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1、1 引言水资源是一种宝贵的稀缺资源，由于水资源在日常生活和生产中发挥着不可代替的作用，21世纪水资源问题已经不仅仅是资源问题，更成为关系到各个国家经济发展、社会进步和国家稳定的重要战略问题1。我国水资源总储量居世界第 6 位，约为2.81 万亿m3。但是由于我国人口基数巨大，人均水资源量仅为世界水资源人均占有量的1/4，不足2150m3，位列世界110位，是联合国认定的“水资源最为紧缺”的13个国家之一。目前我国水浪费现象十分严重，农业用水利用率为40%50%，工业用水利用率仅为30%40%，单位产品用水定额高，往往比发达国家高10倍以上，我国水环境污染状况也相当严重，废水排放总量、COD排放
2、总量居高不下2。我国是一个煤炭生产以及消耗的大国，其在能源消耗占有着巨大的比重，煤炭储量达1.5万亿吨，资源丰富，煤种齐全。长期以来，煤炭在一次能源生产和消费结构中占到70%以上，据专家估计，作为主要能源的煤炭在中国能源中的主导地位20年内不会改变3。我国开采的煤矿业很多，而煤炭开采过程中排放大量废水，就目前的情况讲，多半以上的煤矿企业未对产生的废水进行有效处理就直接排放，这样就导致了对环境造成了严重的污染，还引起了煤泥的大量流失，同时洗煤废水的排放造成了水资源的严重浪费。我国是一个水资源匮乏国家，据典型调查统计，我国煤矿平均吨煤排放水量为2.02.5吨。2003年产煤16.67 亿吨，估计排
3、放水为3442亿吨，约占全国工业废水排放量的15%以上。“产煤致渴”已成为我国水资源要面临的严峻问题，所以就要求对洗煤废水进行适当的处理，不仅可以保护环境，减少水资源的浪费，还可以为企业带来一定的经济效益4。1.1 洗煤废水对环境的污染（1）悬浮物的污染悬浮物是洗煤废水中的主要污染因子。洗煤废水中的悬浮物严重超标，一般超标几十倍，有的甚至超标几百倍、几千倍。洗煤废水中的悬浮物主要是细小的煤粒和粘土类颗粒，这些悬浮物大量进入水域后，水体的浊度增加、透光度减弱，产生的危害主要是： 使水体色度加深，透光性减弱，影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖，妨碍水体的自净作用； 悬浮固体可能堵塞鱼鳃，导致鱼
4、类窒息死亡； 由于微生物对有机悬浮固体的代谢作用，会消耗掉水体中的溶解氧； 悬浮固体中的可沉固体，沉积于河底，造成底泥积累与腐化，使水体水质恶化； 悬浮固体可作为载体，吸附其他污染物质，随水流迁移污染。 另外，水体受溶解固体污染后，使溶解性无机盐浓度增加，如作为给水水源，水味涩口，甚至引起腹泻，危害人体健康，故饮用水的溶解固体含量应不高于500 mg/L。工业锅炉用水要求更加严格。农田灌溉用水，要求不宜超过1000mg/L，否则会引起土壤板结5。（2）煤的染色作用引起水体色度增加煤作为一种特殊的染色体，在洗选和排放过程中，对水体具有一定的染色作用，造成水体色度增加。在洗煤废水排入的水系中，颜色
5、皆呈黑色，不仅严重影响水的透明度，直接破坏自然环境，而且引起人们感官不悦、给人以污浊厌恶之感。（3）大量选煤药剂残留 煤炭的洗选必须要加入各种不同的药剂，诸如起泡剂（松油、杂醇类等）、捕收剂（煤油、轻柴油等）、调整剂（酸、碱等）及絮凝剂（聚丙烯酰胺、聚合氯化铝等）等。在煤炭洗选过程中，部分药剂通过积累会残留在洗煤废水中，其中的油类物质在水面会形成一层油膜，使水体严重缺氧，严重影响水生植物和鱼类的生存和繁殖。由于洗水必须要循环利用，导致大量的高分子絮凝剂积累，使煤炭洗选过程药剂量过大，导致洗选产率降低6。（4）各种金属离子的污染 煤炭颗粒和灰分中含有一些金属离子，洗选后有部分金属离子进入洗煤废水
6、中。因此，洗煤废水的直接排放，不仅严重的污染周围环境，还会造成大量煤泥的流失。如果洗煤废水经适当处理后回用于洗煤，不仅解决了环境污染问题，而且还会为企业带来显著的经济效益，其中包括回收煤泥所得、节省洗煤用水的水费和免交的排污费等费用。1.2 洗煤废水处理存在的主要问题 洗煤水处理存在的主要问题有:（1）厂内循环的洗煤水水质难以保证。很多煤炭生产企业一方面迫于煤炭监督生产部门以及环境保护部门的环境保护压力，不敢公然大面积使用露天洗煤；同时又碍于企业经济效益考虑分析，不愿意在高科技的洗煤设备商进行高额投入，因此在厂内闭路洗煤过程中的水质就很难保证7。（2）进入煤炭生产系统的新鲜水量难以调节控制。（
7、3）对进入洗煤封闭系统内的煤炭数量以及煤粉的变动性很强，使得煤产品含水量与煤泥水之间的浓度引起变化，使得洗煤设备高压负荷运行。（4）受资金技术场地的影响较大。综合以上几个方面，可以看出在当今洗煤水处理过程中暴露出来的问题已经很现实性的摆在我们面前，必须要从经济社会发展全局从保护生态环境整体考虑加快洗煤水处理。1.3 我国洗煤废水处理的发展方向从当前洗煤业的现状看，有效治理洗煤水的措施，应从两个方向努力:（1）治理设施的控制，建设大型的洗煤水处理池等配套设施。现在开采的煤矿很多，洗煤用的废水也多，污染越来越严重。应该根据煤炭性质应用相应的洗煤水处理工艺技术，在分析煤泥组成成分的基础上，制定洗煤方
8、案。在排放废水之前，要对水质进行检验，提出有效地治理方案。重点通过净化工艺技术，层层过滤，使废水中的精煤颗粒与水分离，实现精煤回收和环境保护的目的。 （2）从洗煤生产线进行控制。有效控制治理洗煤废水的手段，要从洗煤水的生产线改造和工艺技术改造环节入手。通过淘汰传统的落后陈旧的生产线，增加投资研发新型环保的洗煤工艺技术生产线，避免或减少在洗煤工程中使用水源，从而达到环保节能提高企业社会经济效益的目的。2 洗煤废水的概况2.1 选煤技术概述从地下开采出的原煤含有大量的杂质和灰分，如果直接燃烧，不仅会造成煤炭资源浪费，而且还会加重大气的环境污染。选煤是合理利用煤炭资源、保护环境的最经济和最有效的技术
9、，是煤炭加工、转化为洁净煤燃料必不可少的基础和关键环节，通过选煤可以优化产品结构，提高利用效率。因此，国际上公认选煤是实现煤炭高效、洁净利用的首选方案。选煤的目的是去除原煤中含的杂质，提高煤炭的发热量和结焦性，降低灰分、硫分，并为减轻燃煤地区的大气污染创造条件。全世界原煤平均入选比例在50%左右，但一些发达国家明显高于这一比例。如德国为95%，英国和澳大利亚为75%，俄罗斯为62.1%，南非为60%，波兰为50%，美国为55%（美国未洗选的原煤煤质较好，不需洗选即符合用户要求）8。由于这些国家原煤质好，分选方法先进，选煤设备性能可靠，因此，精煤产品质量高，炼焦精煤灰分小于7%，硫分小于1%，水
10、分小于10%9。中国原煤入选率低于世界平均水平，1995年全国原煤入选率仅为巧15.6%10，年末，全国原煤入选率上升到33.7%11，到2002年末，全国原煤入选率也仅达到35%。我国动力煤的入选率更低，到2000年末仅为14%。由于中国选煤技术和设备性能还没有完全达到发达国家的水平，并且有相当一部分原煤煤质低于发达国家，因此，炼焦精煤灰分和水分含量均高于上述发达国家，2000年全国共生产炼焦精煤105Mt，平均灰分9.5%，水分10.35%12。选煤方法有许多种，概括起来可以分为干选和湿选两大类。（1） 干选，主要是利用煤与研石的物理性质差别实现分选的。干选不用水，主要包括风选、拣选、摩擦
11、选、磁选、电选、微波选、空气重介流化床选煤等，其中已实现工业应用的有空气重介流化床选煤和风力选煤。流化床选煤可分为两类，一类是根据两种颗粒的粒度差别进行分离。其原理是：粒度大的块状物不参与流化，而粒度小的粉状物能够流态化，不参与流化的大颗粒沉在床底，能够流的小颗粒流态化后不断溢出床面，从而达到分离的目的；另一类是气固流化床对矿物的分选。其原理是：以微细颗粒作为固相加重质，形成具有一定密度的流化床层，不同密度组成的被分离矿物（由有用矿物与无用矿物组成）进入流化床层后按床层密度分层，轻者上浮，重者下沉，从而实现气固流化床对矿物的分选13。风力选煤是以空气作为分选介质，在上升气流场中对煤炭按密度进行
12、分选，其分选效果受入选物料的粒度、形状影响较大。风力分选设备主要有风力跳汰机和风力摇床。风力选煤具有适合于缺水地区的煤炭分选、无煤泥水处理系统、操作费用低、投资省等优点。但是，由于其适宜的入料煤粒级窄、分选密度下限高、效率低、工作风量大和粉尘污染严重等缺点，应用范围较小。由于湿选耗水量大，投资及生产费用高，因此，干选技术越来越受到研究人员的重视。如Douglas等人和Beeckninas等人均对流化床的气体分布器进行改进，使得分布器的孔径更小，气泡分布更均匀并更容易控制，大大改善了分选效果。Lvey等用气固流化床对微细煤粉进行分选，用磁铁矿粉作为固相加重质，在入料粒度小于0.55mm时，取得良
13、好的效果。骆振福等人将磁场引入普通流化床，在一定的工艺和操作条件下，形成密度均匀稳定的磁稳定流化床，并用于细粒煤的分选。目前，中国矿业大学为实现全粒级(3000mm)煤炭干法分选，正开展小于6mm细粒级振动空气介质流化床选煤技术大于50mm大块煤深床型空气介质流化床选煤技术、三产品双密度空气重介质流化床和小于1mm煤粉摩擦电选技术的研究。摩擦电选可分选下限小于0.043mm的微细煤粉，而且具有良好的脱硫降灰作用，可得到灰分小于2%的超低灰煤。（2） 湿选，利用水或水与矿物组成的悬浮液选煤，包括跳汰、重介和浮游选煤三种方法。虽然湿法选煤耗水量大，费用高，但分选效果好，因此，目前广泛采用的是湿选。
14、我国采用湿选方法选煤的选煤厂约占94%。在20世纪80年代，国外基本以跳汰选为主，到90年代，重介选煤的比例已由第二位上升到第一位。如美国的重介选煤比例由原30%上升到45%，而跳汰选煤则由49%降至35%。目前美国的重介选煤比例己占66%，法国占60%，加拿大占56%。我国目前还是以跳汰选煤为主。目前我国研制的多次进气X系列复配脉动跳机可使分选下限最低达到0.125mm，并降低了顶水耗量14。2.2 洗煤废水的产生 湿法选煤需要大量的水，以跳汰洗煤为例，每入选1t原煤约需35m3循环水，还需补加部分清水。而这些水经过洗选过程后就含有了大量的细小颗粒，通常把这种含有粒径小于1mm的悬浮粒子的洗
15、煤水叫煤泥水，也叫洗煤废水。洗煤废水可以分为两类，一类是煤质较好的原煤洗选时所产生的洗煤废水，另一类是地质年代较短，灰分和杂质含量较高的原煤洗选时所产生的洗煤废水；前一类废水所含的颗粒粒度较大，浓度较低，处理相对比较容易。这种洗煤废水采用浓缩沉淀的物理法就会得到有效处理，分离的清水可以回用洗煤。后一种洗煤废水中含有大量的煤泥颗粒，不仅粒度小，浓度高，而且颗粒表面带有较强的负电荷，是一种稳定的胶体体系。因此，该种洗煤废水久置不沉，难于处理。这种洗煤废水的处理目前一般采用混凝沉淀的方法。2.3 洗煤废水的主要污染物 煤泥废水中的主要污染物为：悬浮物、油类物质和有机药剂几种。 （1）悬浮物选煤废水中
16、的含有大量的悬浮物，它是一种主要的污染物，该种选煤废水污染物是由高岭土、煤粉等细微的矿物颗粒组成。由于煤炭中的有机物以黑色为主，且拥有特殊变色性，造成水质颜色发生变化，且透光性差。（2）油类物质轻柴油和煤油等浮选药剂的大量使用，以及设备漏油、清洗等原因残留在煤炭，而在煤炭清洗过程中致使洗煤水含有各种数量不等的油类物质。（3）有机药剂通常在煤炭洗选过程中，会经过过滤、脱水、浓缩和浮选等煤泥水的闭路循环处理，该环节中会添加抑制剂、絮凝剂、起泡剂等各种药剂，并在清洗过程中残留到洗煤废水中，造成水质污染。针对上述煤泥水污染物，可以选取洗煤废水中的悬浮物、pH等作为主要的污染物和相应的控制指标加以处理。在洗煤水中可能会含有锰、铁等，因此
