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陰離子聚丙烯酰胺洗煤水處理方法
陰離子聚丙烯酰胺洗煤水處理方法
發(fā)布時間:2020-10-19 瀏覽
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。洗煤用水量大,洗煤后產生煤泥水量也大(排放系數(shù)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(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(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。
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(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中是一項重要的潔凈煤技術,屬優(yōu)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(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(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(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(wěn)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(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(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。可采用氣水分割混合、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(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(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(yōu)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(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,洗煤生產廠家表現(xiàn)出比較快速的增加,占全部原煤生產廠商的數(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,做好市場調查和技術研發(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)在閉路設備的研究與改進上,其煤泥水濃縮設備是重點,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)模機焦化生產方向發(fā)展趨勢, 煤炭洗選也應向規(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)走上確保經濟、環(huán)境協(xié)調統(tǒng)一的可持續(xù)發(fā)展之路。
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