浅析煤泥水处理技术

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  摘 要:本文分别从处理工艺、絮凝药剂综述了国内外煤泥水处理相关技术研究进展,并总结了目前存在的问题,提出了一些建议。
  关键词:煤泥水 处理工艺 絮凝药剂 沉淀
  中图分类号:P618.117文献标识码: A 文章编号:
  煤泥水是指煤炭在分选加工过程中所产生的介质用水,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,煤泥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。如果煤泥水经适当处理后回用于洗煤,不仅解决了环境污染问题,而且还会为企业带来显著的经济效益.
  1 煤泥水的产生
  湿法选煤需要大量的水,以跳汰洗煤为例,每入选 1t 原煤约需3~5m3循环水,还需补加部分清水,而这些水经过洗选过程后就含有了大量的细小颗粒,通常把这种含有粒径小于 1mm的悬浮粒子的洗煤水叫煤泥水,也叫洗煤废水。煤泥水有两种,一种是煤质较好的原煤洗选所产生的煤泥水,这类废水所含的颗粒粒度较大,浓度较低,处理相对比较容易 另一种是高泥质原煤洗选所产生的煤泥水,这类废水悬浮物浓度高,颗粒细小,且表面带有较强的负电荷,是一种稳定的胶体体系,难于处理 我国有相当数量的原煤是年轻煤种,属于高泥质化原煤,洗选所产生的煤泥水浓度高,处理难度大
  2 煤泥水污染特性
  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)悬浮物是煤泥水中的主要污染因子,煤泥水中悬浮物浓度严重超标,一般达 9000~40000mg/L,超过国家规定的排放标准的 20~30 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)煤泥水中的溶解物种类繁多,各厂均不相同,同时煤炭颗粒和灰分中含有一些金属离子,洗选后有部分金属离子进入煤泥水中 煤泥水中溶解的大量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,水表面膜厚度达到1*104cm时,就影响水的再充氧,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。
  3 煤泥水处理技术现状
  煤泥水治理的目标就是泥水分离。采用工业上成熟的固液分离技术,从煤泥水中分离、回收不同品质的细粒产品和适合选煤厂循环的用水做到洗水闭路循环; 在煤泥水必须排放时能符合环境保护的排放要求,不污染环境。
  3.1常见的煤泥水处理工艺
  当前,我国的选煤技术水平完全能够为各种类型选煤厂提供成熟可靠的煤泥水处理全套技术和装备,实现洗水闭路循环。选煤厂完善的煤泥水系统通常包括以下工艺环节:煤泥分选,尾矿浓缩,压滤,缺少其中任何环节,都不能构成完善的系统。
  实践证明,不完善的煤泥水系统都无法实现洗水闭路循环。“八五”以来,我国选煤工业整体水平得到迅速提高,但是与发达国家相比还有大差距,煤泥水处理技术和装备尚不能满足各种类型选煤厂低投资和低运行费用的要求,还有13%的选煤厂未实现洗水闭路循环,尤其是小型选煤厂,为了彻底杜绝有选煤厂外排煤泥水,并满足发展动力煤洗选的煤泥水处理要求,除了进行细粒煤水设备系列化、提高大型设备可靠性研究之外,还需要重点开发适于动力煤选煤厂水介质煤泥重力分选技术、提高浮选上限技术,加强高效浓缩机的研究、先进技术设备的集成化研究和煤泥分选与煤泥水处理装备的模块化研究,以节约资源,保护环境,提高效益。
  3.2煤泥水处理方法
  近年来,随着环保要求的逐渐提高,选煤厂煤泥水必须实现闭路循环,由于煤泥水处理难度较大。多年来,世界各国环保专家始终将煤泥水的处理与回用做为矿山废水处理的一个重点内容进行专项研究。煤泥水处理的方法有自然沉淀法;重力浓缩沉淀法;混凝沉淀法;结团凝聚处理法等。
  4.絮凝药剂
  煤泥水中无法通过自然沉降去除的煤泥颗粒,主要通过高分子絮凝作用去除。我国煤泥水处理中常用的絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂两类。近年来,微生物絮凝剂也被用在了煤泥水澄清试验研究中。
  4.1无机高分子絮凝剂
  选煤厂常用的单一型无机高分子絮凝剂有聚合铝盐(统称为聚铝)和聚合铁盐(统称为聚铁) 主要有聚合氯化铝(PAC) 聚合硫酸铝(PAS)聚合氯化铁(PFC) 聚合硫酸铁(PFS) 这些聚合物水解后产生单核配位物,再经聚合生成多核配位物,能有效压缩双电子层,降低或消除煤和粘土颗粒表面的电位,使颗粒之间的排斥能降低而发生凝聚、沉降。
  聚铝碱基度高,对水质适应性强,但低温时形成絮体沉降速度较慢。聚铁则正好相反,因此人们在总结聚铝和聚铁各自优缺点的基础上,共聚复合成多阳离子型复合絮凝剂。 聚硅酸金属盐絮凝剂是一种无机高分子絮凝剂。它是由活性硅酸和金属盐复合而成,因此同时具有了硅酸分子量高、吸附架桥能力强的特点,又具有金属较强的电中和能力。对煤泥水处理效果显著,有逐步成为主流处理药剂的趋势。
  4.2有机高分子絮凝剂
  高分子絮凝剂分为合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。其絮凝机理主要是有机大分子的 桥连 ,有机高分子絮凝剂的分子链较长,并在链上带有多个能与矿物表面亲固的极性基,对悬浮颗粒有较强的亲和力。同无机高分子絮凝剂相比,有机高分子絮凝剂用量少,絮凝速度块,受共存盐类 煤泥水pH值及温度影响小。
  我国选煤厂最常使用的合成有机高分子絮凝剂为聚丙烯酞胺。聚丙烯酞胺分为阳离子型(CPAM) 、阴离子型(ARAM)、 非离子型和两性离子型。在煤泥水处理中最常用的还是阴离子型聚丙烯酞胺。为了增强聚丙烯酞胺的絮凝效果,常常在表面电荷和分子结构上作一些改性。天然有机高分子絮凝剂主要有各种淀粉及其残渣 藻类和动植物胶类等 这类絮凝剂的使用效果一般比无机电解质要好,但淀粉是粮食制品,成本较高。一般选煤厂煤泥水处理量每小时可达数千立方,絮凝剂消耗量相当大,因此药剂成本是制约这些絮凝剂在煤泥水处理过程大量使用的重要原因之一。
  4.3微生物絮凝剂
  微生物絮凝剂是一类微生物代谢产物,实质为多糖类、糖蛋白和蛋白质类物质,也有少数为脂类 DNA等其他生物大分子,这些物质分子量可达105以上。这些物质和煤泥颗粒之间通过电性中和、压缩双电子层、吸附架桥等作用形成絮团,起到了去除水中颗粒物的作用。同其他类型的需凝聚相比,微生物絮凝剂具有安全、高效、无二次污染、来源广泛等特点,因此具有较大的开发潜力。但目前相关研究报道都是试验研究结果,还未经选煤厂实际应用。
  5.煤泥水处理技术目前存在的问题及建议
  常见的问题及原因总结如下:
  1)工艺流程越来越复杂,但煤泥水依然不澄清 其原因在于大量粘土矿物在水中容易密集的单元晶层,这些微细颗粒表面还带大量电荷,因此能够稳定悬浮于煤泥水中。这类型往往几天都不能澄清,所以选煤厂有限的沉降面积和沉降时间不能实现煤泥水彻底澄清;
  2)药剂越来越昂贵,药剂成本限制了煤泥水澄清。目前微生物絮凝剂只是处于试验研选煤厂应用最多的还是合成絮凝剂。
  煤泥综合利用途径应进一步探讨,目前煤泥综合利用的途径较少,绝大部分地区都是以较低的价格卖给附近居民作燃料。有些地区由于运输和地理环境等因素,致使回收的煤泥堆积如山卖不出去,雨水冲刷又流进水体中,影响了煤泥水治理的积极性。因此,进一步研究煤泥綜合利用的新途径,提高煤泥综合利用的经济效益,是治理煤泥水污染的基本保证。
  实践应用
  6.1某选煤厂情况介绍及存在问题
  某选煤厂是年处理能力为90 万t 的矿井型无烟煤选煤厂,选煤工艺为跳汰分选,入洗上限为 100 mm、下限为8 mm 。由于原煤水分较高,末煤含量较大,有部分小于 8 mm的末煤进入洗煤系统,造成煤泥量大幅增加,制约了洗煤生产,因此,提高煤泥水处理能力成为该厂的主要攻关课题。
  该厂现使用的两台压滤机,自 2004 年投入使用至今,主要回收煤泥中小于 0.2 mm 的细粒煤泥,2004 年2005 年矿井的生产能力为 120 万 t / a 左右,经过两年多的运行,基本上能满足生产的需要,但是2006 年矿井通过技术改造,生产能力已经达到 160萬 t / a左右,而且随着井下机械化开采水平的不断提高,开采深度和广度不断延伸,运输环节增加,再加上矿井“一通三防”的防尘洒水,导致原煤中小于 8 mm的末煤含量增加,占原煤总量的一半以上,而且原煤水分高、粘泥多,造成筛分效率很低,部分小于 8 mm的原煤进入洗煤系统,再加上该矿的原煤还有泥化现象,使洗煤生产过程中经常因为洗水浓度高,精煤斗子捞坑沉降分级效果差而出现跑粗现象,不断出现因为煤泥的生成量超过压滤机的处理能力,导致浓缩机压耙子现象而影响洗煤生产,以致该矿形成洗煤生产必须以洗煤过程中
  煤泥的生成量决定入洗原煤量的局面;而且洗水浓度高,还使跳汰机的分选深度和分选精度下降,不仅使精末煤中混入的细粒中煤和细粒矸石增加,高灰分的细泥污染精煤,提高精煤灰分,影响洗精煤质量,而且中煤和矸石带煤增多,煤泥粘附中煤矸石,降低中煤矸石的灰分,造成煤炭资源浪费,因此,煤泥水处理成为该矿制约洗煤生产的瓶颈,提高煤泥水处理能力已迫在眉睫。
  6.2采取的措施
  在循环水中添加石膏粉,增加钙离子,降低煤泥表面的电位,使煤泥颗粒之间的斥力减小,破坏煤泥悬浮的稳定性,提高洗煤水的电导率,同时,规范絮凝剂的添加,加速细煤泥沉降,提高固液分离效率; 简化煤泥水处理系统流程,改造30 m浓缩池管路,使澄清的溢流水直接进入循环水,提高 24 m浓缩池的沉降效果,保证压滤系统的入料浓度,实现各作业环节的有效配合;更换旋流器入料管路,改善给料压力,降低管路的动力损耗,提高旋流器的入料压力,使煤泥在旋流器中得到充分浓缩和回收,提高煤泥在旋流器的回收效率;在高频筛入料端至中间部分铺设压滤机旧滤布,实现粗细煤泥一起回收,将煤泥回收尽可能地前移,降低煤泥在循环过程中的再次破碎泥化,减轻压滤系统的负担,有效地回收煤炭资源。
  6.3应用效果
  (1) 通过技术人员深入现场调研 现场试验及现场指导,合理地添加絮凝剂,并在循环水中加入石膏粉,增加煤泥水的硬度,提高电导率,加快细粒级煤泥的沉降速度,洗水浓度由原来的 150 g /L左右降低到 5 g / L左右,实现了清水洗煤,保证了生产连续稳定和洗煤水完全闭路循环,彻底解决了因洗煤水浓度高制约生产的问题,2007 年入洗原煤 914185 t,2008 年入洗原煤 1012524 t。
  (2) 洗水浓度的降低,不仅稳定了洗煤产品的质量,而且提高了跳汰机的分选深度和分选精度,数量效率和精煤回收率明显提高,2008 年精煤的实际回收率是 67.98%,比 2007 年的 55.13%增加了 11.85%,数量效率从 2007 年的 92.11%提高到 2008 年的 95.39%,矸石带煤从 2007 年的13.70%降低到 2008 年的 6.45%,降低了 7.25%,为矿创造了可观的经济效益和社会效益。
  (3) 洗煤过程中产生的煤泥绝大部分从高频筛得到回收,压滤车间的煤泥量明显降低,2008年压滤车间不断出现因入料浓度低而闲置,2007年压滤系统的煤泥产率是 13.48%,2008 年是9.90%,煤泥产率降低 4.58%,实现了煤泥回收的前移,不仅减轻了压滤系统的负担,节约了洗煤成本,而且还使煤炭资源得到了合理利用。
  
  参考文献
  [1]中国煤炭利用加工利用协会组织编写.选煤厂煤泥水处理[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005.10.
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