廢水處理方法及應(yīng)用研究——以洗煤廠為例

江蘇博悅環(huán)?？萍加邢薰?嚴(yán)方婷

根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒2020》公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球煤炭總產(chǎn)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(chǎn)量首位，占全球煤炭總產(chǎn)量的47.3%，達(dá)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(jìn)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(dá)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(chǎn)生大量的洗煤廢水，每年洗煤作業(yè)產(chǎn)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(diǎn)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(dāng)，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(qiáng)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(xué)元素。洗煤廢水處置不當(dāng)，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(dǎo)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(dāng)重金屬元素在土壤中大量富集，會直接在農(nóng)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(dāng)重金屬元素在土壤中大量富集，導(dǎo)致土壤酸化，便會改變土壤結(jié)構(gòu)，使土壤中的微生物系統(tǒng)出現(xiàn)退化，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量及安全。

（三）污染植被

洗煤廢水含有大量重金屬元素等，當(dāng)這些重金屬元素在植物體內(nèi)富集增加，便會降低植物的生長能力，嚴(yán)重時(shí)，會造成植被死亡，導(dǎo)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(nóng)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(gòu)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于日常生活污水中的顆粒物濃度，甚至高達(dá)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(gòu)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(gòu)成及特性具有一定的共性特點(diǎn)：

（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(qiáng)的負(fù)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(qiáng)。

（二）分離難度大

洗煤廢水中含有大量的細(xì)小顆粒物，顆粒物質(zhì)量較小，難以依托其自身重力沉降至底部，因此，導(dǎo)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(zhì)。因此，單純利用壓濾脫水裝置實(shí)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(diǎn)，處理洗煤廢水工藝的選擇關(guān)鍵是要將洗煤廢水中的細(xì)小顆粒物凝聚成質(zhì)量足夠大的絮體物，再通過相應(yīng)的沉淀方式進(jìn)行去除。

三、洗煤廢水處理要求及難點(diǎn)分析

洗煤廢水處理達(dá)標(biāo)后可以應(yīng)用于消防、洗車、市政綠化、井下生產(chǎn)作業(yè)，以及建筑施工等。隨著洗煤工藝技術(shù)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(fèi)[5]。根據(jù)廢水不同行業(yè)的用途，其處理標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)達(dá)到《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426-2006）所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)應(yīng)滿足《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50383-2006）的標(biāo)準(zhǔn)和要求。（3）井下設(shè)備用水。洗煤廢水處理達(dá)標(biāo)后應(yīng)用于采煤井下液壓支柱等相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備用水，則其水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液標(biāo)準(zhǔn)》（MT76-2011）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。（4）市政用水。洗煤廢水處理達(dá)標(biāo)后應(yīng)用于市政綠化、洗車等作用用水，則應(yīng)滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）的具體標(biāo)準(zhǔn)和要求。

（二）洗煤廢水處理難點(diǎn)

一直以來，洗煤廢水處理因其濃度高、含有大量污泥和負(fù)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(shè)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(shù)難以達(dá)到高效處理廢水、解決水體污染等。（3）存在大量負(fù)電荷。洗煤廢水中含有大量負(fù)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(fù)電荷的存在會分散廢水中膠體成分，使分離煤泥產(chǎn)生二次污染。此外，顆粒物會影響洗煤工藝設(shè)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(qiáng)保護(hù)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(diǎn)探討

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

（一）浮選+濃縮+壓濾

該工藝技術(shù)是先對洗煤廢水進(jìn)行直接浮選，降低廢水中的污染物濃度，然后再對尾煤進(jìn)行濃縮深度處理，并進(jìn)行水體壓濾，從而達(dá)到去除廢水污染物的預(yù)期效果。“浮選+濃縮+壓濾”工藝技術(shù)可快速達(dá)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(jià)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(yùn)行成本費(fèi)用較高，一般多為大型選煤洗選廠選用該工藝技術(shù)。

（二）洗選+濃縮+壓濾

該復(fù)合工藝技術(shù)先將洗煤廢水中的煤泥進(jìn)行洗選，然后再對尾煤進(jìn)行機(jī)械濃縮，并對水體壓濾，以達(dá)到去除廢水中的污染物效果。洗選+濃縮+壓濾復(fù)合工藝技術(shù)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(chǎn)生量較大，增加洗煤廢水處理難度，會在處理過程中產(chǎn)生一定污染。因此，該工藝技術(shù)主要適用于全重介且浮煤作業(yè)為主的選煤場，應(yīng)用范圍有一定的局限性。

（三）重力選+回收+壓濾

該工藝技術(shù)先是對煤泥水介重力選，從而達(dá)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(jìn)行回收再利用，對細(xì)煤泥濃縮壓濾，從而達(dá)到預(yù)期處理效果。與其他復(fù)合工藝技術(shù)相比，該工藝技術(shù)的前期投資，以及后期的運(yùn)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(shù)較多，獲得大量洗煤泥且不易脫水。

（四）濃縮+回收

該復(fù)合工藝技術(shù)處理洗煤廢水，先是對洗煤廢水進(jìn)行濃縮，然后對可再生利用的進(jìn)行回收再利用。濃縮+回收工藝技術(shù)處理洗煤廢水具有前期投資成本少、后期運(yùn)行成本低等優(yōu)勢，但該工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)收益較小，且由于煤泥脫水難度大而難以有效實(shí)現(xiàn)洗煤水閉路循環(huán)。因此，主要應(yīng)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(yīng)絮凝劑時(shí)，應(yīng)結(jié)合洗煤廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，以及洗煤廢水組分、濃度、pH值等因素。

五、結(jié)語

綜上，洗煤廢水是在煤炭開采過程中產(chǎn)生的，量大且易對生態(tài)環(huán)境造成污染破壞。只有科學(xué)認(rèn)識廢水的危害、特點(diǎn)及成分，并運(yùn)用合適的處理工藝技術(shù)及相應(yīng)的處理藥劑，根據(jù)洗煤廢水處理后的應(yīng)用領(lǐng)域，達(dá)到具體處理標(biāo)準(zhǔn)和要求，才能實(shí)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。