简论铅冶炼有害砷元素流向审计诊断

以国内某典型SKS冶炼企业为对象,对主要冶炼工艺环节进行物料跟踪采样、流量统计和样品的实验室分析。通过现场调研,将该企业SKS铅冶炼工艺中四个主要工艺环节划为砷元素流向审计诊断工作的调研区域,并确定了主要输入输出物质。在划分环节边界时,为避免冶炼过程中一些难以统计物料的返回使用对采样、审计与诊断工作造成的困难,此类返用物料均未越过所划分的环节边界。四个主要工艺环节分为氧气底吹炉冶炼环节、鼓风炉和烟化炉冶炼环节、粗铅精炼环节以及反射炉冶炼环节。该区域内主要工艺流程及采样点如图1所示。实际生产过程中,生产原料的来源和配比往往不稳定。本文采用跟踪采样的方法[14],结合SKS炼铅工艺特点,采集同一批原料在流经各环节时所输出的物质信息,以避免原料元素组分变化和相应工艺条件变化等因素对砷流向审计工作造成的干扰。为了实现跟踪采样,调研了每个环节中物料自进入至输出所需时间,并以此为依据,结合环节间物料传输的实际情况估算了同一批原料进入冶炼系统后流经至各采样点的时间结点,制定了跟踪采样方案。采样方案中每批样品的采集包含22个采样点,其中固体样品采集点18个,液体样品采集点4个,每个样品均采集了平行样。固体样品冷却至常温后装于样品袋中,液体样品使用洗净的广口瓶采集。砷含量测定:现场采集的固体样品使用GB/T15555.3—1995《固体废物砷的测定二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法》、液体样品使用GB7485—87《水质总砷的测定二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法》。

2系统设计与实现

设计并实现了铅冶炼有害砷元素流向审计与诊断系统,该系统拟通过录入现场调研数据建立SKS法主体工艺流程中的砷元素流向审计与预测模型,并使用该模型模拟审计和预测砷元素在该区域内的分布与流向。

2.1总体设计

系统总体结构设计参照了表示层、业务逻辑层和数据访问层组成的标准三层体系结构[15],如图2所示。其中表示层实现用户的操作界面,分为:采样数据操作、系统状态审计、模型模拟、流向测算和审计与诊断五个子系统;业务逻辑层为系统提供SQL基础数据服务;数据访问层包含储存有采样数据、模型建立数据、流向测算数据和系统参数的数据库。SKS铅冶炼有害砷元素流向审计与诊断系统包括:采样数据操作、系统状态审计、模型模拟、流向测算和审计与诊断五个子系统。系统的总体功能框架结构如图3所示。铅冶炼有害砷元素流向审计诊断，采样数据操作子系统实现对采样数据的基本操作功能,包括查询、录入、编辑和删除。系统状态审计子系统实现系统信息汇总显示的功能,该系统将环节总量审计状态和类型分量审计状态的信息分四个工艺环节汇总显示,便于用户直观掌握系统的数据与模拟状态。状态信息包括采样数据录入、模型模拟和测算的完成状态。环节分量审计状态提供对系统状态的更详细的显示。模型模拟子系统实现预测模型的建立,提供了多种模型建立方法,用户可从线性模型、对数模型和指数模型三种中选取。模型建立过程以各环节的采样数据为原始数据,根据数据库中系统参数表里存储的物质输入输出对应关系,建立用户选定类型的数学模型。模型的建立基于线性拟合的基本方法。流向测算子系统将模型模拟子系统中建立的模型用于流向预测和计算。测算过程需要用户输入的砷元素进入总量为模型输入数据,调用已生成的模型参数测算在用户给定的进入量下,砷元素在系统各环节中的流向及在各产出物质中的含量。审计与诊断子系统对测算结果进行分类汇总,将其分别按环节和按类型(分为各类有价值产物、固体废物、废水、废气等)进行总量审计和诊断,并评价审计过程中的物料平衡情况。

2.2数据库设计

系统使用SQLServer数据库服务进行数据读取和数据库管理。系统包含的数据主要分为4类,分别是采样数据、模型建立数据、流向测算数据和系统参数。其详细说明如下:采样数据包括现场调研统计时获取的24h内物质流量数据和实验室分析得到的样品砷含量数据,通过对二者进行综合计算可得到单位时间内各物质中砷的总量。采样数据是建立模型的数据来源。模型建立数据包含两类,分别为模型辅助参数和模型参数。前者为建立模型时的设置参数,包括模型信息和建立模型时的数据字段对应关系,后者为模型建立产生的模型参数。模型参数表中只存储最后一次模拟生成的模型数据。测算数据为系统模拟预测所得结果,由系统使用模型参数计算用户给定的系统输入量数据得到。测算数据表中仅存在一条记录,系统经过每次测算后,将覆盖之前的测算结果。