我單位煤泥水凈化處理及循環利用技術
發布時間：
2014-10-16 15:45
該技術成果于2012年在陜西省科技廳進行了成果登記，省級科技成果登記號為9612013Y0208，該成果已入選《陜西省環境保護重點實用技術（2013年度）》單位名錄。
該技術成果獲2014陜西省地質學會第七屆優秀地質成果二等獎。
T型凝聚劑能有效消除煤泥水中細微顆粒表面的負電荷，再通過絮凝劑的架橋作用，使得煤泥水中的懸浮顆粒形成較大絮團，并快速沉降，最終實現煤泥水的凈化處理，解決了以往煤泥水凈化處理中存在的微細粒煤泥無法沉降的難題，實現了技術上的突破。T型凝聚劑通過凝聚、絮凝、沉降、濃縮、過濾等凈化處理工藝，使煤泥和水得到有效分離，實現了洗水的閉路循環使用和煤泥的有效回收。
一、煤泥水處理現狀及危害
1、煤泥水處理現狀
煤炭洗選工藝在提高煤礦產品質量的同時，也產生了大量的“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。濕式洗煤時每噸煤用水量為2 m3-8m3。據統計，2010年，我國重點煤礦選煤廠200余座，需水量約為24億m3/a，其中，只有近一半的洗煤廠實現了洗水的閉路循環。
2、煤泥水危害
洗煤廢水已成為煤炭工業的主要污染源之一，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藥劑等。煤泥水的污染主要表現在以下幾個方面：
（1）煤泥水中懸浮物濃度較高，一般可達9000—40000mg/L，超過國家規定排放標準的20—130倍，被污染的水體呈黑色，降低水的透明度，影響水生動植物光合作用，同時造成水域的景觀污染。
（2）煤泥水中溶解了大量的金屬離子，對地表水和地下水造成污染。
（3）當煤泥水中含油量增加，水表面油膜影響水的再次充氧，同時對水生動植物產生不利影響。
（4）浮選法選煤過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境帶來危害。
煤泥水中含有大量的泥漿、煤泥、有機物和重金屬離子，煤泥水性質復雜，也特別穩定，靜置幾個月也不會自然沉降，所以導致多數選煤廠的煤泥水很難自然澄清，在不進行任何適當處理的條件下排入外環境，既對地表水、地下水及地貌環境的安全造成危害，又浪費了寶貴的水資源。
二、國內煤泥水處理技術及遇到的問題
1、國內煤泥水處理技術
目前國內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備有耙式濃縮機、深錐濃縮機、煤泥沉淀池等。耙式濃縮機用于煤泥水或浮選尾煤水的濃縮及澄清。多數煤泥濃縮需要投加凝聚藥劑，強化煤泥的沉淀與濃縮。我國煤泥水處理中常用的絮凝劑主要有無機高分子絮凝劑和有機高分子絮凝劑兩類。近年來，微生物絮凝劑也被用在了煤泥水澄清試驗研究中。
無機高分子絮凝劑有聚合鋁鹽(統稱為聚鋁)和聚合鐵鹽(統稱為聚鐵)。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生單核配位物，再經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生凝聚、沉降。聚鋁堿基度高，對水質適應性強，但低溫時形成絮體沉降速度較慢。
有機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高分子絮凝劑為聚丙烯酞胺。聚丙烯酞胺分為陽離子型(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。其絮凝機理主要是有機大分子的“橋連”，有機高分子絮凝劑的分子鏈較長，并在鏈上帶有多個能與礦物表面親固的極性基，對懸浮顆粒有較強的親和力。同無機高分子絮凝劑相比，有機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物，實質為多糖類、糖蛋白和蛋白質類物質，也有少數為脂類、DNA等其他生物大分子，這些物質分子量可達105以上。這些物質和煤泥顆粒之間通過電性中和、壓縮雙電子層、吸附架橋等作用形成絮團，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、無二次污染、來源廣泛等特點，因此具有較大的開發潛力。但目前相關研究報道都是試驗研究結果，還未經選煤廠實際應用。
2、國內煤泥水處理遇到的問題
l)工藝流程越來越復雜，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的單元晶層，這些微細顆粒表面還帶大量電荷，因此能夠穩定懸浮于煤泥水中。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間不能實現煤泥水徹底澄清。
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生水解，并在循環過程中不斷累積，致使形成新的膠體，嚴重影響煤泥的沉降速度和其過濾性能，不能實現連續生產。
3)藥劑越來越昂貴，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研選煤廠應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利用技術研究
1、技術研究
為了解決煤泥水對環境的污染，并有效地回收寶貴的礦物資源，節約工業用水，陜西省地質礦產實驗研究所對煤泥水的性質進行了深入細致的研究，從改變煤泥水的懸浮液及膠體的某些特性進行試驗研究設計。首先利用凝聚劑經水解后，帶正電荷離子與微細煤粒表面的負電荷相互吸引，對煤泥水中懸浮微細顆粒膠核電荷進行中和、壓縮雙電層，使微細顆粒膠體“脫穩”；其次在加入絮凝劑后，同時產生吸附和架橋作用，使得懸浮液中的懸浮顆粒形成絮團，絮團在重力的作用下產生快速沉降，從而達到使煤泥水快速凈化的目的。根據設計思路，進行了大量的試驗研究工作，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微顆粒表面的負電荷，再通過絮凝劑的架橋作用，使得煤泥水中的懸浮顆粒形成較大絮團，并快速沉降，最終實現煤泥水的凈化處理，解決了以往煤泥水凈化處理中存在的微細粒煤泥無法沉降的難題，實現了技術上的突破。T型凝聚劑通過凝聚、絮凝、沉降、濃縮、過濾等凈化處理工藝，使煤泥和水得到有效分離，實現了洗水的閉路循環使用和煤泥的有效回收。
2、技術優點
我單位煤泥水凈化處理及循環利用技術與國內同類技術相比，有更好的煤泥水凈化能力（溢流水懸浮物、濾餅含水率比傳統處理工藝低），特別是研制的凝聚劑在絮凝過程中無水解膠體累積現象，而傳統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生水解，并在循環過程中不斷累積，致使形成新的膠體，嚴重影響煤泥的沉降速度和其過濾性能，不能實現連續生產。本技術絮凝沉降速度快，絮凝體致密含水率低，回水循環利用率得到了較大地提高，實現了煤泥水的循環利用。
表1煤泥水凈化處理及循環利用技術對比
|
濃密機溢流水 |
使用本項技術 |
采用傳統處理技術 |
|
濁度（NTU） |
≤0.1 |
3 |
|
懸浮物（mg/L） |
116 |
198 |
|
濾餅含水率（%） |
23 |
35 |
|
回水循環利用率（%） |
75 |
60 |
|
凝聚劑水解累積情況 |
不水解累積 |
水解產生Al（OH）3、Fe（OH）3累積，嚴重影響煤泥沉降速度和過濾性能。 |
3、我單位煤泥水凈化處理及循環利用技術獲得的榮譽
該技術成果于2012年在陜西省科技廳進行了成果登記，省級科技成果登記號為9612013Y0208，該成果已入選《陜西省環境保護重點實用技術（2013年度）》單位名錄。
該技術成果獲2014陜西省地質學會第七屆優秀地質成果二等獎。
四、我單位煤泥水凈化處理及循環利用技術應用效果
目前已完成了對黃陵某煤礦、陜西省子長縣某煤礦等選煤廠煤泥水的凈化處理及循環利用試驗研究工作。2011年8月起該研究成果已在陜煤集團黃陵某煤礦選煤廠得到工業應用，使企業選煤廠洗煤水實現了閉路循環，加快了煤泥的壓濾速度，降低了濾餅含水率，為企業降低了選煤成本，為企業帶來了良好的經濟效益和社會效益。
通過工業應用證明，選煤廠煤泥水凈化處理及循環利用技術可靠，工藝簡單，便于實施，生產成本低。澄清水質清，無懸浮物，完全可以在選煤廠作為循環水利用。
1、技術經濟指標：
（1）實驗室試驗研究的固液分離技術成熟，煤泥水經處理后適合洗煤廠循環用水，做到了洗水的閉路循環利用。回水中懸浮物含量≤0.2g/L。
（2）加快了煤泥的加壓過濾速度，加壓過濾時間約15min/次。
（3）煤泥濾餅的含水量低于25%，回水循環利用率達到85%以上。
2、社會效益:
該項研究成果通過凝聚、絮凝、沉降、濃縮、過濾等凈化處理工藝，使煤泥和水得到有效分離，實現了洗水的閉路循環使用和煤泥的有效回收，減少了工業廢水的外排，保護了周邊的生態環境以及地下水資源，并有效地回收寶貴的礦物資源，對煤炭資源開發與環境保護的健康協調發展具有重要的意義，使煤炭生產企業的洗煤廢水得以循環利用，可為企業創造良好的經濟效益和社會效益，將進一步拉動煤炭生產企業的發展。