煤矿在选煤过程中耗费大量清水，同时产生大量洗煤废水。若洗煤废水不经处理直接排人水体， 会对周边环境造成很大的破坏。煤矿洗煤废水分 为两类：第一类是低浓度洗煤废水，由煤质较好的 原煤洗选时产生，处理容易，用浓缩沉淀法即可有 效净化;另一类是高浓度洗煤废水，由地质年代较 短、灰分和杂志含量较高的年轻煤种洗选时所产 生，其悬浮物浓度（SS)和化学耗氧量（CODcr)都很 高，煤泥颗粒表面的Z电位也很高，稳定性高，很难 自然沉降，因而处理难度大[1]。

　　

　　本研究以江西某大型煤矿为目标，该矿采用湿 法选煤，产生大量洗煤废水。该矿煤泥水处理采用 典型的煤泥分选一尾矿浓缩一压滤工艺。该矿开 采到断层时，此部分原煤遇水易泥化，产生的洗煤 废水浓度高，颗粒细小，久置不沉，原有的处理工艺 满足不了相关洗煤标准。因此，采用新型、高效的 洁净煤技术对其进行改造，使其达标并实现洗煤废 水的循环利用具有重要的现实意义。

　　

　　1实验部分1. 1实验原料聚丙烯酰胺（PAM)，工业级(分子量700?1300 万），苏州晟宇工贸公司；氯化钙（CaCl2)、氯化铁 (FeCl3)和氧化钙（CaO)，分析纯，均购自广州化学 试剂厂。

　　

　　1.2高浓度洗煤废水的特征参数、处理方法及评价 指标该矿的高浓度洗煤废水主要具有如下特点：颗 粒表面负电荷较多;SS浓度和COD浓度很高、细小颗粒含量高、粘度大；污泥比阻大，因此过滤性能 差[1]。通常认为，在上述诸多因素中，表面负电荷和 粒径太小是导致废水难以处理的两个最重要原因[2]。

　　

　　废水的SS值为40500mg/mL，CODcr值为 16580爪&/爪二4只值为8.10~8.30，悬浮物平均粒径 为70pm，Z电位-74. 5mV，水样的SS值和CODcr值 分别根据 GB 11914 -1989 和 GB 119014 -1989 测定。

　　

　　取废水样100mL，投加一定质量浓度的絮凝剂 溶液，以100r/min速度搅拌1min，然后添加人量程 为100mL的量筒沉淀，观察实验现象，同时记录不 同时间的絮体高度，指定时间内其值越小，表明絮 凝效果越好。用同样的制样方法，使絮凝剂充分分 散，用秒表记录悬浮粒子界面运动一定距离所用的 时间，计算平均沉降速率，其数值越大，表明絮凝剂 使悬浮物沉淀得越快;清水分离率的测定根据絮凝 后上层清水的体积占原水的体积分数测定，其数值 越大，表明处理后再利用的水量越多;而清水SS值 越小，表明处理水的悬浮物含量越少，水质越好。

　　

　　2结果与讨论 2.1无机混凝剂的优化根据该矿洗煤废水的特点，经过理论分析，优 选出4种无机药剂CaCl2、聚合氯化铝（PAC)、FeCl3 和CaO进行对比实验，结果如图1和表1所示。由 图1可以看出，在相同的时间内，加人CaCl2絮凝剂 溶液后，絮凝体高度最低，210min后其高度只有 48mm，比最高为92mm的CaO的数值几乎低了一 半，这表明同等条件下CaCl2絮凝效果最好。表1也 同样表明，CaCl2处理效果最好，其三项指标都是最好 的。实验中发现，洗煤废水加人CaCl2后，迅速发生絮 凝反应，泥水分层明显，能够看见泥面缓缓下降，但沉 降速度还是较慢，形成的颗粒较细小，上层清液可以 看见部分细微的絮状物，且凝聚体的过滤性能差，难 于进一步脱水，事实上很难在实际工程中应用，因此 必须另加其它类型絮凝剂，以提升综合效果。

　　

　　表1各种絮凝剂的沉降效果Table 1 Sedimentation efficiencies of the flocculants絮凝剂清水分离率/%平均沉降速 度/ ( mm/s )清水SS 值/(mg/L)

　　

　　FeCl3570. 0067480CaCl2680. 02310PAC650. 0067380CaO390. 0056002.2 PAM的使用效果及其与CaCl2复合使用的条 件优化以前的研究结果表明，为了提高絮凝效果并实 现可操作性，当无机混凝剂和高分子有机絮凝剂配 合使用时，效果更佳[3]。在洗煤废水的处理过程 中，应用PAM是一种常用的高分子絮凝剂[4]。它具 有线性结构，水溶性好。PAM不仅能够使煤泥颗粒 发生凝聚，加快沉淀速度，而且可改善沉淀煤泥的 脱水性能[5]。考虑到CaCl2和PAM的加人量及加药 后的搅拌时间都有可能影响沉淀速率，因此以正交 实验法优化实验条件。每次取洗煤废水100mL，加 人质量分数为2%的CaCl2溶液，搅拌，再加人质量 分数为0. 1 %的PAM溶液，再搅拌，然后静置沉降， 计算絮体沉降速度，保持搅拌速度为100r/min。正 交实验结果及方差分析见表2和表3。

　　

　　表2正交实验结果Table 2 Results of the orthogonal experiment序号CaCl2加入量/mL搅拌时间/sPAM加入量/mL搅拌时间/s空白样沉降速率/( mm/s)SS/(mg/L)

　　

　　113023010. 222198216036020. 346130319049030. 62610241120512040. 527120523039040.517107续表2序号CaCl2加入量/mL搅拌时间/s PAM加入量/mL搅拌时间/s空白样沉降速率/(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方差分析结果Table 3 Results of the variance analysis项目偏差平方和自由度均方FF^显着性CaCl2投加量0. 22730.0769. 59. 28显着投CaCl2后搅拌时间0. 09930. 0334. 125—不显着PAM投加量0. 73730. 24630. 75—特别显着投PAM后搅拌时间0. 05230. 0172. 125—不显着误差0. 02530. 008———总和1. 1415————根据正交实验结果及方差分析知，最佳实验条 件是浓度为600mg/L的CaCl2用量为3mL，搅拌时 间为60s，浓度为50mg/L的PAM用量为5mL，搅拌 时间为90s。影响洗煤废水沉降速度的主要因素是 PAM的用量，随着PAM量增大，沉降速度明显加 快;其次是氯化钙的用量，其余两个因素影响相对 较小。PAM的用量对沉降速度的影响非常大，当其 投加量为40mg/L时，沉淀速率平均值超过 0. 68mm/s以上。故施工中可适当控制PAM用量， 既降低成本，又可保证相当的速度，使废水中形成 可有效过滤的絮凝体。

　　

　　2.3最佳组合条件的验证按正交实验结果，取实验水样件进行测试，结 果如图2和表4所示。上述实验结果说明采用 CaCl2 + PAM工艺处理该洗煤废水，可以达到满意 的处理效果，不仅可以分离出73%的清水，而且清 水的SS值和CODcr都低于煤矿废水的国家排放 标准和回用标准。处理后的废水pH基本不变，可 以全部回用于洗煤，实现洗煤废水的闭路循环，改 善了絮凝体的过滤性能，同时提高了煤泥的脱水 性能。

　　

　　程进行相应改进。工艺流程如图3所示，主要构筑 物及设备见表5。

　　

　　表4最佳条件下的实验结果 Table 4 Experimental Results under optimal conditions项目清水分离率/%清水SS/(mg/L)清水CODcr/ (m^L)清水pH沉淀速率/(mm/ s)

　　

　　数值73.572388. 131.4332.4工程应用与运行结果2.4. 1工艺流程图根据实验研究提出的治理方案和设计参数，并 充分利用该煤矿的处理设施，对洗煤废水的治理工表5主要构筑物及设备一览表Table 5 List of the main equipments used for waste water treatment名称规格量备注混凝池14. 0 x 2. 0 x 4. 0m31进行混凝，时间20min混凝池24. 0 x 2. 0 x 4. 0m31强化混凝，时间20min辐流式沉淀池1500m3,直径 20m,深 5 m1进行泥水分离，污泥由污泥泵抽出至板框压滤机清水池1500m31储存清水，回用洗煤CaCl2加药罐D =3. 2m,h =4. 0m,32m31配制储存CaCl2溶液防腐加药栗流量 1500Vh,压力 0. 3 MPa,功率 0. 75 kw21用1备搅拌机N = 250r/min ,N = 3. 0kw1—PAM加药罐D =3. 2m,h =4. 0m,32m31配制储存 PAM 溶液加药栗流量 1500Vh,压力 0. 3 MPa,功率 0. 75 kw^11用1备搅拌机N = 130r/min,N =3 kw1—污泥泵流量 150 m3 /h,扬程 15 m, 1450r/ min,功率 11 k^w21用1备清水栗流量 400m3/h,扬程 32m, 1450r/min,功率 30k^w21用1备清水泵流量 15mVh,扬程 18. 5m，2900r/min，功率 2. 2kw^21用1备2. 4. 2工艺说明(1)废水部分：洗煤废水自流至混凝池1,加人 CaCl2发生混凝反应后流人混凝池2 ,继续强化混凝 反应，充分反应后的废水流人辐流式沉淀池进行泥 水分离，沉淀之后的水流至清水池储存，全部用于 洗煤，实现洗煤废水的闭路循环。

　　

　　(2)污泥部分：污泥来自于沉淀池，由污泥栗栗 至板框压滤机进行压滤脱水，煤饼外售。

　　

　　(3)加药部分：混凝池1中加人CaCl2，投人量为 600mg/L,混凝池2中加人PAM,投药量为40mg/L。 2.5运行效果该废水处理系统自运行以来，日处理洗煤废 水6000m3 ,处理效果稳定，清水的各项指标均达 到排放和回用洗煤的标准，处理水全部回用洗 煤，实现了闭路循环，处理效果见表6。实践证 明，采用CaCl2 + PAM工艺处理该洗煤废水是可 行的。

　　

　　表6处理效果数据指标 Table 6 Treatment efficiency of the waste water for coal washing进水出水SS/(m^L)COD/(m^L)pHSS/(m^L)COD/(m^L)pH38654154618. 1367458. 1539123156508. 1170448. 1440289161168. 2073478. 2339974159908. 2565458. 2740678159528. 1875508. 222.6经济指标和工程效益药剂费：氯化钙的投药量为600mg/L, CaCl2的 市售价格大约950元/吨，合人民币0.57元/m3; PAM的投药量为40mg/L,其市售价约30000元/ 吨，合为1.2元/m3。药剂费合计为1.77元/m3。