陰離子聚丙烯酰胺洗煤水處理方法
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陰離子聚丙烯酰胺洗煤水處理方法：
1 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水概況
陰離子聚丙烯酰胺洗煤廢水是煤礦濕法洗煤加工工藝的工業(yè)尾水,其中含有大量的煤泥和泥砂,給礦區(qū)附近的環(huán)境造成了嚴重的污染。洗煤廢水已是煤炭工業(yè)的主要污染源之一,越來越受到人們的重視。洗煤廢水特別穩(wěn)定,靜置幾個月也不會自然沉降,因此處理非常困難。在不進行任何適當處理的條件下排入外環(huán)境，無疑將對地表水、地下水及地貌環(huán)境的安全造成危害。我國從60年代就開展了這一方面的研究工作,但始終沒有研究出比較有效的處理方法。
1.1 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水的來源
洗煤業(yè)的“三廢”包括煤泥、煤矸石、洗煤業(yè)廢水（煤泥水）三部分，其中，洗煤業(yè)廢水（煤泥水）是危害較大，也是較難處理的。目前，洗煤業(yè)常用洗煤工藝方法有：跳汰洗煤工藝方法和重介洗煤工藝方法。在洗煤過程中，均利用水作洗煤介質(zhì)。洗煤用水量大，洗煤后產(chǎn)生煤泥水量也大（排放系數(shù)一般為每噸精煤產(chǎn)生29(噸煤泥水）。煤泥水含眾多污染物質(zhì)，排入外環(huán)境，對地表水和地下水都將造成一定污染。
1.2 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水物質(zhì)組分及特點
洗煤水中的物質(zhì)組分比較復雜,且在不同的礦區(qū)，由于不同的煤種和洗煤的方法不同，起洗煤水的組分也不大一樣。現(xiàn)以平頂山某一煤泥水為例，其處理前污染物質(zhì)濃度見表4.1。
表4.1 見附件 煤泥水處理前污染物質(zhì)濃度（mg/L）
洗煤廢水是呈弱堿性的膠體體系，其主要特點是：
①顆粒陰離子聚丙烯酰胺表面帶有較強的負電荷，可見洗煤廢水是一種顆粒表面帶負電荷的膠體體系；
②SS濃度和CODcr濃度都很高；
③細小顆粒含量高；
④粘度大；
⑤污泥比阻大，過濾性能差。
1.3 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水的難處理及其原因
由其特點可知,洗煤廢水久置不沉,難于處理的較根本原因是懸浮顆粒帶有較強的負電荷,使洗煤廢水呈膠體分散體系,并且主要體現(xiàn)在膠體的ζ-電位上。因為:
①帶有較強負電荷的膠粒之間產(chǎn)生較強的靜電斥力,而且ζ-電位愈高,膠粒間的靜電斥力愈大,膠粒愈穩(wěn)定;
②膠粒的布朗運動因膠粒間的靜電斥力而使膠體具有穩(wěn)定性;
③膠粒帶電能將極性水分子吸引到它的周圍形成一層水化膜,從而阻止膠粒間的相互接觸。水化膜厚度決定于擴散層厚度,而擴散層厚度又影響ζ-電位。如果膠粒ζ-電位消除或減弱,水化膜也隨之消失或減弱。因此,處理洗煤廢水,先要降低ζ-電位,破壞膠體穩(wěn)定性,然后再采取其它措施,強化凝聚效果。
1.4 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水的污染性
煤泥水是原煤洗選加工過程中產(chǎn)生的廢水，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(xiàn)在以下幾個方面：
（1）煤泥水中懸浮物濃度較高，一般達9000—40000mg/L，超過規(guī)定的排放標準的20—130倍，使其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，水表面油膜厚度達到10000cm時，就影響水的再次充氧，同時對水生動植物產(chǎn)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(huán)境帶來危害。
2 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水處理現(xiàn)狀
2.1 洗煤水現(xiàn)有處理工藝及優(yōu)缺點
目前，在實際的洗煤廠對于煤泥水的處理主要采用的是洗煤廢水閉路循環(huán)法，在減排和回水利用上具有強大的優(yōu)勢。同時近年來研究人員也嘗試著用其它方法來處理煤泥水，大大改進了閉路循環(huán)法，使處理效果更好，工藝更簡潔。
煤炭洗選在潔凈煤篩選技術(shù)中是一項重要的潔凈煤技術(shù)，屬優(yōu)先考慮采用的技術(shù)，適合我國國情。在洗選過程中，由于煤泥逐步進入洗水中，使洗水濃度越來越高，不但影響洗選效果，嚴重時還會導致停產(chǎn)。選煤廠往往由于煤泥回收設(shè)備不完善，煤泥水難以管理等問題，使煤泥水不能閉路外排，從而造成資源流失，浪費清水，污染環(huán)境。因此，實現(xiàn)洗煤水閉路循環(huán)具有特殊的戰(zhàn)略意義。
目前，選煤廠對煤泥水的處理采用“旋流器-濃縮機-壓濾機（煤泥沉淀池）”處理工藝。“旋流器-濃縮機-壓濾機”處理工藝與“旋流器-濃縮機-煤泥沉淀池”處理工藝相當，后者處理成本低，但要求有足夠容量和個數(shù)的煤泥沉淀池，且存在占地面積大、冬季結(jié)冰等問題。
粗煤泥洗選設(shè)備 中煤篩下水 矸石篩下水 精煤篩下水 旋流器 循環(huán)水池 高頻篩 濃縮機 壓濾機 細煤泥 溢流溢流
在煤泥水處理流程中，重要的設(shè)備有：煤泥濃縮機、旋流器和壓濾機。其中設(shè)備的處理能力是保證洗煤水閉路循環(huán)的關(guān)鍵。煤泥濃縮機是回收煤泥的主要設(shè)備。旋流器主要用于煤泥回收篩入料濃度控制。壓濾機用于進一步回收細煤泥。煤泥沉淀池也可用于處理旋流濃縮和煤泥回收篩的篩下水。
若按是否預濃縮來分,目前, 煤泥水處理方法主要有3 種: 預濃縮煤泥水處理流程、無預濃縮煤泥水處理流程和部分預濃縮煤泥水處理流程。
（一）陰離子聚丙烯酰胺預濃縮煤泥水處理方法
這是目前大多數(shù)選煤廠采用的煤泥水處理方法。其特點是全部煤泥水(包括撈坑溢流、角錐池和旋流器溢流、煤泥回收篩下水等) 都進入大面積濃縮機濃縮, 溢流作為循環(huán)水, 底流經(jīng)稀釋后浮選, 浮選尾礦或排出廠外處置, 或混凝沉淀處理。
其中，化學絮凝沉淀是其較基本的方法，我國用于煤泥水處理的絮凝劑可分為兩大類：
一是無機鹽類絮凝劑，二是有機高分子絮凝劑。無機鹽類絮凝劑的作用機理是無機鹽在水中解離成離子，與煤泥微粒或煤泥膠體接觸作用，中和了煤泥表面的電性，降低表面能，使煤泥微粒凝聚沉淀。有機高分子絮凝劑的絮凝機理是：大分子鏈在煤泥微粒之間搭橋，把若干個顆粒連接起來，凝聚成團沉淀下去。實際應(yīng)用中常將無機鹽類絮凝劑與有機高分子絮凝劑聯(lián)合使用，絮凝沉淀效果更好。
有機高分子絮凝劑較常用的是聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺的分子量一般在100—800萬之間，不同粒度組成的煤泥水要選用不同分子量的絮凝劑。聚丙烯酰胺又可分為陽離子型，非離子型和陰離子型三種，使用時要與煤泥水的pH值相吻合，陰離子型的適于偏堿性煤泥水，陽離子型的適于偏酸性煤泥水，陰離子型和陽離子型聚丙烯酰胺混合使用，煤泥水絮凝沉淀效果更好。
聚合硫酸鐵是一種無機高分子絮凝劑，70年代由日本研制成功，80年代初得到廣泛使用，我國1985年以后開始大量生產(chǎn)和使用，我國1985年以后開始大量生產(chǎn)和使用，聚合硫酸鐵的主要成分是FeSO4，帶有多個羥基，有較好的電中和性和絮凝架橋性能，它比較穩(wěn)定，不受溫度影響，對可溶性離子和pH值適應(yīng)性強。聚合硫酸鐵價格便宜，無毒無害，作為煤泥水的絮凝劑有較好的應(yīng)用前景。
硫酸鋁屬于無機鹽類絮凝劑，溶于水后分解成帶正電荷的三價鋁離子，能吸附煤泥水中帶負電荷的懸浮微粒，中和其表面電荷，形成煤泥絮團，凝聚沉淀。硫酸鋁與聚丙烯酰胺配合使用，可彌補單用聚丙烯酰胺不能絮凝粘土質(zhì)和有機質(zhì)微粒的缺陷。
但是，它存在如下問題:
a) 該方法只能去除其中大部分煤泥, 其余細粒煤泥則留在溢流中, 并在系統(tǒng)中反復循環(huán)逐步積累, 導致循環(huán)水濃度增高與濃縮效率降低的相互影響惡性循環(huán), 煤泥可浮性差。
b) 洗水平衡難以控制, 閉路循環(huán)無法實現(xiàn)。
c) 煤泥水達到一定濃度, 為保證循環(huán)水濃度勢必排放而導致煤泥流失。
d) 濃縮設(shè)備龐大, 繁多。
（二）陰離子聚丙烯酰胺無預濃縮煤泥水處理方法：
也稱為煤泥水直接浮選法。即煤泥水不經(jīng)濃縮機澄清濃縮, 而全部通過浮選處理, 浮選尾礦經(jīng)混凝澄清后即得循環(huán)水。其中，以加壓溶氣浮選法為主，它的基本原理是：煤泥水中加入絮凝劑后，按一定比例溶入空氣，然后送入上浮槽中，溶解的空氣析出，產(chǎn)生微氣泡，微氣泡附著于絮團或絮團表面，從而形成固、液、氣三相絮團，借助于絮團中眾多微氣泡使絮團上升，固液得以分離。
陰離子聚丙烯酰胺煤泥水氣浮處理效果的好壞取決于下列因素：
（1） 溶氣質(zhì)量 研究表明，微氣泡尺寸在50μm以下，氣浮效果較佳，超過100μm，氣泡和絮團粘附率較差。可采用氣水分割混合、反轉(zhuǎn)混合、經(jīng)向混合、霧狀接觸及幕狀接觸等形式，使水氣廣泛接觸和溶解，達到高速溶氣的目的。
（2） 煤泥水的性質(zhì) 氣浮法對微細粒煤泥去除效果較好；入料濃度高時固體去除率高，但出水水質(zhì)較差，入料濃度低時，固體去除率雖低些，但出水水質(zhì)好，且藥劑用量省。
（3） 氣浮藥劑 氣浮的絮凝劑常用聚合鋁和聚丙烯酰胺，烷苯基磺化醚類作表面活性劑。藥劑的用量與入料濃度及出水濃度要求有關(guān)。中性時絮凝劑混凝效果較好。
煤泥水直接浮選法的優(yōu)點為:
a) 大幅降低了循環(huán)水濃度, 據(jù)介紹可降到1g/L～2g/L , 甚至可達0.5g/L 以下。
b) 改善了煤泥的粒度組成和可浮性。
c) 由于補充清水和浮選原礦稀釋水大量減少, 可節(jié)水1/3～1/2。
d) 提高了精煤回收率。
e) 減少了設(shè)備和占地。
f) 促進了尾煤的有效回收, 為實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)和保護環(huán)境提供了有利條件。
但是，同時采用該方法應(yīng)該考慮以下問題:
a) 選煤的噸煤水耗愈低、煤泥水濃度愈高, 則它在技術(shù)經(jīng)濟指標方面的優(yōu)越性愈顯著。
b) 從管理方面看, 流程中各工藝用水與浮選設(shè)備能力之間存在著某種聯(lián)系,即工藝用水量不能大于浮選設(shè)備的總處理能力, 只有這樣才能維持洗水的平衡。
c) 嚴格控制其分級粒度, 以確保浮選入料的粒度上限, 并保證浮選機入料量均衡。
d) 浮選尾煤水必須徹底澄清, 應(yīng)添加凝聚劑。
（三）陰離子聚丙烯酰胺部分預濃縮煤泥水處理方法：
該方法是綜合無預濃縮和預濃縮煤泥水處理流程的優(yōu)點, 具有更大適應(yīng)力。特點是精煤撈坑溢流大部分進入濃縮機, 剩余部分與濃縮后底流(濃度250g/L～300g/L)一起入浮選。
4.2.2陰離子聚丙烯酰胺洗煤水當前處理情況分析
1995年共有洗煤廠557個，年入洗原煤2.8億t，原煤入洗率為22%。到2000年，洗煤廠數(shù)增加到755個，原煤入洗量達4.5億t，原煤入洗率超過30% 。2005年，規(guī)模以上工業(yè)共有洗煤企業(yè)951家，比1995年增加了110.4%。2003-2005年，洗煤生產(chǎn)廠家表現(xiàn)出比較快速的增加，占全部原煤生產(chǎn)廠商的數(shù)量比從1995年的14.7%，提高到20.5%，提高了5.8個百分點，后來由于設(shè)備等因素，到2006年，我國現(xiàn)有重點煤礦選煤廠170余座, 約需水量20億m3/a , 其中有110座在不同程度上實現(xiàn)了洗水閉路循環(huán)，部分洗煤水得到治理和循環(huán)使用。據(jù)統(tǒng)計，中國煤炭行業(yè)僅重點煤礦每年產(chǎn)生的洗煤廢水就有2800×104t，煤泥流失20×104t，既污染了環(huán)境，又浪費了資源。
可見當前洗煤水的處理還十分嚴重，可以說還處于起步階段，做好市場調(diào)查和技術(shù)研發(fā)，搶占市場份額，創(chuàng)立品牌，信心十足地等待政策的明朗，這些是至關(guān)重要的。
3 展望及洗煤水處理去向
3.1 研究進展及方向
目前，在實際的洗煤廠對于煤泥水的處理主要采用的是洗煤廢水閉路循環(huán)法，現(xiàn)在研究的方向也是在這個方面，主要的工作是改進閉路循環(huán)法，使處理效果更好，工藝更簡潔。主要集中這樣幾個方面：
（1）在閉路設(shè)備的研究與改進上，其煤泥水濃縮設(shè)備是重點，現(xiàn)研究的濃縮機有耙式濃縮、深錐濃縮機、高頻振動篩與濃縮機等幾種，其中，深錐濃縮機效率較高，是一般濃縮機的四倍以上。濃縮機是一新型濃縮機，與普通濃縮機相比，主要區(qū)別是入料方式不同。濃縮機的入料，是把煤泥水喂給濃縮機的布料筒，布料筒在液面下一定深度處，當煤泥水由布料筒底部排出時，煤泥水沿徑向成輻射水平流向四周流動，流速逐漸變緩變穩(wěn)，有利于煤泥顆粒靠自身重力沉降，避免了普通濃縮機入料到澄清區(qū)，煤泥來不及沉降而受到表面流動層的作用隨溢流跑掉。
（2）關(guān)于絮凝藥劑陰離子聚丙烯酰胺，不僅在現(xiàn)有藥劑的相互混合使用上，還是在研發(fā)新的絮凝藥劑上，未來還有很大的研究空間。
3.2 展望
許多選煤廠目前由于規(guī)模、資金、管理等因素, 存在洗煤水外排、循環(huán)水利用率低等問題。無論從保護環(huán)境還是節(jié)約煤炭及水資源的角度, 這些洗煤廠均應(yīng)從根本上改變目前洗煤廢水的處理利用現(xiàn)狀, 因地制宜地選擇合乎實際的處理利用工藝。隨著焦化行業(yè)向著具有一定規(guī)模機焦化生產(chǎn)方向發(fā)展趨勢, 煤炭洗選也應(yīng)向規(guī)模化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代及的管理水平方向發(fā)展, 使煤炭加工業(yè)走上確保經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一的可持續(xù)發(fā)展之路。
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