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我单位煤泥水净化处理及循环利用技术

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我单位煤泥水净化处理及循环利用技术

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【摘要】:
该技术成果于2012年在陕西省科技厅进行了成果登记,省级科技成果登记号为9612013Y0208,该成果已入选《陕西省环境保护重点实用技术(2013年度)》单位名录。
  该技术成果于2012年在陕西省科技厅进行了成果登记,省级科技成果登记号为9612013Y0208,该成果已入选《陕西省环境保护重点实用技术(2013年度)》单位名录。
  该技术成果获2014陕西省地质学会第七届优秀地质成果二等奖。
  T型凝聚剂能有效消除煤泥水中细微颗粒表面的负电荷,再通过絮凝剂的架桥作用,使得煤泥水中的悬浮颗粒形成较大絮团,并快速沉降,最终实现煤泥水的净化处理,解决了以往煤泥水净化处理中存在的微细粒煤泥无法沉降的难题,实现了技术上的突破。T型凝聚剂通过凝聚、絮凝、沉降、浓缩、过滤等净化处理工艺,使煤泥和水得到有效分离,实现了洗水的闭路循环使用和煤泥的有效回收。
  一、煤泥水处理现状及危害
  1、煤泥水处理现状
  煤炭洗选工艺在提高煤矿产品质量的同时,也产生了大量的“三废”:煤泥、煤矸石、洗煤废水(煤泥水)。其中,煤泥水是危害最大,也最难处理的污染物。湿式洗煤时每吨煤用水量为2 m3-8m3。据统计,2010年,我国重点煤矿选煤厂200余座,需水量约为24亿m3/a,其中,只有近一半的洗煤厂实现了洗水的闭路循环。
  2、煤泥水危害
  洗煤废水已成为煤炭工业的主要污染源之一,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)煤泥水中悬浮物浓度较高,一般可达9000—40000mg/L,超过国家规定排放标准的20—130倍,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)煤泥水中溶解了大量的金属离子,对地表水和地下水造成污染。
  (3)当煤泥水中含油量增加,水表面油膜影响水的再次充氧,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。
  煤泥水中含有大量的泥浆、煤泥、有机物和重金属离子,煤泥水性质复杂,也特别稳定,静置几个月也不会自然沉降,所以导致多数选煤厂的煤泥水很难自然澄清,在不进行任何适当处理的条件下排入外环境,既对地表水、地下水及地貌环境的安全造成危害,又浪费了宝贵的水资源。
  二、国内煤泥水处理技术及遇到的问题
  1、国内煤泥水处理技术
  目前国内选煤采用的基本工艺是:煤泥分选—尾矿浓缩—压滤。煤泥浓缩常采用的设备有耙式浓缩机、深锥浓缩机、煤泥沉淀池等。耙式浓缩机用于煤泥水或浮选尾煤水的浓缩及澄清。多数煤泥浓缩需要投加凝聚药剂,强化煤泥的沉淀与浓缩。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。
  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ξ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。
  有机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。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。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。
  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。
  2、国内煤泥水处理遇到的问题
  l)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米级的单元晶层,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)使用的凝聚剂(一般为聚合氯化铝铁),在煤泥水的净化处理中铝和铁发生水解,并在循环过程中不断累积,致使形成新的胶体,严重影响煤泥的沉降速度和其过滤性能,不能实现连续生产。
  3)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。
  三、我单位煤泥水净化处理及循环利用技术研究
  1、技术研究
  为了解决煤泥水对环境的污染,并有效地回收宝贵的矿物资源,节约工业用水,陕西省地质矿产实验研究所对煤泥水的性质进行了深入细致的研究,从改变煤泥水的悬浮液及胶体的某些特性进行试验研究设计。首先利用凝聚剂经水解后,带正电荷离子与微细煤粒表面的负电荷相互吸引,对煤泥水中悬浮微细颗粒胶核电荷进行中和、压缩双电层,使微细颗粒胶体“脱稳”;其次在加入絮凝剂后,同时产生吸附和架桥作用,使得悬浮液中的悬浮颗粒形成絮团,絮团在重力的作用下产生快速沉降,从而达到使煤泥水快速净化的目的。根据设计思路,进行了大量的试验研究工作,我所自主研制合成了T型凝聚剂。
  T型凝聚剂能有效消除煤泥水中细微颗粒表面的负电荷,再通过絮凝剂的架桥作用,使得煤泥水中的悬浮颗粒形成较大絮团,并快速沉降,最终实现煤泥水的净化处理,解决了以往煤泥水净化处理中存在的微细粒煤泥无法沉降的难题,实现了技术上的突破。T型凝聚剂通过凝聚、絮凝、沉降、浓缩、过滤等净化处理工艺,使煤泥和水得到有效分离,实现了洗水的闭路循环使用和煤泥的有效回收。
  2、技术优点
  我单位煤泥水净化处理及循环利用技术与国内同类技术相比,有更好的煤泥水净化能力(溢流水悬浮物、滤饼含水率比传统处理工艺低),特别是研制的凝聚剂在絮凝过程中无水解胶体累积现象,而传统处理工艺使用的凝聚剂(一般为聚合氯化铝铁),在煤泥水的净化处理中铝和铁发生水解,并在循环过程中不断累积,致使形成新的胶体,严重影响煤泥的沉降速度和其过滤性能,不能实现连续生产。本技术絮凝沉降速度快,絮凝体致密含水率低,回水循环利用率得到了较大地提高,实现了煤泥水的循环利用。

表1煤泥水净化处理及循环利用技术对比

浓密机溢流水
项目

使用本项技术

采用传统处理技术

浊度(NTU)

≤0.1

3

悬浮物(mg/L)

116

198

滤饼含水率(%)

23

35

回水循环利用率(%)

75

60

凝聚剂水解累积情况

不水解累积

水解产生Al(OH)3、Fe(OH)3累积,严重影响煤泥沉降速度和过滤性能。

 
  3、我单位煤泥水净化处理及循环利用技术获得的荣誉
  该技术成果于2012年在陕西省科技厅进行了成果登记,省级科技成果登记号为9612013Y0208,该成果已入选《陕西省环境保护重点实用技术(2013年度)》单位名录。
  该技术成果获2014陕西省地质学会第七届优秀地质成果二等奖。
  四、我单位煤泥水净化处理及循环利用技术应用效果
  目前已完成了对黄陵某煤矿、陕西省子长县某煤矿等选煤厂煤泥水的净化处理及循环利用试验研究工作。2011年8月起该研究成果已在陕煤集团黄陵某煤矿选煤厂得到工业应用,使企业选煤厂洗煤水实现了闭路循环,加快了煤泥的压滤速度,降低了滤饼含水率,为企业降低了选煤成本,为企业带来了良好的经济效益和社会效益。
  通过工业应用证明,选煤厂煤泥水净化处理及循环利用技术可靠,工艺简单,便于实施,生产成本低。澄清水质清,无悬浮物,完全可以在选煤厂作为循环水利用。
  1、技术经济指标:
  (1)实验室试验研究的固液分离技术成熟,煤泥水经处理后适合洗煤厂循环用水,做到了洗水的闭路循环利用。回水中悬浮物含量≤0.2g/L。
  (2)加快了煤泥的加压过滤速度,加压过滤时间约15min/次。
  (3)煤泥滤饼的含水量低于25%,回水循环利用率达到85%以上。
  2、社会效益:
  该项研究成果通过凝聚、絮凝、沉降、浓缩、过滤等净化处理工艺,使煤泥和水得到有效分离,实现了洗水的闭路循环使用和煤泥的有效回收,减少了工业废水的外排,保护了周边的生态环境以及地下水资源,并有效地回收宝贵的矿物资源,对煤炭资源开发与环境保护的健康协调发展具有重要的意义,使煤炭生产企业的洗煤废水得以循环利用,可为企业创造良好的经济效益和社会效益,将进一步拉动煤炭生产企业的发展。
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