洗煤水处理方法

洗煤水处理方法 1 洗煤水概况 洗煤废水是煤矿湿法洗煤加工工艺的工业尾水,其中含有大量的煤泥和泥砂,给矿区附近的环境造成了严重的污染。洗煤废水已是煤炭工业的主要污染源之一,越来越受到人们的重视。洗煤废水特别稳定,静置几个月也不会自然沉降,因此处理非常困难。在不进行任何适当处理的条件下排入外环境,无疑将对地水、地下水及地貌环境的安全造成危害。我国从60年代就开展了这一方面的研究工作,但始终没有研究出比较有效的处理方法。 1.1 洗煤水的来源 洗煤业的“三废”包括煤泥、煤矸石、洗煤业废水(煤泥水)三部分,其中,洗煤业废水(煤泥水)是危害最大,也是最难处理的。目前,洗煤业常用洗煤工艺方法有:跳汰洗煤工艺方法和重介洗煤工艺方法。在洗煤过程中,均利用水作洗煤介质。洗煤用水量大,洗煤后产生煤泥水量也大(排放系数一般为每吨精煤产生29(吨煤泥水)。煤泥水含众多污染物质,排入外环境,对地表水和地下水都将造成一定污染。 1.2 洗煤水物质组分及特点 洗煤水中的物质组分比较复杂,且在不同的矿区,由于不同的煤种和洗煤的方法不同,起洗煤水的组分也不大一样。现以平顶山某一煤泥水为例,其处理前污染物质浓度见表4.1。 表4.1 见附件煤泥水处理前污染物质浓度(mg/L) 洗煤废水是呈弱碱性的胶体体系,其主要特点是: ①颗粒表面带有较强的负电荷,可见洗煤废水是一种颗粒表面带负电荷的胶体体系; ②SS浓度和CODcr浓度都很高; ③细小颗粒含量高; ④粘度大; ⑤污泥比阻大,过滤性能差。 1.3 洗煤水的难处理及其原因 由其特点可知,洗煤废水久置不沉,难于处理的最根本原因是悬浮颗粒带有较强的负电荷,使洗煤废水呈胶体分散体系,并且主要体现在胶体的ζ-电位上。因为: ①带有较强负电荷的胶粒之间产生较强的静电斥力,而且ζ-电位愈高,胶粒间的静电斥力愈大,胶粒愈稳定; ②胶粒的布朗运动因胶粒间的静电斥力而使胶体具有稳定性; ③胶粒带电能将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜,从而阻止胶粒间的相互接触。水化膜厚度决定于扩散层厚度,而扩散层厚度又影响ζ-电位。如果胶粒ζ-电位消除或减弱,水化膜也随之消失或减弱。因此,处理洗煤废水,首先要降低ζ-电位,破坏胶体稳定性,然后再采取其它措施,强化凝聚效果。 1.4 洗煤水的污染性 煤泥水是原煤洗选加工过程中产生的废水,其主要污染物是煤和泥岩粉末及其水解后形成的悬浮物,以及少量的金属离子和有机药剂等。 煤泥水的污染主要表现在以下几个方面: (1)煤泥水中悬浮物浓度较高,一般达9000—40000mg/L,超过国家规定的排放标准的20—130倍,使其被污染的水体呈黑色,降低水的透明度,影响水生动植物光合作用,同时造成水域的景观污染。 (2)煤泥水中溶解了大量的金属离子,对地表水和地下水造成污染。 (3)当煤泥水中含油量增加,水表面油膜厚度达到10000cm时,就影响水的再次充氧, 同时对水生动植物产生不利影响。 (4)浮选法选煤过程中添加的各种选矿药剂,有些具有一定毒性,煤泥水中残余的浮选药剂将给环境带来危害。 2 洗煤水处理现状 2.1 洗煤水现有处理工艺及优缺点 目前,在实际的洗煤厂对于煤泥水的处理主要采用的是洗煤废水闭路循环法,在减排和回水利用上具有强大的优势。同时近年来研究人员也尝试着用其它方法来处理煤泥水,大大改进了闭路循环法,使处理效果更好,工艺更简洁。 煤炭洗选在洁净煤筛选技术中是一项重要的洁净煤技术,属优先考虑采用的技术,适合我国国情。在洗选过程中,由于煤泥逐步进入洗水中,使洗水浓度越来越高,不但影响洗选效果,严重时还会导致停产。选煤厂往往由于煤泥回收设备不完善,煤泥水难以管理等问题,使煤泥水不能闭路外排,从而造成资源流失,浪费清水,污染环境。因此,实现洗煤水闭路循环具有特殊的战略意义。 目前,选煤厂对煤泥水的处理采用“旋流器-浓缩机-压滤机(煤泥沉淀池)”处理工艺。“旋流器-浓缩机-压滤机”处理工艺与“旋流器-浓缩机-煤泥沉淀池”处理工艺相当,后者处理成本低,但要求有足够容量和个数的煤泥沉淀池,且存在占地面积大、冬季结冰等问题。 粗煤泥洗选设备中煤筛下水矸石筛下水精煤筛下水旋流器循环水池高频筛浓缩机压滤机细煤泥溢流溢流 图4.1 见附件煤泥水处理流程 在煤泥水处理流程中,重要的设备有:煤泥浓缩机、旋流器和压滤机。其中设备的处理能力是保证洗煤水闭路循环的关键。煤泥浓缩机是回收煤泥的主要设备。旋流器主要用于煤泥回收筛入料浓度控制。压滤机用于进一步回收细煤泥。煤泥沉淀池也可用于处理旋流浓缩和煤泥回收筛的筛下水。 若按是否预浓缩来分,目前, 煤泥水处理方法主要有3 种: 预浓缩煤泥水处理流程、无预浓缩煤泥水处理流程和部分预浓缩煤泥水处理流程。 (一)预浓缩煤泥水处理方法 这是目前大多数选煤厂采用的煤泥水处理方法。其特点是全部煤泥水(包括捞坑溢流、角锥池和旋流器溢流、煤泥回收筛下水等) 都进入大面积浓缩机浓缩, 溢流作为循环水, 底流经稀释后浮选, 浮选尾矿或排出厂外处置, 或混凝沉淀处理。 其中,化学絮凝沉淀是其最基本的方法,我国用于煤泥水处理的絮凝剂可分为两大类:一是无机盐类絮凝剂,二是有机高分子絮凝剂。无机盐类絮凝剂的作用机理是无机盐在水中解离成离子,与煤泥微粒或煤泥胶体接触作用,中和了煤泥表面的电性,降低表面能,使煤泥微粒凝聚沉淀。有机高分子絮凝剂的絮凝机理是:大分子链在煤泥微粒之间搭桥,把若干个颗粒连接起来,凝聚成团沉淀下去。实际应用中常将无机盐类絮凝剂与有机高分子絮凝剂联合使用,絮凝沉淀效果更好。 有机高分子絮凝剂最常用的是聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺的分子量一般在100—800万之间,不同粒度组成的煤泥水要选用不同分子量的絮凝剂。聚丙烯酰胺又可分为阳离子型,非离子型和阴离子型三种,使用时要与煤泥水的pH值相吻合,阴离子型的适于偏碱性煤泥水,阳离子型的适于偏酸性煤泥水,阴离子型和阳离子型聚丙烯酰胺混合使用,煤泥水絮凝沉淀效果更好。 聚合硫酸铁是一种无机高分子絮凝剂,70年代由日本研制成功,80年代初得到广泛使用,我国1985年以后开始大量生产和使用,我国1985年以后开始大量生产和使用,聚合硫酸铁的主要成分是FeSO4,带有多个羟基,有较好的电中和性和絮凝架桥性能,它比较稳定,不受温度影响,对可溶性离子和pH值适应性强。聚合硫酸铁价格便宜,无毒无害,作为煤 泥水的絮凝剂有较好的应用前景。 硫酸铝属于无机盐类絮凝剂,溶于水后分解成带正电荷的三价铝离子,能吸附煤泥水中带负电荷的悬浮微粒,中和其表面电荷,形成煤泥絮团,凝聚沉淀。硫酸铝与聚丙烯酰胺配合使用,可弥补单用聚丙烯酰胺不能絮凝粘土质和有机质微粒的缺陷。 但是,它存在如下问题: a) 该方法只能去除其中大部分煤泥, 其余细粒煤泥则留在溢流中, 并在系统中反复循环逐步积累, 导致循环水浓度增高与浓缩效率降低的相互影响恶性循环, 煤泥可浮性差。 b) 洗水平衡难以控制, 闭路循环无法实现。 c) 煤泥水达到一定浓度, 为保证循环水浓度势必排放而导致煤泥流失。 d) 浓缩设备庞大, 繁多。 (二)无预浓缩煤泥水处理方法 也称为煤泥水直接浮选法。即煤泥水不经浓缩机澄清浓缩, 而全部通过浮选处理, 浮选尾矿经混凝澄清后即得循环水。其中,以加压溶气浮选法为主,它的基本原理是:煤泥水中加入絮凝剂后,按一定比例溶入空气,然后送入上浮槽中,溶解的空气析出,产生微气泡,微气泡附着于絮团或絮团表面,从而形成固、液、气三相絮团,借助于絮团中众多微气泡使絮团上升,固液得以分离。 煤泥水气浮处理效果的好坏取决于下列因素: (1)溶气质量研究表明,微气泡尺寸在50μm以下,气浮效果最佳,超过100μm,气泡和絮团粘附率较差。可采用气水分割混合、反转混合、经向混合、雾状接触及幕状接触等形式,使水气广泛接触和溶解,达到高速高效溶气的目的。 (2)煤泥水的性质气浮法对微细粒煤泥去除效果较好;入料浓度高时固体去除率高,但出水水质较差,入料浓度低时,固体去除率虽低些,但出水水质好,且药剂用量省。 (3)气浮药剂气浮的絮凝剂常用聚合铝和聚丙烯酰胺,烷苯基磺化醚类作表面活性剂。药剂的用量与入料浓度及出水浓度要求有关。中性时絮凝剂混凝效果较好。 煤泥水直接浮选法的优点为: a) 大幅降低了循环水浓度, 据介绍可降到1g/L~2g/L , 甚至可达0.5g/L 以下。 b) 改善了煤泥的粒度组成和可浮性。 c) 由于补充清水和浮选原矿稀释水大量减少, 可节水1/3~1/2。 d) 提高了精煤回收率。 e) 减少了设备和占地。 f) 促进了尾煤的有效回收, 为实现洗水闭路循环和保护环境提供了有利条件。 但是,同时采用该方法应该考虑以下问题: a) 选煤的吨煤水耗愈低、煤泥水浓度愈高, 则它在技术经济指标方面的优越性愈显著。 b) 从管理方面看, 流程中各工艺用水与浮选设备能力之间存在着某种联系,即工艺用水量不能大于浮选设备的总处理能力, 只有这样才能维持洗水的平衡。 c) 严格控制其分级粒度, 以确保浮选入料的粒度上限, 并保证浮选机入料量均衡。 d) 浮选尾煤水必须彻底澄清, 应添加高效凝聚剂。 (三)部分预浓缩煤泥水处理方法 该方法是综合无预浓缩和预浓缩煤泥水处理流程的优点, 具有更大适应力。特点是精煤捞坑溢流大部分进入浓缩机, 剩余部分与浓缩后底流(浓度250g/L~300g/L)一起入浮选。 4.2.2 洗煤水当前处理情况分析 1995年全国共有洗煤厂557个,年入洗原煤2.8亿t,原煤入洗率为22%。到2000年, 洗煤厂数增加到755个,原煤入洗量达4.5亿t,原煤入洗率超过30% 。2005年,规模以上工业共有洗煤企业951家,比1995年增加了110.4%。2003-2005年,洗煤生产厂家表现出比较快速的增加,占全部原煤生产厂商的数量比从1995年的14.7%,提高到20.5%,提高了5.8个百分点,后来由于设备等因素,到2006年,我国现有重点煤矿选煤厂170余座, 约需水量20亿m3/a , 其中有110座在不同程度上实现了洗水闭路循环,部分洗煤水得到治理和循环使用。据统计,中国煤炭行业仅国家重点煤矿每年产生的洗煤废水就有2800×104t,煤泥流失20×104t,既污染了环境,又浪费了资源。 可见当前洗煤水的处理还十分严重,可以说还处于起步阶段,做好市场调查和技术研发,抢占市场份额,创立品牌,信心十足地等待国家政策的明朗,这些是至关重要的。 3 展望及洗煤水处理去向 3.1 研究进展及方向 目前,在实际的洗煤厂对于煤泥水的处理主要采用的是洗煤废水闭路循环法,现在研究的方向也是在这个方面,主要的工作是改进闭路循环法,使处理效果更好,工艺更简洁。主要集中这样几个方面: (1)在闭路设备的研究与改进上,其煤泥水浓缩设备是重点,现研究的浓缩机有耙式浓缩、深锥浓缩机、高频振动筛与高效浓缩机等几种,其中,深锥浓缩机效率较高,是一般浓缩机的四倍以上。高效浓缩机是一新型浓缩机,与普通浓缩机相比,主要区别是入料方式不同。高效浓缩机的入料,是把煤泥水喂给浓缩机的布料筒,布料筒在液面下一定深度处,当煤泥水由布料筒底部排出时,煤泥水沿径向成辐射水平流向四周流动,流速逐渐变缓变稳,有利于煤泥颗粒靠自身重力沉降,避免了普通浓缩机入料到澄清区,煤泥来不及沉降而受到表面流动层的作用随溢流跑掉。 (2)关于絮凝药剂,不仅在现有药剂的相互混合使用上,还是在研发新的絮凝药剂上,未来还有很大的研究空间。 3.2 展望 许多选煤厂目前由于规模、资金、管理等因素, 存在洗煤水外排、循环水利用率低等问题。无论从保护环境还是节约煤炭及水资源的角度, 这些洗煤厂均应从根本上改变目前洗煤废水的处理利用现状, 因地制宜地选择合乎实际的处理利用工艺。随着焦化行业向着具有一定规模机焦化生产方向发展趋势, 煤炭洗选也应向规模化、系统化、现代及高效的管理水平方向发展, 使煤炭加工业走上确保经济、环境协调统一的可持续发展之路。