洗煤厂多功能净化再生系统中高分子结团絮凝工艺的应用

摘要：在洗煤厂多功能洗水净化再生系统中，通过采用高分子结团凝聚工艺对洗煤废水进行处理的实验研究，得出了凝聚剂PAC、助凝剂PAM、水流上升速度UW和强制搅拌转速n对结高分子团凝聚工艺的影响规律，有效解决了多功能洗水净化工艺中固液分离技术难题，弥补了多功能洗水净化系统中不足。

关键词：多功能洗水净化系统 洗煤废水 高分子结团凝聚固液分离

中图分类号： TL353+.5 文献标识码： A

前言

洗煤厂在生产过程中会产生大量的洗煤废水（俗称煤泥水），这些废水具有水量大、污染重、处理困难等特点。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。因此对洗煤废水进行有效处理和彻底解决洗水闭路循环问题是非常必要的。多功能洗水净化再生系统在洗煤厂的应用，为保持全厂洗水平衡，实现洗水彻底闭路循环，达到零排放提供了可靠保证，而在生产过程中是否能实现真正的闭路，影响因素很多，其中关键因素是煤泥水固液分离应彻底，煤泥能得到充分的回收，而高分子结团絮凝工艺在洗水净化再生工艺的应用彻底解决了这一关键难题。

1 洗煤废水的性质

洗煤废水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合组成的一种多项体系。洗煤废水中包含有煤泥颗粒（粗煤泥颗粒0.5～1mm，细煤泥颗粒0～0.5mm），矿物质，粘土颗粒等。洗煤废水一般具有SS、CODcr、BOD5浓度高、ζ电位极负的特点（见表1），因此，煤泥水不仅具有悬浊液的性质，还往往带有胶体的性质；细煤泥颗粒、粘土颗粒等粒度非常小，不易静沉，这些性质决定了该类废水污染重、处理难度大。

表1 部分煤矿洗煤废水水质[2-4]

洗煤废水来源 pH SS/(mg·L-1) CODcr/(mg·L-1) BOD5/(mg·L-1) ζ电位/mV

铁法矿洗煤水 9.16 36410 3378 1120 -11.5～-90

晓明矿洗煤水 8.14～8.46 70000～100000 25000～43000   -72～-75

小青矿洗煤水 8.63～9.17 75000～150000 28000～48000   -37～-55

灵石洗煤外排水 6.7 5151 1279 32  

2 高分子结团凝聚处理技术在多功能洗水净化再生系统中作用

多功能洗水净化再生系统的原理，简单的讲，就是在选煤厂煤泥水处理系统中专设一座洗水净化浓缩池，并将该浓缩池中的中流管与循环池相通，构成一个大型的连通器（见图1）使之具有自动调节洗水平衡，进一步净化多余洗水等多种功能，而在净化浓缩池中借助于高分子絮凝剂的作用，多余洗水将得到进一步澄清和净化，其净化的溢流水已经符合选煤厂生产用清水标准，完全可以作为清水返回系统复用，整个系统是个完整的闭环，因此，有效的采用高分子结团凝聚处理洗水的沉淀浓缩技术，解决了固液分离难题，是洗煤废水处理和实现废水闭路循环的关键。

图1 多功能洗水净化再生工艺原理图

3 高分子结团凝聚处理技术

3.1 高分子结团凝聚机理及原水水质高分子结团絮凝作为一种新型水处理技术，主要是通过提高絮凝体的密度实现固液的高速分离。结团凝聚工艺是以絮凝动力学为原理的一种水处理技术，此工艺通过控制物理化学条件、动力平衡条件使洗煤废水中的煤泥颗粒在实验装置中或在实际工艺的设备中形成结构紧密的结团絮体，从而达到高效去除悬浮物的目的。此工艺可省去预处理构筑物，处理后的水质可达到澄清要求，水力停留时间短，表面负荷高，处理效果好。实验水样采用西安霸桥电厂从燃煤输送带飞落在通道地面的煤粉，经筛分，取400μm以下的细煤粒，用自来水充分浸泡，配制的浓度为10g/L，洗煤废水的pH值为8.86，ζ电位为-32.8mV，且煤泥颗粒粒度细小（30μm以下的煤粉占52％），无机碳含量大（占总碳量的90％）[10]。3.2 实验结果及分析结团工艺有两个控制过程，一是理想的初始粒子的形成阶段，二是结团体的形成阶段，每一个阶段又由物理化学条件和动力学条件来控制。实验中通过控制PAC、PAM的投量，以及水流上升速度UW和搅拌转速n，得出结团凝聚发生的最佳条件。①PAC的作用是通过压缩双电层使水中颗粒脱稳后发生凝聚，PAC投量要以满足形成理想的初始粒子的要求为前提，在实验条件为ρ(PAM)=1.1mg/L，ω=38r/min，UW=18.6cm/min的情况下，改变PAC投量、结团体的有效密度ρe、粒径dp、出水浊度SS的实验结果见表2。实验中得出PAC的适宜投量范围为1.78～3.00mg/L。

表2 PAC投量对结团凝聚的影响

PAC投量/(mg·L-1) ρe/(kg·m-3) dp/mm SSt/NTU

0.57 85.40 0.544 54.8

1.84 69.75 0.672 24.3

2.60 50.00 0.839 18.5

3.30 49.05 0.956 16.6

4.02 40.12 1.136 16.5

4.78 34.42 1.266 16.3

②PAM的主要作用是靠高分子的强烈作用，实现架桥凝聚，增大结团体的内部结合力，使之致密化，这样可以实现初始粒子在核絮体表面的逐个附着，在ρ(PAM)=2.6mg/L，N＝38r/min，UW=18.6cm/min的条件下，结团体的ρe、和的SSt随PAM投量变化的实验结果见表3。本实验条件下PAM适宜的投量为1.10～2.90mg/L。

表3 PAM投量对结团凝聚的影响

PAM投量/(mg·L-1) ρe/(kg·m-3) dp/mm SSt/NTU

0.84 40.32 0.890 52.0

1.10 42.86 1.046 27.1

1.78 48.25 1.175 26.4

2.39 53.14 1.139 22.5

2.90 62.74 1.034 20.6

4.41 84.50 0.900 20.1

③增大上升流速UW，即增大水力负荷，提高了悬浮颗粒的去除效率，但增大上升流速UW，结团流化床中悬浮层体积浓度会降低，从而削弱了煤泥结团体的致密作用，使颗粒有效密度ρe降低。实际工程中，既要得到最大程度的上升流速，又要使结团体致密、有效密度大、出水浊度低，得出适宜的上升流速范围。在实验为ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，ω=38r/min的条件下，改变上升流速UW，分析指标ρe、dp、SSt的实验数据见表4。本实验条件下，上升流速UW=50cm/min为宜。

表4 UW对结团凝聚的影响

UW/(cm·min-1) ρe/(kg·m-3) dp/mm SSt/NTU

19.1 74.87 0.742 22.1

29.4 69.34 0.803 26.2

40.7 46.78 0.887 29.5

49.2 37.83 1.043 31.6

59.7 36.50 1.104 43.3

④搅拌转速的作用是为结团体的致密提供动力，同时保证流化床中结团体成长粒度及布水的均匀性，使系统持续稳定运行。转速n的提高，致使剪切作用发生变化，结团体致密作用增强，但强烈的剪湖作用会使dp减小，在实际工程中，为降低能耗，也要选择适宜的转速值。搅拌转速对结团凝聚的影响较实验的结果见表5。在实验条件为ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，UW=22cm/min时，适宜的转速值n为40～80r/min。针对不同的水质条件，通过改变PAC、PAM的投量以及UW、n的值，可对该工艺操作条件进行优化。实验结果证明，该工艺与传统工艺相比，水处理表面负荷提高5～10倍，悬浮物去除率高达99％以上。

表5 转速对结团凝聚的影响

转速/(r·min-1) ρe/(kg·m-3) dp/mm SSt/NTU

20 40.46 1.301 50.2

40 41.71 1.264 41.3

60 53.53 1.123 30.2

80 73.29 0.978 22.4

100 83.01 0.882 21.5

120 108.34 0.702 20.3

4 新技应用前景

多功能洗水净化再生系统是解决选煤厂洗水平衡问题的有效途径，而结团凝聚工艺能高效处理洗煤废水，有效解决了固液分离难题，对实现废水的再生回用充分利用水资源具有重要的意义，将产生显著的环境效益和社会效益。

参考文献：[1]李竹荣，王秀琴．中国煤炭与环境问题初探[J]．煤炭经济研究，1999，36(10)：36～37．[2]李亚峰，等．洗煤废水难处理的原因及处理方法研究[J]．矿业安全与环保，1999，2：1～2．[3]戴少康，等．选煤工艺设计的思路和方法[J]．煤炭工业出版，2003，11(3)：116～118．[4]郭苗，等．煤泥水闭路循环技术的研究[J]．洗煤技术，1999，5：28～30．[5]康文泽，等．凝聚剂和絮凝剂的合理选择[J]．东北煤炭技术，1999，2：30～32．