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'煤矿工业废水处理技术的研究兖矿集团设计研究院(山东邹城273500)李剑峰I摘要l兖州矿区根据目前国内外已有的工业废水处理适用新技术成果，从多个方面进行综合治理，实现了“经济效益、环境效益、社会效益”的三统一。【关键词l工业废水废水处理综合治理一．前言近几年来，兖州矿业(集团)公司及其下属厂矿针对矿区环境保护工作中原先存在的问题进行了认真分析和归纳，根据目前国内外已有的工业废水处理适用新技术成果，从狠抓选煤厂煤泥水处理、焦化废水处理、化学水处理及锅炉排污水处理等多个方面进行综合治理，提出解决措施和方案并加以实施，依靠科技进步加快污染治理，同时将治理与利用相结合走可持续发展之路，实现了“经济效益、环境效益、社会效益”的三统一。硎叠用棚■WWw．et，jx．com2013年第2期二，选煤厂煤泥水处理1．鲍店选煤厂洗水闭路循环兖州矿业(集团)公司鲍店煤矿选煤厂对煤泥水系统实施技术改造以后，使洗水浓度处于受控状态，保证了正常的选煤生产，年经济效益达到500万元以上，实现了一级闭路循环，减少了环境污染。该厂投产以后，由于煤泥水系统本身存在着薄弱环节，循环水浓度在lOOg／L以上，高灰细泥在系统中积聚，洗水浓度越来越高，洗水外排成为常事。通过对生产现状和整个工艺环节的全面分析，他们认为要降低洗水浓度和减少水系统涨肚，就必须减少高灰细泥在系统中的恶性循环，使循环水变清，满足复用、脱泥、脱介的要求，为此决定将主攻方向定为二次浓缩机出清水。2．东滩选煤厂的洗水闭路循环兖州矿业(集团)公司东滩煤矿选煤厂投产初期，由于设备与工艺环节等方面的原因，致使洗水浓度居高不下，不得不利用事故沉淀池及外排水的方式组织生产，既破坏了环境，又制约着生产。为此，该厂本着“该在哪一环节回收的一定在哪一环节回收”的原则，着手对工艺环节及设备进行调整与改造，洗水浓度有了极大的降低。该厂实现洗水闭路循环的措施如下：(1)粗煤泥脱水分级筛]g固27m3直线振动筛易断的小梁以后，筛下水跑粗的问题基本上解决了，并且甩掉了14m3筛子，使1台跳汰机对应1台筛子也能满足生产的需要。(2)电磁振动旋流筛用重介系统的2台14m3直线振动筛回收永田槽 底流，甩掉了旋流筛，物料水分由50％以上下降为20％左右，满足了工艺的要求。(3)沉降离心机将分配器甩掉，改为泵由有压管路直接供料给沉降离心机，同时将操作闸阀放在三层平面上，水分1主140％左右下降至20％左右，保证了工艺效果。(4)压滤机将5台四缸悬挂式500m3压滤机改为6台500m3卧式压滤机，满足了生产的需要，洗水浓度也降1"k矮11309／L以下。(5)絮凝剂的添加经过大量的优化试验，最终选定采用两点加药的方式，在添加有机PAM絮凝剂之前的12m处先加入8％左右的聚合铝铁水溶液，使得细煤泥浓缩机的溢流得到了清水。(6)水环节的调整循环水用量调整以后，用水量由4．5m3／t原煤下降为2．7m3／t原煤；粗煤泥浓缩机的入料方式调整以后，解决了浓缩机槽内“喷气”、水面不稳的问题；离心机的离心液去向调整以后，保证了浓缩机中不进粗液。通过以上措施的逐步实施，煤泥水系统有了极大的改善，洗煤停车以后，煤泥水系统可以在lh以内就停下来。3．东滩矿选煤厂煤泥水处理的有效措施兖州矿业(集团)公司东滩煤矿选煤厂原设计采用沉降过滤式离心机和压滤机回收煤泥的生产工艺，煤泥水处理系统曾出现过洗水浓度高、压滤机不能正常工作、煤泥产品水分大等问题。经过对压滤机、浓缩机和沉降离心机的改造和对永田槽及旋流筛系统的调整，并加强了技术管理和操作管理，煤泥水处理系统已基本正常，并实现了闭路循环。但是，由于目前矿井产量的不断提高及煤质变化，引起了一0．5mm级的煤泥量增加，煤泥水处理系统的能力明显不足，必须进行配套改造。因受技术水平、设备制造水平和历史因素的影响，兖州矿区大部分选煤厂的煤泥水处理系统都采用了沉降过滤式离心脱水机回收粗煤泥、压滤机回收细煤泥的联合煤泥回收生产工艺。东滩矿选煤厂煤泥水存在的问题在各选煤厂也都不同程度的存在，总的改造趋势是寻求一种工艺简单、生产能力大、费用低、能替代沉降过滤式离心脱水机粗煤泥回收设备。根据该厂已实现双系统运行的工艺流程及粗煤泥回收设备的生产能力、实际改造条件和国内外煤泥回收设备的制造、应用状况，并通过多方案比选，确定选用2台澳大利亚的FCl200高效煤泥离心脱水机替代2台TCL一1418型沉降过滤式离心脱水机。每个单系统选用l台，与保留的4台沉降过滤式离心脱水机并列运行，联合回收煤泥。运行实践表明：FCl200高效煤泥离心脱水机的粗煤泥产品水分由原来的30％降低至1J22％以下，台时产量一>40t／h，满足了矿井生产能力的需要，提高了原煤泥水处理系统一级闭路循环的保障能力，杜绝了因瞬间入洗量增大而造成的煤泥水恶化情况，有利于环境保护。三．焦化废水处理1．活性污泥法处理焦化含酚水兖州矿业(集团)公司焦化厂投资500多万元，兴建了设计Et处理废水量545m3的含酚水处理站，处理后的水全部用于熄焦，不外排。焦化含酚水的处理分三段：一是除油，利用密度和气浮原理，将重油、轻油、浮油从污水中分离出来，这一步在除油沉淀池和浮选池中完成，二是生化处理，利用专门培养的好氧微生物在氧存在的条件下，将有毒有害的有机化合物氧化分解成无毒无害的无机物，这一步是在一、二段曝气池中进行的；三是污泥处理，将剩余污泥脱水、浓缩、压饼，运到煤场炼焦。处理中应把握的几个要点是：1)适宜的水温是微生物生存的重要因素。一般认为生化处理时，水温以18二35"C为宜。水温偏低，生物酶活性降低，微生物生长缓慢，分解代谢有机物的能力就降低；水温偏高则会导致某些微生物的死亡。2)pH值变化范围不能太大，微生物正常生存和繁殖的pH值急剧变化会使微生物活性降低，某些种类、数量减少，甚至死亡。3)好氧法处理含酚水，溶解氧的含量依据水中有机物的浓度和微生物的活性而定。一般在快速吸附段的溶解氧以3-4mg／L、延时曝气以1～2mg／L为宜。溶解氧过高会引起微生物自身氧化分解进入内源呼吸；过低会抑制好氧菌的生长和繁殖，导致某些菌种死亡，甚至造成污泥菌腐败上浮，影响处理效果。4)有毒有害物质浓度不超出微生物忍受范围时，微生物可以氧化分解，并能逐步适应较高浓度的有害物质，但超出其负荷范围会导致其中毒死亡。微生物的生长繁GM叠用弧■2013年第2期www．etyjx．COrn 殖需要多种营养物质，而且对比例有一定要求，应经常测试水中营养物质含量，避免因某些营养成分缺乏而导致微生物不能正常生长和繁殖，影响水处理效果。2．改造处理设施提高焦化废水达标率兖州矿业(集团)公司焦化厂通过对废水处理设施的改进，极大地提高了焦化废水的达标率，氨氮、COD、酚、油、硫化物以及氰化物等指标均在92％-99％。焦化废水目前多采用生化处理法，其中活性污泥法已经在我国焦化行业得到广泛的应用。该厂也是采用活性污泥法，自投运以来运转基本正常，但处理后的废水达标率一直不高，用于熄焦后对焦炭的外观及耐磨强度有一定的影响。其原因有两个方面：1)工程设计存在问题。原设计18吸水井容积小，含有焦油和杂物的废水进入18吸水井后，沉积时间不长就淤塞水泵，影响了除油沉淀池的除油效果，增加了水泵的维修量，而且焦油和杂物的清理工作也十分困难；一段曝气池容积也小，废水在其中的停留时间短，有毒有害物质得不到充分的吸附和氧化，影响了微生物的生长繁殖，致使活性污泥的沉降比过低，抗冲击能力差，处理效果不理想。2)处理设备存在问题。原配用的鼓风机风量过大、调节困难，使曝气池中的溶解氧过高，污泥中的有机质自身氧化，污泥老化快，影响处理效果。为此，在l。吸水井前建1个沉淀池，使焦油和杂物沉淀后的上层清液流到1。吸水井；沉淀后的焦油伽曩用朗■WWw．et晒x．com2013年第2期和杂物用潜污泵抽出，运至煤场炼焦，不会造成二次污染。一段曝气池采取一开一备串联使用，回流污泥分别进入2个曝气池，不仅解决了废水在一段曝气池停留时间短和短流的问题，还提高了活性污泥抗冲击的能力，使废水在一段曝气池得到充分的吸附和氧化，满足了处理的要求。鼓风机更换为低噪声的节能型产品后，曝气池中的溶解氧一般维持在2--4mg／L、活性污泥的沉降比保持在15％～30％，保证了工艺运转正常。3．焦化厂废水处理最新技术兖州矿业(集团)公司焦化厂的生化污水处理系统为两段延时曝气法，主要是生物脱酚，其次是去除硫化物、氰化物，最后是NH，-N、COD。处理以后的焦化废水中酚、硫化物、氰化物均已达到外排标准；COD的去除率尽管达到了70％以上，但是远远未达到排放标准；NH，-N的去除率也只有40％左右。鉴于A／O法在去除NH3一N及提高BOD5／COD值上的优势，他们进行了引用，并且取得了成功。A／O法是利用厌氧微生物、兼性微生物和好氧微生物分段间断地氧化分解废水中的有机污染物，使得有机污染物中的不溶性有机物或者难以生化的组分，在厌氧段内先在微生物分泌的胞外酶作用下对有机污染物进行酶解，使之变成可溶性有机物。然后在产酸菌的作用下进一步氧化分解为中间有机物；中间有机物在好氧微生物的作用下被氧化分解，从而高效地降解水中的有机污染物。此外，污水中的氨态氮在好氧段里，自养型硝化菌和亚硝化菌在氧气充足的条件下将氨态氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐；在缺氧的条件下利用兼性反硝化菌的作用，NH：-N与NH，-N作为电子受体被还原成N：气体排入大气。根据上述机理，结合本厂原先的处理工程实际，即原有生产工序的改变(化产车间蒸氨改为硫胺)，废水处理站的来水只有200ma／d左右，不足原设计能力的40％，有50％的污水处理设施处于闲置状态，有条件为系统增加一个缺氧处理过程。实践证明此系统有以下优点：缺氧段的缓冲作用，提高了BOD／COD值，从而提高了抗冲击的能力}A／O法的机制就是硝化和反硝化作用，在A／O系统流程的缺氧段里反硝化菌能够有效地脱氧}提高了系统的利用率。四．锅炉排污水处理1．蒸汽锅炉排污水综合利用由兖州矿业(集团)公司杨村煤矿完成的蒸汽锅炉排污水综合利用项目，很好地利用了排污水的大量热能及其碱性，保护了环境，节省了水资源；整个系统完全实现了自动化，维护方便，是具有良好价值的环保型节能项目。杨村煤矿共有3台20t／h蒸汽锅炉。为防止锅筒内结垢，每年定期排污和连续排污排出高热值汽水混合物约计8650m3。蒸汽锅炉运行压力在0．6MPa时，排出的汽水混合物压力在0．35MPa，温度约120"C，所含热值为2．725×lo％J／t。因其高温和高碱性，排污水直接进入排水沟不仅给周围环境造成严 重危害，而且使得大量水资源和热能浪费。为此，在锅炉房集中排污口处安装了一套排污水热量自动交换装置作为排污热量交换站。其中，蓄热缓冲器容积为5m3，相当于汽水换热装置，也是承压装置，把从前一级锅炉连排膨胀器出来的汽水混合物进一步冷却、膨胀降压，以满足锅炉定排时大量排水的需要，确保锅炉的安全；蓄水箱容积为20m3，相当于水水换热装置，属于常压装置，热排污水在这里继续与冷水进行热交换，进一步被冷却，以便尽可能多地储存排污水，提高排污水热能的利用效率；尾气装置也是汽水换热装置，把蓄水箱内挥发出的热蒸汽所带热量交换给冷水，尾气装置出口直通大气，保持蓄水箱始终处于常压状态，保证锅炉在紧急情况下的安全。该装置投运后，每天可提供40℃以上淋浴用水1lOre3，节省蒸汽1It；排出污水的温度不超过72X2，符合国家排放标准80。C的要求；冷却后的排污水用于锅炉脱硫除尘和煤气厂洗气，每年可节省8t烧碱和8000t清水资源。2．锅炉排污水用于烟气脱硫脱氮兖州矿业(集团)公司鲍店煤矿煤泥热电厂利用锅炉的碱性排污水或者碱性水对锅炉尾部的烟道进行喷淋，以脱除烟气中的大部分SO：和NO：，取得了显著的社会效益和经济效益。这个热电厂共有3台30t／h的循环流化床锅炉，主要燃料为煤泥，原煤作为辅助燃料。煤泥的含硫含氮量分别为0．8％和0．6％。锅炉的除尘装置主要为水膜除尘器，设计除尘效率为95％，脱硫率为15％，脱氮率为2％。经过一段时间的运行以后，由于锅炉的排烟温度偏高，致使除尘器的烟气酸度太大，除尘器的内壁腐蚀比较严重，难以形成良好的水膜，再加上系统上的原因，除尘水的压力不稳，实际的脱硫率仅为8％左右、脱氮率为30％，除尘器的除尘效率也不足80％。按此计算，该厂每年排入大气中的SO：可达1555t、N02达1503t。为了减少对大气的污染，他们开展了此项研究。在具体操作中，将锅炉连续排污水在锅炉尾部的烟道中采用多级喷淋、垂直相交的喷入方式，实现气一汽两相的强湍动混合；喷嘴的布置采用相对分级并且能够在喷入水的作用下使烟气在烟道形成“s”形运动轨迹，以达到延长反应时间和强化湍动混合的目的。喷嘴采用旋转式雾化机，使得液体从喷嘴喷出的时候具有合适的雾化角和良好的雾化效果。由于除尘器的烟道为文丘里结构，对于取得良好的运动轨迹也起到了推动作用。考虑到锅炉排污水量的有限性，还在与喷嘴的连接处增设一套化学碱性水辅助系统，保证了脱硫、脱氮的连续性。经过几年的正常运行，目前实际的脱硫、脱氮率分别为33％和73％，除尘效率也达到90％。在投入化学碱性水辅助系统的情况下，脱硫脱氮率最高可以达到87％和90％，每年少往大气中排放S02397t、N02450t。五．结语随着我国工农业生产的发展和人民生活水平的提高，公众对于环境质量的要求越来越高。废水处理作为环境保护的一个重要方面，也越来越受到各个方面的重视。传统的废水处理通常是采用多个蓄水池静态加药中和的方法，占地多，投资大，基建任务重。山东科技大学和兖州矿业(集团)公司常州科学技术开发研究所设计了一种在水处理管道中根据实际pH值自动进行加药中和的装置，在此项成果中，废水的pH值是lilpH值检测计测得的，并传递给自动加药控制器，经过一定的控制算法来控制电子计量泵加药。该系统的整体结构比较简单，关键在于控制器的设计，达到了节约占地和节省资金的目的。参考文献【1】王建民，李文平，安学东．蒸汽锅炉排污水综合利用【J】．煤矿现代化，2004，13(6)：48．【2]苏梅．锅炉排污水用于烟气脱硫脱氮【J】．洁净煤技术，2001，7(1)：52-54．GM(收稿日期：2012／12／29)：吣仲期⋯黑累熙137'