量计和进水在线监测仪。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进水在线监测仪包括COD在线监测仪或重金属在线监测仪。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述药剂投加单元包括变频泵、恒药箱和电动阀；其中，所述恒药箱通过管路和变频泵与污水反应系统的三级反应池连接，所述电动阀设置在所述管路上，所述上位机与所述变频泵和电动阀连接，所述药剂计量器设置在所述电动阀和变频泵之间的管路上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的出水在线监测单元包括出水流量计和出水在线监测仪；所述出水在线监测仪包括COD在线监测仪或重金属在线监测仪。
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