煤礦在選煤過程中耗費(fèi)大量清水，同時(shí)產(chǎn)生大量洗煤廢水。若洗煤廢水不經(jīng)處理直接排人水體， 會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成很大的破壞。煤礦洗煤廢水分 為兩類：第一類是低濃度洗煤廢水，由煤質(zhì)較好的 原煤洗選時(shí)產(chǎn)生，處理容易，用濃縮沉淀法即可有 效凈化;另一類是高濃度洗煤廢水，由地質(zhì)年代較 短、灰分和雜志含量較高的年輕煤種洗選時(shí)所產(chǎn) 生，其懸浮物濃度（SS)和化學(xué)耗氧量（CODcr)都很 高，煤泥顆粒表面的Z電位也很高，穩(wěn)定性高，很難 自然沉降，因而處理難度大[1]。
本研究以江西某大型煤礦為目標(biāo)，該礦采用濕 法選煤，產(chǎn)生大量洗煤廢水。該礦煤泥水處理采用 典型的煤泥分選一尾礦濃縮一壓濾工藝。該礦開 采到斷層時(shí)，此部分原煤遇水易泥化，產(chǎn)生的洗煤 廢水濃度高，顆粒細(xì)小，久置不沉，原有的處理工藝 滿足不了相關(guān)洗煤標(biāo)準(zhǔn)。因此，采用新型、高效的 潔凈煤技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，使其達(dá)標(biāo)并實(shí)現(xiàn)洗煤廢 水的循環(huán)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1實(shí)驗(yàn)部分1. 1實(shí)驗(yàn)原料聚丙烯酰胺（PAM)，工業(yè)級(jí)(分子量700?1300 萬），蘇州晟宇工貿(mào)公司；氯化鈣（CaCl2)、氯化鐵 (FeCl3)和氧化鈣（CaO)，分析純，均購(gòu)自廣州化學(xué) 試劑廠。
1.2高濃度洗煤廢水的特征參數(shù)、處理方法及評(píng)價(jià) 指標(biāo)該礦的高濃度洗煤廢水主要具有如下特點(diǎn)：顆 粒表面負(fù)電荷較多;SS濃度和COD濃度很高、細(xì)小顆粒含量高、粘度大；污泥比阻大，因此過濾性能 差[1]。通常認(rèn)為，在上述諸多因素中，表面負(fù)電荷和 粒徑太小是導(dǎo)致廢水難以處理的兩個(gè)最重要原因[2]。
廢水的SS值為40500mg/mL，CODcr值為 16580爪&/爪二4只值為8.10~8.30，懸浮物平均粒徑 為70pm，Z電位-74. 5mV，水樣的SS值和CODcr值 分別根據(jù) GB 11914 -1989 和 GB 119014 -1989 測(cè)定。
取廢水樣100mL，投加一定質(zhì)量濃度的絮凝劑 溶液，以100r/min速度攪拌1min，然后添加人量程 為100mL的量筒沉淀，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)記錄不 同時(shí)間的絮體高度，指定時(shí)間內(nèi)其值越小，表明絮 凝效果越好。用同樣的制樣方法，使絮凝劑充分分 散，用秒表記錄懸浮粒子界面運(yùn)動(dòng)一定距離所用的 時(shí)間，計(jì)算平均沉降速率，其數(shù)值越大，表明絮凝劑 使懸浮物沉淀得越快;清水分離率的測(cè)定根據(jù)絮凝 后上層清水的體積占原水的體積分?jǐn)?shù)測(cè)定，其數(shù)值 越大，表明處理后再利用的水量越多;而清水SS值 越小，表明處理水的懸浮物含量越少，水質(zhì)越好。
2結(jié)果與討論 2.1無機(jī)混凝劑的優(yōu)化根據(jù)該礦洗煤廢水的特點(diǎn)，經(jīng)過理論分析，優(yōu) 選出4種無機(jī)藥劑CaCl2、聚合氯化鋁（PAC)、FeCl3 和CaO進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1和表1所示。由 圖1可以看出，在相同的時(shí)間內(nèi)，加人CaCl2絮凝劑 溶液后，絮凝體高度最低，210min后其高度只有 48mm，比最高為92mm的CaO的數(shù)值幾乎低了一 半，這表明同等條件下CaCl2絮凝效果最好。表1也 同樣表明，CaCl2處理效果最好，其三項(xiàng)指標(biāo)都是最好 的。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，洗煤廢水加人CaCl2后，迅速發(fā)生絮 凝反應(yīng)，泥水分層明顯，能夠看見泥面緩緩下降，但沉 降速度還是較慢，形成的顆粒較細(xì)小，上層清液可以 看見部分細(xì)微的絮狀物，且凝聚體的過濾性能差，難 于進(jìn)一步脫水，事實(shí)上很難在實(shí)際工程中應(yīng)用，因此 必須另加其它類型絮凝劑，以提升綜合效果。
表1各種絮凝劑的沉降效果Table 1 Sedimentation efficiencies of the flocculants絮凝劑清水分離率/%平均沉降速 度/ ( mm/s )清水SS 值/(mg/L)
FeCl3570. 0067480CaCl2680. 02310PAC650. 0067380CaO390. 0056002.2 PAM的使用效果及其與CaCl2復(fù)合使用的條 件優(yōu)化以前的研究結(jié)果表明，為了提高絮凝效果并實(shí) 現(xiàn)可操作性，當(dāng)無機(jī)混凝劑和高分子有機(jī)絮凝劑配 合使用時(shí)，效果更佳[3]。在洗煤廢水的處理過程 中，應(yīng)用PAM是一種常用的高分子絮凝劑[4]。它具 有線性結(jié)構(gòu)，水溶性好。PAM不僅能夠使煤泥顆粒 發(fā)生凝聚，加快沉淀速度，而且可改善沉淀煤泥的 脫水性能[5]?？紤]到CaCl2和PAM的加人量及加藥 后的攪拌時(shí)間都有可能影響沉淀速率，因此以正交 實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。每次取洗煤廢水100mL，加 人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的CaCl2溶液，攪拌，再加人質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為0. 1 %的PAM溶液，再攪拌，然后靜置沉降， 計(jì)算絮體沉降速度，保持?jǐn)嚢杷俣葹?00r/min。正 交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表2和表3。
表2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of the orthogonal experiment序號(hào)CaCl2加入量/mL攪拌時(shí)間/sPAM加入量/mL攪拌時(shí)間/s空白樣沉降速率/( mm/s)SS/(mg/L)
113023010. 222198216036020. 346130319049030. 62610241120512040. 527120523039040.517107續(xù)表2序號(hào)CaCl2加入量/mL攪拌時(shí)間/s PAM加入量/mL攪拌時(shí)間/s空白樣沉降速率/(mm/s)SS/( mg/L)
6260212030. 339155729053020.724958212046010. 542879330412020. 785981036059011. 267651139026040.38415012312033030.4981031343056031. 039951446043040. 78310015490312010.53110516412029020.341153K11.7212. 5631. 2862. 2272.562——&2. 1222. 7351. 8922.3112. 196——K32. 9342. 2652. 7362. 7512.502——K42. 6941.9083. 5572. 1822.211——表3方差分析結(jié)果Table 3 Results of the variance analysis項(xiàng)目偏差平方和自由度均方FF^顯著性CaCl2投加量0. 22730.0769. 59. 28顯著投CaCl2后攪拌時(shí)間0. 09930. 0334. 125—不顯著PAM投加量0. 73730. 24630. 75—特別顯著投PAM后攪拌時(shí)間0. 05230. 0172. 125—不顯著誤差0. 02530. 008———總和1. 1415————根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及方差分析知，最佳實(shí)驗(yàn)條 件是濃度為600mg/L的CaCl2用量為3mL，攪拌時(shí) 間為60s，濃度為50mg/L的PAM用量為5mL，攪拌 時(shí)間為90s。影響洗煤廢水沉降速度的主要因素是 PAM的用量，隨著PAM量增大，沉降速度明顯加 快;其次是氯化鈣的用量，其余兩個(gè)因素影響相對(duì) 較小。PAM的用量對(duì)沉降速度的影響非常大，當(dāng)其 投加量為40mg/L時(shí)，沉淀速率平均值超過 0. 68mm/s以上。故施工中可適當(dāng)控制PAM用量， 既降低成本，又可保證相當(dāng)?shù)乃俣?，使廢水中形成 可有效過濾的絮凝體。
2.3最佳組合條件的驗(yàn)證按正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取實(shí)驗(yàn)水樣件進(jìn)行測(cè)試，結(jié) 果如圖2和表4所示。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明采用 CaCl2 + PAM工藝處理該洗煤廢水，可以達(dá)到滿意 的處理效果，不僅可以分離出73%的清水，而且清 水的SS值和CODcr都低于煤礦廢水的國(guó)家排放 標(biāo)準(zhǔn)和回用標(biāo)準(zhǔn)。處理后的廢水pH基本不變，可 以全部回用于洗煤，實(shí)現(xiàn)洗煤廢水的閉路循環(huán)，改 善了絮凝體的過濾性能，同時(shí)提高了煤泥的脫水 性能。
程進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。工藝流程如圖3所示，主要構(gòu)筑 物及設(shè)備見表5。
表4最佳條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Table 4 Experimental Results under optimal conditions項(xiàng)目清水分離率/%清水SS/(mg/L)清水CODcr/ (m^L)清水pH沉淀速率/(mm/ s)
數(shù)值73.572388. 131.4332.4工程應(yīng)用與運(yùn)行結(jié)果2.4. 1工藝流程圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究提出的治理方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，并 充分利用該煤礦的處理設(shè)施，對(duì)洗煤廢水的治理工表5主要構(gòu)筑物及設(shè)備一覽表Table 5 List of the main equipments used for waste water treatment名稱規(guī)格量備注混凝池14. 0 x 2. 0 x 4. 0m31進(jìn)行混凝，時(shí)間20min混凝池24. 0 x 2. 0 x 4. 0m31強(qiáng)化混凝，時(shí)間20min輻流式沉淀池1500m3,直徑 20m,深 5 m1進(jìn)行泥水分離，污泥由污泥泵抽出至板框壓濾機(jī)清水池1500m31儲(chǔ)存清水，回用洗煤CaCl2加藥罐D(zhuǎn) =3. 2m,h =4. 0m,32m31配制儲(chǔ)存CaCl2溶液防腐加藥栗流量 1500Vh,壓力 0. 3 MPa,功率 0. 75 kw21用1備攪拌機(jī)N = 250r/min ,N = 3. 0kw1—PAM加藥罐D(zhuǎn) =3. 2m,h =4. 0m,32m31配制儲(chǔ)存 PAM 溶液加藥栗流量 1500Vh,壓力 0. 3 MPa,功率 0. 75 kw^11用1備攪拌機(jī)N = 130r/min,N =3 kw1—污泥泵流量 150 m3 /h,揚(yáng)程 15 m, 1450r/ min,功率 11 k^w21用1備清水栗流量 400m3/h,揚(yáng)程 32m, 1450r/min,功率 30k^w21用1備清水泵流量 15mVh,揚(yáng)程 18. 5m，2900r/min，功率 2. 2kw^21用1備2. 4. 2工藝說明(1)廢水部分：洗煤廢水自流至混凝池1,加人 CaCl2發(fā)生混凝反應(yīng)后流人混凝池2 ,繼續(xù)強(qiáng)化混凝 反應(yīng)，充分反應(yīng)后的廢水流人輻流式沉淀池進(jìn)行泥 水分離，沉淀之后的水流至清水池儲(chǔ)存，全部用于 洗煤，實(shí)現(xiàn)洗煤廢水的閉路循環(huán)。
(2)污泥部分：污泥來自于沉淀池，由污泥栗栗 至板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，煤餅外售。
(3)加藥部分：混凝池1中加人CaCl2，投人量為 600mg/L,混凝池2中加人PAM,投藥量為40mg/L。 2.5運(yùn)行效果該廢水處理系統(tǒng)自運(yùn)行以來，日處理洗煤廢 水6000m3 ,處理效果穩(wěn)定，清水的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá) 到排放和回用洗煤的標(biāo)準(zhǔn)，處理水全部回用洗 煤，實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，處理效果見表6。實(shí)踐證 明，采用CaCl2 + PAM工藝處理該洗煤廢水是可 行的。
表6處理效果數(shù)據(jù)指標(biāo) Table 6 Treatment efficiency of the waste water for coal washing進(jìn)水出水SS/(m^L)COD/(m^L)pHSS/(m^L)COD/(m^L)pH38654154618. 1367458. 1539123156508. 1170448. 1440289161168. 2073478. 2339974159908. 2565458. 2740678159528. 1875508. 222.6經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工程效益藥劑費(fèi)：氯化鈣的投藥量為600mg/L, CaCl2的 市售價(jià)格大約950元/噸，合人民幣0.57元/m3; PAM的投藥量為40mg/L,其市售價(jià)約30000元/ 噸，合為1.2元/m3。藥劑費(fèi)合計(jì)為1.77元/m3。