铜矿工业废水处理系统故障分析及改造

2021-03-08屈萍红

中国金属通报 2021年24期

屈萍红

（江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224）

工业废水其广泛含义是指工业生产中所产生的废水，按照废水来源可划分为冶金废水、造纸废水、发电废水、农业生产废水等；废水处理系统是根据废水种类和性质的不同，处理的要求也不尽相同，经合理配置处理装置的主次关系和前后顺序，将处理废水各单元过程合理组成的有机整体，使工业废水的排放达到标准甚至高于标准进行排放，是企业重要重要的环保环节[1]。以德兴铜矿精尾综合厂工业水处理站为例，改造建于1987年，并于2005年引进HDS（高浓度浆料处理）工艺技术，对矿山酸、碱性废水进行废水处理，是保障大坞河水质和下游居民的生产、生活状况以及企业正常运转的关键生产环节，2014年二厂建成投产，设计日处理工业废水能力达到7万吨，为矿山达到国家环保要求发挥着重要作用。近几年，随着生产任务的增加和部分设备老化，工业废水处理系统故障逐渐频发，影响系统正常运行，因此，厂机动能源室成立“减少工业废水处理系统故障时间”QC小组，进行技术攻关。因此对废水处理系统进行故障分析，并探讨有效的解决办法，对环境保护，居民生活及企业的正常生产及具有非常重要的意义。

1 HDS工业废水处理系统原理

HDS（High Density Sludge Process）工业废水处理系统是采用高浓度浆料处理工艺废水处理，该技术在加拿大得到广泛使用，是国际上先进的工业废水处理技术。

HDS工业废水处理系统采用基于石灰中和的废水处理的基础上，运用底渣循环法将废水酸碱中和形成物与中和药剂石灰进行充分混合，再排入酸碱反应池中[2]。此工艺可以使石灰剂得到充分利用，减少中和药剂石灰的使用量；并且回流的底渣与石灰剂充分混合过程中形成的硫酸钙晶体，作为新形成的硫酸钙和氢氧化物提供吸附载体，增大絮体粒度及其沉降速度，并降低沉淀物吸附在管路和设备的几率，从而达到底保护设备和管路，提高废水处理质量和数量[3]。其工艺流程图如图1所示。

图1 工业废水处理系统工艺流程图

2 生产现状

HDS工业废水处理系统自2005年引入使用至今已有15年，经过多年的生产运行，系统设备已有部分老化，而且近几年随着国家对废水排放的要求越来越高，企业生产任务加大，工业废水处理系统故障逐渐频发，影响系统正常运行。

调查一：为进一步了解工业废水处理系统故障时间情况，查阅了2015年、2016年、2017年全年工业水处理工段的《交接班记录本》和设备维修工段的《检修记录本》，统计了工业废水处理系统故障时间见图2，可以看出，近三年，工业废水处理系统故障时间在逐年增长，并有加速趋势。故障时间为631.4h、722.9h，864.1h，故障频次和故障时间逐年增加，严重影响了工业废水处理效率和成本。

图2 2015年～2017年工业废水处理系统故障时间

调查二：调查组对2017年1月～12月工业废水处理系统故障时间进行了详细的调查、分析，找到了四条影响因素，主要由于：主要设备故障占比16.6%、辅助设备故障占比70%、管路故障占比9.9%、其他占比3.5%。（如图3）。

图3 影响工业废水处理系统故障时间因素饼分图

由此可见，辅助设备故障时间因素占的比例为70.0%，是影响工业废水处理系统故障时间的主要症结，也是此次攻关活动要解决的主要问题。

调查三：分析目标设定依据。

（1）同行业比较。2017年11月中旬，我厂组织工业废水处理相关技术人员到同行业进行考察，在矿山和工业水处理工段的工业废水处理系统，处理工艺和设备基本相同的情况下，其工业废水处理系统平均故障时间为33.2h/月。

（2）历史最好水平。从2015年～2017年工业废水处理系统故障时间统计表中可以看出：2015年3月、9月、10月故障时间分别为34.8h、33.4h、32.5h；2016年5月、9月故障时间分别为33.6h、34.2h；2017年9月故障时间为36.2h。

（3）解决症结问题测算。完全解决工业废水处理系统辅助设备故障问题，在其他因素不波动的情况下，则工业废水处理系统故障时间可减少到：864.1h-605h=259.1h，平均每月为：259.1h÷12=21.6h；小组成员学历高，有工程师多名，领导高度重视和支持此次技术攻关，在其他因素不波动的情况下，有能力解决工业废水处理系统辅助设备故障问题的80%，则工业废水处理系统故障时间可减少到：864.1h-605h×80%=380h，平均每月为：380h÷12=31.7h。

3 故障分析

为了解决HDS工业废水处理系统故障问题，满足生产需求，提高废水处理效率，对HDS工业废水处理系统故障主要问题—辅助设备故障时间长进行头脑风暴，并绘制原因分析树（见图4），初步确定故障分析方向。针对人、机、料、法、环等原因分析树各项故障因素，采用对试验分析、现场调查、检查考核等方式进行验证分析，得出引起废水处理系统故障的要因有：

图4 原因分析树图

（1）石灰乳自动投加系统设计不合理。原来的石灰乳自动投加流程是：石灰乳从搅拌桶经管路自流进入气动阀投加箱，由气动阀控制后，再投加进HDS反应池，石灰乳自动投加系统是根据反应池内测得的PH值控制石灰乳投加箱上数个气动阀动作，气动阀带动石灰乳投加箱出口的活塞，从而实现石灰乳的自动投加，但石灰乳在箱内易沉淀、板结，经常造成投加箱出口堵塞或是活塞塞不住出口，不能精确自动投加石灰乳，影响PH值控制，经常需要处理故障；同时，石灰乳自动投加系统的气动阀控制装置部分活塞会长时间闭合，堵塞投加箱下料口，造成石灰乳不能按中控室电脑设定的PH值精确投加，影响PH值控制，经常需要处理故障，石灰乳自动投加系统设计不合理。石灰乳自动投加装置不合理造成的故障时间对辅助设备故障时间占比为35.4%，影响程度大。

（2）鼓风机因断电或检修等原因停车时易造成曝气管堵塞。曝气管出气口在反应池底部，通过曝气加速池内酸性水、碱性水、石灰乳以及浓密池返回的高浓度底渣等的混合，反应池高差大，曝气管出口容易堵塞，曝气管一但堵塞，反应池内的物质反应时间减少，影响水质的达标，必须停产疏通，大大增加了设备的故障时长[4]。

（3）由于HDS工业废水处理系统是采用高浓度浆料处理工艺，浓密机底部的底渣浓度很高，虽然浓密机本机具有自动提耙装置，但该装置故障失效时，耙架容易压死，针对压耙设计有报警系统，但原有的报警系统是停机后再报警，操作人员听到报警后，浓密机已经压耙，失去的报警的实际意义。浓密机压耙后，就需将浓缩池中的水抽干，再将池底的浆料冲掉，才能重新开起处理废水，整个过程需2天左右，解除故障时间长，影响生产。

（4）厂螺杆泵进料口堵塞。螺杆泵进料口堵塞时，操作人员能及时发现立即到现场停掉螺杆泵，不能及时发现造成的故障时间对辅助设备故障时间影响程度大。

4 改造方案

原来的石灰乳自动投加流程是：石灰乳通过输送管路到工业水处理工段的电石渣搅拌桶进行搅拌，然后通过电石渣底流泵泵输送至主厂房三楼四个石灰乳搅拌桶内进行二次搅拌，然后通过管路自流进入气动阀投加箱，由气动阀控制后，再投加进HDS反应池。针对石灰乳自动投加系统设计不合理，造成不能按PH值精确自动投加石灰乳的产生故障的问题，采取改进石灰乳自动投加流程，改变由原投加流程采用气动阀投加箱，由气动阀控制后，再投加进HDS反应池的方式。取消原投加系统气动阀投加箱，在石灰乳搅拌桶出口管路安装石灰乳输送泵，由输送泵直接将石灰乳投入HDS反应池内，并对所增加的输送泵安装变频器，实现变频调节输送石灰乳，并根据生产状况设置投加参数，通过pH计测得的反应池状态控制石灰乳投加量，实现石灰乳自动投加[5]。优化后的一厂石灰乳自动投加系统，根据现场条件，利用成熟的变频控制技术，改进了流程，不再用气动阀控制石灰乳投加，故障时间会大大减少；在原有的5#、6#石灰乳输送泵（型号75ND-NZJA-MR）上加装变频调速器（型号SB70G45），实现石灰乳输送泵变频调节，并根据生产状况设置投加参数，通过pH计测得的反应池状态实现石灰乳自动投加，不易打空泵，震动小，故障率低，长期可靠。

针对曝气管出口易堵塞，在曝气管没有入水的前端4m处接一路Ф100mm高压水管，装闸门控制开、关，当鼓风机发生故障不能供气时，将高压水打开，可有效防止中和反应池内的固体颗粒堵塞曝气管出口[6]。加装高压水管后，曝气管出口未出现堵塞现象。

针对浓密机容易压耙现象，改进浓密机报警装置，对报警程序进行了预先报警改进（当旋转电流开始加大时，就开始报警），将报警铃从控制箱中拆出，装在三段浓密机操作室内，当报警铃响起时，操作人员可以听见，给操作人员足够的调整工艺的时间，避免压耙。并将电流信号引进中控室电脑，可直观的从电脑主页面看到浓密机电流的显示，当电流升高时，就可提醒操作人员注意[7]。经现场实验，效果良好。改进线路如图5所示。