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尾水,其中含有大量的煤泥和泥砂,給礦區附近的環境造成了嚴重的污染。洗煤廢水已是煤炭工業的主要污染源之一,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境，無疑將對地表水、地下水及地貌環境的安全造成危害。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
洗煤業的“三廢”包括煤泥、煤矸石、洗煤業廢水（煤泥水）三部分，其中，洗煤業廢水（煤泥水）是危害較大，也是較難處理的。目前，洗煤業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。洗煤用水量大，洗煤后產生煤泥水量也大（排放系數一般為每噸精煤產生29(噸煤泥水）。煤泥水含眾多污染物質，排入外環境，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組分及特點
洗煤水中的物質組分比較復雜,且在不同的礦區，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。現以平頂山某一煤泥水為例，其處理前污染物質濃度見表4.1。
表4.1 見附件 煤泥水處理前污染物質濃度（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,并且主要體現在膠體的ζ-電位上。因為:
①帶有較強負電荷的膠粒之間產生較強的靜電斥力,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。
2 陰離子聚丙烯酰胺洗煤水處理現狀
2.1 洗煤水現有處理工藝及優缺點
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法，在減排和回水利用上具有強大的優勢。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中是一項重要的潔凈煤技術，屬優先考慮采用的技術，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。選煤廠往往由于煤泥回收設備不完善，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，污染環境。因此，實現洗煤水閉路循環具有特殊的戰略意義。
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�！靶髌�-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的煤泥沉淀池，且存在占地面積大、冬季結冰等問題。
粗煤泥洗選設備 中煤篩下水 矸石篩下水 精煤篩下水 旋流器 循環水池 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，重要的設備有：煤泥濃縮機、旋流器和壓濾機。其中設備的處理能力是保證洗煤水閉路循環的關鍵。煤泥濃縮機是回收煤泥的主要設備。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, 溢流作為循環水, 底流經稀釋后浮選, 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�；蛎耗嗄z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。實際應用中常將無機鹽類絮凝劑與有機高分子絮凝劑聯合使用，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和使用，我國1985年以后開始大量生產和使用，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，它比較穩定，不受溫度影響，對可溶性離子和pH值適應性強。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和有機質微粒的缺陷。
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, 并在系統中反復循環逐步積累, 導致循環水濃度增高與濃縮效率降低的相互影響惡性循環, 煤泥可浮性差。
b) 洗水平衡難以控制, 閉路循環無法實現。
c) 煤泥水達到一定濃度, 為保證循環水濃度勢必排放而導致煤泥流失。
d) 濃縮設備龐大, 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。即煤泥水不經濃縮機澄清濃縮, 而全部通過浮選處理, 浮選尾礦經混凝澄清后即得循環水。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�？刹捎脷馑指罨旌�、反轉混合、經向混合、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 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，但出水水質較差，入料濃度低時，固體去除率雖低些，但出水水質好，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。中性時絮凝劑混凝效果較好。
煤泥水直接浮選法的優點為:
a) 大幅降低了循環水濃度, 據介紹可降到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, 可節水1/3～1/2。
d) 提高了精煤回收率。
e) 減少了設備和占地。
f) 促進了尾煤的有效回收, 為實現洗水閉路循環和保護環境提供了有利條件。
但是，同時采用該方法應該考慮以下問題:
a) 選煤的噸煤水耗愈低、煤泥水濃度愈高, 則它在技術經濟指標方面的優越性愈顯著。
b) 從管理方面看, 流程中各工藝用水與浮選設備能力之間存在著某種聯系,即工藝用水量不能大于浮選設備的總處理能力, 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點, 具有更大適應力。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，規模以上工業共有洗煤企業951家，比1995年增加了110.4%。2003-2005年，洗煤生產廠家表現出比較快速的增加，占全部原煤生產廠商的數量比從1995年的14.7%，提高到20.5%，提高了5.8個百分點，后來由于設備等因素，到2006年，我國現有重點煤礦選煤廠170余座, 約需水量20億m3/a , 其中有110座在不同程度上實現了洗水閉路循環，部分洗煤水得到治理和循環使用。據統計，中國煤炭行業僅重點煤礦每年產生的洗煤廢水就有2800×104t，煤泥流失20×104t，既污染了環境，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，做好市場調查和技術研發，搶占市場份額，創立品牌，信心十足地等待政策的明朗，這些是至關重要的。
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法，現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）在閉路設備的研究與改進上，其煤泥水濃縮設備是重點，現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，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，煤泥來不及沉降而受到表面流動層的作用隨溢流跑掉。
（2）關于絮凝藥劑陰離子聚丙烯酰胺，不僅在現有藥劑的相互混合使用上，還是在研發新的絮凝藥劑上，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模、資金、管理等因素, 存在洗煤水外排、循環水利用率低等問題。無論從保護環境還是節約煤炭及水資源的角度, 這些洗煤廠均應從根本上改變目前洗煤廢水的處理利用現狀, 因地制宜地選擇合乎實際的處理利用工藝。隨著焦化行業向著具有一定規模機焦化生產方向發展趨勢, 煤炭洗選也應向規�；�、系統化、現代及的管理水平方向發展, 使煤炭加工業走上確保經濟、環境協調統一的可持續發展之路。
