我單位煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：
2014-10-16 15:45
該技術(shù)成果于2012年在陜西省科技廳進(jìn)行了成果登記，省級(jí)科技成果登記號(hào)為9612013Y0208，該成果已入選《陜西省環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)用技術(shù)（2013年度）》單位名錄。
該技術(shù)成果獲2014陜西省地質(zhì)學(xué)會(huì)第七屆優(yōu)秀地質(zhì)成果二等獎(jiǎng)。
T型凝聚劑能有效消除煤泥水中細(xì)微顆粒表面的負(fù)電荷，再通過(guò)絮凝劑的架橋作用，使得煤泥水中的懸浮顆粒形成較大絮團(tuán)，并快速沉降，最終實(shí)現(xiàn)煤泥水的凈化處理，解決了以往煤泥水凈化處理中存在的微細(xì)粒煤泥無(wú)法沉降的難題，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破。T型凝聚劑通過(guò)凝聚、絮凝、沉降、濃縮、過(guò)濾等凈化處理工藝，使煤泥和水得到有效分離，實(shí)現(xiàn)了洗水的閉路循環(huán)使用和煤泥的有效回收。
一、煤泥水處理現(xiàn)狀及危害
1、煤泥水處理現(xiàn)狀
煤炭洗選工藝在提高煤礦產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的“三廢”：煤泥、煤矸石、洗煤廢水（煤泥水）。其中，煤泥水是危害最大，也最難處理的污染物。濕式洗煤時(shí)每噸煤用水量為2 m3-8m3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年，我國(guó)重點(diǎn)煤礦選煤廠200余座，需水量約為24億m3/a，其中，只有近一半的洗煤廠實(shí)現(xiàn)了洗水的閉路循環(huán)。
2、煤泥水危害
洗煤廢水已成為煤炭工業(yè)的主要污染源之一，其主要污染物是煤和泥巖粉末及其水解后形成的懸浮物，以及少量的金屬離子和有機(jī)藥劑等。煤泥水的污染主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
?。?）煤泥水中懸浮物濃度較高，一般可達(dá)9000—40000mg/L，超過(guò)國(guó)家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)的20—130倍，被污染的水體呈黑色，降低水的透明度，影響水生動(dòng)植物光合作用，同時(shí)造成水域的景觀污染。
（2）煤泥水中溶解了大量的金屬離子，對(duì)地表水和地下水造成污染。
?。?）當(dāng)煤泥水中含油量增加，水表面油膜影響水的再次充氧，同時(shí)對(duì)水生動(dòng)植物產(chǎn)生不利影響。
?。?）浮選法選煤過(guò)程中添加的各種選礦藥劑，有些具有一定毒性，煤泥水中殘余的浮選藥劑將給環(huán)境帶來(lái)危害。
煤泥水中含有大量的泥漿、煤泥、有機(jī)物和重金屬離子，煤泥水性質(zhì)復(fù)雜，也特別穩(wěn)定，靜置幾個(gè)月也不會(huì)自然沉降，所以導(dǎo)致多數(shù)選煤廠的煤泥水很難自然澄清，在不進(jìn)行任何適當(dāng)處理的條件下排入外環(huán)境，既對(duì)地表水、地下水及地貌環(huán)境的安全造成危害，又浪費(fèi)了寶貴的水資源。
二、國(guó)內(nèi)煤泥水處理技術(shù)及遇到的問(wèn)題
1、國(guó)內(nèi)煤泥水處理技術(shù)
目前國(guó)內(nèi)選煤采用的基本工藝是：煤泥分選—尾礦濃縮—壓濾。煤泥濃縮常采用的設(shè)備有耙式濃縮機(jī)、深錐濃縮機(jī)、煤泥沉淀池等。耙式濃縮機(jī)用于煤泥水或浮選尾煤水的濃縮及澄清。多數(shù)煤泥濃縮需要投加凝聚藥劑，強(qiáng)化煤泥的沉淀與濃縮。我國(guó)煤泥水處理中常用的絮凝劑主要有無(wú)機(jī)高分子絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑兩類。近年來(lái)，微生物絮凝劑也被用在了煤泥水澄清試驗(yàn)研究中。
無(wú)機(jī)高分子絮凝劑有聚合鋁鹽(統(tǒng)稱為聚鋁)和聚合鐵鹽(統(tǒng)稱為聚鐵)。主要有聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合硫酸鐵(PFS)。這些聚合物水解后產(chǎn)生單核配位物，再經(jīng)聚合生成多核配位物，能有效壓縮雙電子層，降低或消除煤和粘土顆粒表面的ξ電位，使顆粒之間的排斥能降低而發(fā)生凝聚、沉降。聚鋁堿基度高，對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，但低溫時(shí)形成絮體沉降速度較慢。
有機(jī)高分子絮凝劑分為合成高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑。最常使用的合成有機(jī)高分子絮凝劑為聚丙烯酞胺。聚丙烯酞胺分為陽(yáng)離子型(CPAM)、陰離子型(ARAM)、非離子型和兩性離子型。在煤泥水處理中最常用的還是陰離子型聚丙烯酞胺。其絮凝機(jī)理主要是有機(jī)大分子的“橋連”，有機(jī)高分子絮凝劑的分子鏈較長(zhǎng)，并在鏈上帶有多個(gè)能與礦物表面親固的極性基，對(duì)懸浮顆粒有較強(qiáng)的親和力。同無(wú)機(jī)高分子絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑用量少，絮凝速度塊，受共存鹽類、煤泥水pH值及溫度影響小。
微生物絮凝劑是一類微生物代謝產(chǎn)物，實(shí)質(zhì)為多糖類、糖蛋白和蛋白質(zhì)類物質(zhì)，也有少數(shù)為脂類、DNA等其他生物大分子，這些物質(zhì)分子量可達(dá)105以上。這些物質(zhì)和煤泥顆粒之間通過(guò)電性中和、壓縮雙電子層、吸附架橋等作用形成絮團(tuán)，起到了去除水中顆粒物的作用。同其他類型的需凝聚相比，微生物絮凝劑具有安全、高效、無(wú)二次污染、來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，因此具有較大的開(kāi)發(fā)潛力。但目前相關(guān)研究報(bào)道都是試驗(yàn)研究結(jié)果，還未經(jīng)選煤廠實(shí)際應(yīng)用。
2、國(guó)內(nèi)煤泥水處理遇到的問(wèn)題
l)工藝流程越來(lái)越復(fù)雜，但煤泥水依然不澄清。其原因在于大量粘土礦物在水中容易米級(jí)的單元晶層，這些微細(xì)顆粒表面還帶大量電荷，因此能夠穩(wěn)定懸浮于煤泥水中。這類型往往幾天都不能澄清，所以選煤廠有限的沉降面積和沉降時(shí)間不能實(shí)現(xiàn)煤泥水徹底澄清。
2)使用的凝聚劑（一般為聚合氯化鋁鐵），在煤泥水的凈化處理中鋁和鐵發(fā)生水解，并在循環(huán)過(guò)程中不斷累積，致使形成新的膠體，嚴(yán)重影響煤泥的沉降速度和其過(guò)濾性能，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
3)藥劑越來(lái)越昂貴，藥劑成本限制了煤泥水澄清。目前微生物絮凝劑只是處于試驗(yàn)研選煤廠應(yīng)用最多的還是合成絮凝劑。
三、我單位煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)研究
1、技術(shù)研究
為了解決煤泥水對(duì)環(huán)境的污染，并有效地回收寶貴的礦物資源，節(jié)約工業(yè)用水，陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所對(duì)煤泥水的性質(zhì)進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，從改變煤泥水的懸浮液及膠體的某些特性進(jìn)行試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)。首先利用凝聚劑經(jīng)水解后，帶正電荷離子與微細(xì)煤粒表面的負(fù)電荷相互吸引，對(duì)煤泥水中懸浮微細(xì)顆粒膠核電荷進(jìn)行中和、壓縮雙電層，使微細(xì)顆粒膠體“脫穩(wěn)”；其次在加入絮凝劑后，同時(shí)產(chǎn)生吸附和架橋作用，使得懸浮液中的懸浮顆粒形成絮團(tuán)，絮團(tuán)在重力的作用下產(chǎn)生快速沉降，從而達(dá)到使煤泥水快速凈化的目的。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作，我所自主研制合成了T型凝聚劑。
T型凝聚劑能有效消除煤泥水中細(xì)微顆粒表面的負(fù)電荷，再通過(guò)絮凝劑的架橋作用，使得煤泥水中的懸浮顆粒形成較大絮團(tuán)，并快速沉降，最終實(shí)現(xiàn)煤泥水的凈化處理，解決了以往煤泥水凈化處理中存在的微細(xì)粒煤泥無(wú)法沉降的難題，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破。T型凝聚劑通過(guò)凝聚、絮凝、沉降、濃縮、過(guò)濾等凈化處理工藝，使煤泥和水得到有效分離，實(shí)現(xiàn)了洗水的閉路循環(huán)使用和煤泥的有效回收。
2、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
我單位煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)與國(guó)內(nèi)同類技術(shù)相比，有更好的煤泥水凈化能力（溢流水懸浮物、濾餅含水率比傳統(tǒng)處理工藝低），特別是研制的凝聚劑在絮凝過(guò)程中無(wú)水解膠體累積現(xiàn)象，而傳統(tǒng)處理工藝使用的凝聚劑（一般為聚合氯化鋁鐵），在煤泥水的凈化處理中鋁和鐵發(fā)生水解，并在循環(huán)過(guò)程中不斷累積，致使形成新的膠體，嚴(yán)重影響煤泥的沉降速度和其過(guò)濾性能，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。本技術(shù)絮凝沉降速度快，絮凝體致密含水率低，回水循環(huán)利用率得到了較大地提高，實(shí)現(xiàn)了煤泥水的循環(huán)利用。
表1煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)對(duì)比
|
濃密機(jī)溢流水 |
使用本項(xiàng)技術(shù) |
采用傳統(tǒng)處理技術(shù) |
|
濁度（NTU） |
≤0.1 |
3 |
|
懸浮物（mg/L） |
116 |
198 |
|
濾餅含水率（%） |
23 |
35 |
|
回水循環(huán)利用率（%） |
75 |
60 |
|
凝聚劑水解累積情況 |
不水解累積 |
水解產(chǎn)生Al（OH）3、Fe（OH）3累積，嚴(yán)重影響煤泥沉降速度和過(guò)濾性能。 |
3、我單位煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)獲得的榮譽(yù)
該技術(shù)成果于2012年在陜西省科技廳進(jìn)行了成果登記，省級(jí)科技成果登記號(hào)為9612013Y0208，該成果已入選《陜西省環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)用技術(shù)（2013年度）》單位名錄。
該技術(shù)成果獲2014陜西省地質(zhì)學(xué)會(huì)第七屆優(yōu)秀地質(zhì)成果二等獎(jiǎng)。
四、我單位煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)應(yīng)用效果
目前已完成了對(duì)黃陵某煤礦、陜西省子長(zhǎng)縣某煤礦等選煤廠煤泥水的凈化處理及循環(huán)利用試驗(yàn)研究工作。2011年8月起該研究成果已在陜煤集團(tuán)黃陵某煤礦選煤廠得到工業(yè)應(yīng)用，使企業(yè)選煤廠洗煤水實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，加快了煤泥的壓濾速度，降低了濾餅含水率，為企業(yè)降低了選煤成本，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
通過(guò)工業(yè)應(yīng)用證明，選煤廠煤泥水凈化處理及循環(huán)利用技術(shù)可靠，工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)施，生產(chǎn)成本低。澄清水質(zhì)清，無(wú)懸浮物，完全可以在選煤廠作為循環(huán)水利用。
1、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
?。?）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究的固液分離技術(shù)成熟，煤泥水經(jīng)處理后適合洗煤廠循環(huán)用水，做到了洗水的閉路循環(huán)利用。回水中懸浮物含量≤0.2g/L。
?。?）加快了煤泥的加壓過(guò)濾速度，加壓過(guò)濾時(shí)間約15min/次。
（3）煤泥濾餅的含水量低于25%，回水循環(huán)利用率達(dá)到85%以上。
2、社會(huì)效益:
該項(xiàng)研究成果通過(guò)凝聚、絮凝、沉降、濃縮、過(guò)濾等凈化處理工藝，使煤泥和水得到有效分離，實(shí)現(xiàn)了洗水的閉路循環(huán)使用和煤泥的有效回收，減少了工業(yè)廢水的外排，保護(hù)了周邊的生態(tài)環(huán)境以及地下水資源，并有效地回收寶貴的礦物資源，對(duì)煤炭資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)的健康協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的意義，使煤炭生產(chǎn)企業(yè)的洗煤廢水得以循環(huán)利用，可為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，將進(jìn)一步拉動(dòng)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。