廢水處理方法及應用研究——以洗煤廠為例

江蘇博悅環(huán)?？萍加邢薰?嚴方婷

根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒2020》公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球煤炭總產量為81.29億噸，保持自2017年以來連續(xù)三年上升，較2018年上漲了0.5%。其中，中國位居全球煤炭產量首位，占全球煤炭總產量的47.3%，達38.46億噸。煤炭開采后，需要通過水流方式，將不同成分比重的原煤進行等級分類，去除塵土和廢石，從而降低原煤中的灰分和硫分含量[1]。洗煤是煤炭開采、加工中重要的環(huán)節(jié)，經(jīng)洗煤后的煤叫精煤。通過洗煤不僅可以達到環(huán)保效果，還能顯著提升煤炭的利用效率。但在洗煤過程中也會產生大量的洗煤廢水，每年洗煤作業(yè)產生的廢水超過3.0×107t，成為威脅生態(tài)環(huán)境的重要因素。因此，做好洗煤廠的廢水處理，推動選煤業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為研究的熱點之一。

一、洗煤廢水危害

煤泥、煤矸石和洗煤廢水是洗煤行業(yè)的“三廢”，其中，洗煤廢水危害最大，處理難度也最大，處置不當，會直接影響到洗煤廠周圍水體、土壤及植被等[2]。

（一）污染水體

洗煤廢水具有很強的酸度，且廢水中固體懸浮物多，廢水色度高，含有鐵、砷、鉛、鋅等多種化學元素。洗煤廢水處置不當，直接排入到自然環(huán)境中，會給礦區(qū)周圍水體環(huán)境造成惡化，并通過水生生物經(jīng)食物鏈及皮膚接觸，導致中毒或疾病[3]。通過對某礦區(qū)洗煤廠附近水體的監(jiān)測，距離污染源越近，其受污染程度越深。

（二）污染土壤

洗煤廢水中含有多種重金屬元素，這些洗煤廢水若直接排放至土壤，其中的重金屬元素會在土壤中不斷遷移、積累、富集，當重金屬元素在土壤中大量富集，會直接在農作物或土壤植物中富集，最終經(jīng)由食物鏈而影響到人體健康。當重金屬元素在土壤中大量富集，導致土壤酸化，便會改變土壤結構，使土壤中的微生物系統(tǒng)出現(xiàn)退化，影響農作物的產量及安全。

（三）污染植被

洗煤廢水含有大量重金屬元素等，當這些重金屬元素在植物體內富集增加，便會降低植物的生長能力，嚴重時，會造成植被死亡，導致周邊水土流失及土壤荒漠化。經(jīng)洗煤廠附近植被采樣監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)水體岸邊生物及農作物不同程度受到鐵、汞、鋅、鉛等重金屬元素的影響。

二、洗煤廢水構成及特性

從洗煤廢水的成分分析來看，主要包括煤泥顆粒、黏土類顆粒。且洗煤廢水中的這些顆粒物濃度遠遠高于日常生活污水中的顆粒物濃度，甚至高達千倍以上，這也成為洗煤廢水的最主要污染物。懸浮顆粒物在廢水中逐漸構成較為穩(wěn)定的膠體體系，從而極大地增加了其處理難度[4]。雖然不同礦區(qū)的煤種及其洗煤工藝不同，但廢水的構成及特性具有一定的共性特點：

（一）良好的穩(wěn)定性

通過洗煤廢水的監(jiān)測情況看，由于洗煤廢水中含有的大量懸浮顆粒物表面會攜帶大量較強的負電荷，長期懸浮于水體中逐漸形成具有良好穩(wěn)定性的膠體分散體系。由于這些膠體顆粒物攜帶同種電荷，相互形成靜電排斥，在水中難以破壞，且具有良好的吸附性，在水體中形成水膜，使洗煤廢水中不同帶電顆粒間難以觸碰，穩(wěn)定性能更強。

（二）分離難度大

洗煤廢水中含有大量的細小顆粒物，顆粒物質量較小，難以依托其自身重力沉降至底部，因此，導致了高濃度的洗煤廢水沉淀分離難度大。此外，洗煤廢水中的粘度及懸浮物濃度都偏高，煤泥密度較小等等，都加劇了洗煤廢水的處理難度。

（三）處理成本高

洗煤廢水處理量大，且洗煤廢水含有較高濃度，煤泥阻力大，難以借助壓濾脫水方式除去洗煤廢水中的雜質。因此，單純利用壓濾脫水裝置實現(xiàn)其脫水的有效性，增加了廢水處理的成本。

綜上，根據(jù)洗煤廢水的這些特點，處理洗煤廢水工藝的選擇關鍵是要將洗煤廢水中的細小顆粒物凝聚成質量足夠大的絮體物，再通過相應的沉淀方式進行去除。

三、洗煤廢水處理要求及難點分析

洗煤廢水處理達標后可以應用于消防、洗車、市政綠化、井下生產作業(yè)，以及建筑施工等。隨著洗煤工藝技術的提檔升級，洗煤廢水深度處理后能夠作為不同行業(yè)水資源的回用，有效降低水資源浪費[5]。根據(jù)廢水不同行業(yè)的用途，其處理標準和要求也有較大差異。

（一）洗煤廢水處理要求

（1）排入水體。要求洗煤廢水處理后的出水水質達到《煤炭工業(yè)污染物排放標準》（GB20426-2006）所規(guī)定的標準和要求。（2）地下消防、降塵等用水。洗煤廢水處理后用于降塵、或地下消防、灑水等用途，其出水水質應滿足《煤礦井下消防、灑水設計規(guī)范》（GB50383-2006）的標準和要求。（3）井下設備用水。洗煤廢水處理達標后應用于采煤井下液壓支柱等相關生產設備用水，則其水質應達到《液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液標準》（MT76-2011）的相關標準和要求。（4）市政用水。洗煤廢水處理達標后應用于市政綠化、洗車等作用用水，則應滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）的具體標準和要求。

（二）洗煤廢水處理難點

一直以來，洗煤廢水處理因其濃度高、含有大量污泥和負電荷等，增加洗煤廢水處理難度。（1）廢水濃度過高。洗煤廢水濃度過高會阻礙洗煤廢水工藝的開展，尤其是在高濃度情形下，含有大量微生物會影響洗煤廢水中固體顆粒物沉降效果，增加后期廢水處理的難度。（2）含有大量污泥。洗煤廢水中含有大量污泥，大量污泥的存在會給洗煤廢水處理工藝設備一定阻礙，影響洗煤廢水的過濾。此外，污泥含量過高，單純使用“壓濾脫水”工藝技術難以達到高效處理廢水、解決水體污染等。（3）存在大量負電荷。洗煤廢水中含有大量負電荷，能夠起到穩(wěn)定洗煤廢水懸浮顆粒物的效果，但大量負電荷的存在會分散廢水中膠體成分，使分離煤泥產生二次污染。此外，顆粒物會影響洗煤工藝設備的使用壽命。在洗煤廢水中顆粒物外表形成膠體顆粒，具有強保護膜作用，但會增加廢水處理的難度。

四、洗煤廢水處理工藝的特點探討

洗煤廢水中含有大量懸浮物、有機藥劑、金屬離子及油類物質，通常選用微生物、微波、絮凝及化學沉淀處理工藝技術，以及三種工藝的聯(lián)合施用，從而達到預期的處理效果。

（一）浮選+濃縮+壓濾

該工藝技術是先對洗煤廢水進行直接浮選，降低廢水中的污染物濃度，然后再對尾煤進行濃縮深度處理，并進行水體壓濾，從而達到去除廢水污染物的預期效果?！案∵x+濃縮+壓濾”工藝技術可快速達到洗煤水閉路循環(huán)處理效果，并提升精煤的回收利用效率，從而為采煤企業(yè)創(chuàng)造出更大價值。但該工藝在直接浮選、尾煤濃縮及水體壓濾等處理初期投入較大，運行成本費用較高，一般多為大型選煤洗選廠選用該工藝技術。

（二）洗選+濃縮+壓濾

該復合工藝技術先將洗煤廢水中的煤泥進行洗選，然后再對尾煤進行機械濃縮，并對水體壓濾，以達到去除廢水中的污染物效果。洗選+濃縮+壓濾復合工藝技術可使粗煤泥的高精度分選，且前期投入資本少。但精煤泥回收的下限為0.1mm，因此，尾煤量產生量較大，增加洗煤廢水處理難度，會在處理過程中產生一定污染。因此，該工藝技術主要適用于全重介且浮煤作業(yè)為主的選煤場，應用范圍有一定的局限性。

（三）重力選+回收+壓濾

該工藝技術先是對煤泥水介重力選，從而達到去除洗煤廢水中的大顆粒物效果，然后再對粗煤中的煤泥進行回收再利用，對細煤泥濃縮壓濾，從而達到預期處理效果。與其他復合工藝技術相比，該工藝技術的前期投資，以及后期的運行成本均較直接浮選工藝成本低，且適用于密度超過1.6kg/L易選粗煤泥場合。因此，對于小型煉焦選煤廠或者小型動力煤選煤廠選用此工藝技術較多，獲得大量洗煤泥且不易脫水。

（四）濃縮+回收

該復合工藝技術處理洗煤廢水，先是對洗煤廢水進行濃縮，然后對可再生利用的進行回收再利用。濃縮+回收工藝技術處理洗煤廢水具有前期投資成本少、后期運行成本低等優(yōu)勢，但該工藝技術的經(jīng)濟收益較小，且由于煤泥脫水難度大而難以有效實現(xiàn)洗煤水閉路循環(huán)。因此，主要應用于動力煤選煤廠洗煤廢水處理和小型煉焦選煤廠廢水處理。

選煤廢水處理過程中會使用到各種藥劑作為絮凝劑，以輔助提升廢水處理工藝效果。其中，較為典型的廢水處理藥劑有鋁鹽絮凝劑和鐵鹽絮凝劑兩種。在具體選擇相應絮凝劑時，應結合洗煤廢水的水質特點，以及洗煤廢水組分、濃度、pH值等因素。

五、結語

綜上，洗煤廢水是在煤炭開采過程中產生的，量大且易對生態(tài)環(huán)境造成污染破壞。只有科學認識廢水的危害、特點及成分，并運用合適的處理工藝技術及相應的處理藥劑，根據(jù)洗煤廢水處理后的應用領域，達到具體處理標準和要求，才能實現(xiàn)洗煤廢水的最優(yōu)化、資源化處理，提升礦井的綜合效益。