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(lái)越受到人們的重視。洗煤廢水特別穩定,靜置幾個(gè)月也不會(huì )自然沉降,因此處理非常困難。在不進(jìn)行任何適當處理的條件下排入外環(huán)境,無(wú)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(kāi)展了這一方面的研究工作,但始終沒(méi)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(lái)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(guò)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(diǎn)
洗煤水中的物質(zhì)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。
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(diǎn)是:
①顆粒陰離子聚丙烯酰胺表面帶有較強的負電荷,可見(jiàn)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(guò)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(diǎn)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(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,膠粒愈穩定;
②膠粒的布朗運動(dòng)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?chē)纬梢粚铀?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(guò)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在以下幾個(gè)方面:
(1)煤泥水中懸浮物濃度較高,一般達9000—40000mg/L,超過(guò)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(dòng)植物光合作用,同時(shí)造成水域的景觀(guān)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(shí),就影響水的再次充氧,同時(shí)對水生動(dòng)植物產(chǎn)生不利影響。
(4)浮選法選煤過(guò)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(lái)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(yōu)缺點(diǎn)
目前,在實(shí)際的洗煤廠(chǎng)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(shí)近年來(lái)研究人員也嘗試著(zhù)用其它方法來(lái)處理煤泥水,大大改進(jìn)了閉路循環(huán)法,使處理效果更好,工藝更簡(jiǎn)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(guò)程中,由于煤泥逐步進(jìn)入洗水中,使洗水濃度越來(lái)越高,不但影響洗選效果,嚴重時(shí)還會(huì )導致停產(chǎn)。選煤廠(chǎng)往往由于煤泥回收設備不完善,煤泥水難以管理等問(wèn)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(shí)現洗煤水閉路循環(huán)具有特殊的戰略意義。
目前,選煤廠(chǎng)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(gè)數的煤泥沉淀池,且存在占地面積大、冬季結冰等問(wèn)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(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(huán)的關(guān)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(jìn)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(lái)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(wú)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(chǎng)采用的煤泥水處理方法。其特點(diǎn)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(jìn)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(chǎng)外處置, 或混凝沉淀處理。
其中,化學(xué)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(lèi):
一是無(wú)機鹽類(lèi)絮凝劑,二是有機高分子絮凝劑。無(wú)機鹽類(lèi)絮凝劑的作用機理是無(wú)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(gè)顆粒連接起來(lái),凝聚成團沉淀下去。實(shí)際應用中常將無(wú)機鹽類(lèi)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(wàn)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(yáng)離子型,非離子型和陰離子型三種,使用時(shí)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(yáng)離子型的適于偏酸性煤泥水,陰離子型和陽(yáng)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(wú)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(kāi)始大量生產(chǎn)和使用,我國1985年以后開(kāi)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(gè)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(jià)格便宜,無(wú)毒無(wú)害,作為煤泥水的絮凝劑有較好的應用前景。
硫酸鋁屬于無(wú)機鹽類(lèi)絮凝劑,溶于水后分解成帶正電荷的三價(jià)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(wèn)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(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(wú)法實(shí)現。
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) 濃縮設備龐大, 繁多。
(二)陰離子聚丙烯酰胺無(wú)預濃縮煤泥水處理方法:
也稱(chēng)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(guò)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(zhù)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(guò)100μm,氣泡和絮團粘附率較差?刹捎脷馑指罨旌、反轉混合、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(shí)固體去除率高,但出水水質(zhì)較差,入料濃度低時(shí),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(lèi)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(shí)絮凝劑混凝效果較好。
煤泥水直接浮選法的優(yōu)點(diǎn)為:
a) 大幅降低了循環(huán)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(jìn)了尾煤的有效回收, 為實(shí)現洗水閉路循環(huán)和保護環(huán)境提供了有利條件。
但是,同時(shí)采用該方法應該考慮以下問(wèn)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(zhù)。
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(zhù)某種聯(lián)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(wú)預濃縮和預濃縮煤泥水處理流程的優(yōu)點(diǎn), 具有更大適應力。特點(diǎn)是精煤撈坑溢流大部分進(jìn)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(chǎng)557個(gè),年入洗原煤2.8億t,原煤入洗率為22%。到2000年,洗煤廠(chǎng)數增加到755個(gè),原煤入洗量達4.5億t,原煤入洗率超過(guò)30% 。2005年,規模以上工業(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(chǎng)家表現出比較快速的增加,占全部原煤生產(chǎn)廠(chǎng)商的數量比從1995年的14.7%,提高到20.5%,提高了5.8個(gè)百分點(diǎn),后來(lái)由于設備等因素,到2006年,我國現有重點(diǎn)煤礦選煤廠(chǎng)170余座, 約需水量20億m3/a , 其中有110座在不同程度上實(shí)現了洗水閉路循環(huán),部分洗煤水得到治理和循環(huán)使用。據統計,中國煤炭行業(yè)僅重點(diǎn)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(jiàn)當前洗煤水的處理還十分嚴重,可以說(shuō)還處于起步階段,做好市場(chǎng)調查和技術(shù)研發(fā),搶占市場(chǎng)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(jìn)展及方向
目前,在實(shí)際的洗煤廠(chǎng)對于煤泥水的處理主要采用的是洗煤廢水閉路循環(huán)法,現在研究的方向也是在這個(gè)方面,主要的工作是改進(jìn)閉路循環(huán)法,使處理效果更好,工藝更簡(jiǎn)潔。主要集中這樣幾個(gè)方面:
(1)在閉路設備的研究與改進(jìn)上,其煤泥水濃縮設備是重點(diǎn),現研究的濃縮機有耙式濃縮、深錐濃縮機、高頻振動(dòng)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(shí),煤泥水沿徑向成輻射水平流向四周流動(dòng),流速逐漸變緩變穩,有利于煤泥顆?孔陨碇亓Τ两,避免了普通濃縮機入料到澄清區,煤泥來(lái)不及沉降而受到表面流動(dòng)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(lái)還有很大的研究空間。
3.2 展望
許多選煤廠(chǎng)目前由于規模、資金、管理等因素, 存在洗煤水外排、循環(huán)水利用率低等問(wèn)題。無(wú)論從保護環(huán)境還是節約煤炭及水資源的角度, 這些洗煤廠(chǎng)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(shí)際的處理利用工藝。隨著(zhù)焦化行業(yè)向著(zhù)具有一定規模機焦化生產(chǎn)方向發(fā)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(fā)展, 使煤炭加工業(yè)走上確保經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調統一的可持續發(fā)展之路。