第1章　高浓度洗煤废水的产生与性质

1.1　选煤技术及洗煤废水的产生

1.1.1　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，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%，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）。由于这些国家原煤煤质好，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%，水分小于10%。

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

干选主要是利用煤与矸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。

①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，能够流化的小颗粒流态化后不断溢出床面，从而达到分离的目的。

②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，密度小的上浮，密度大的下沉，从而实现气固流化床对矿物的分选。

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等和Beeckmans等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。Levy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，取得良好的效果。骆振福等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（0～300mm）煤炭干法分选，开展了小于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

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。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%。到2000年，美国的重介选煤比例已占66%，法国占60%，加拿大占56%。我国选煤是以跳汰选煤为主。表1-1为我国采用的选煤方法所占的比例。我国研制的多次进气X系列复配脉动跳汰机可使分选下限最低达到0.125mm，并降低了顶水耗量。

1.1.2　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原煤需3～5m³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的悬浮粒子的洗煤水叫煤泥水，也叫洗煤废水。

洗煤废水有两种：一种是煤质较好的原煤洗选所产生的洗煤废水，这类废水所含的颗粒粒度较大，浓度较低，处理相对比较容易；另一种是高泥质原煤洗选所产生的洗煤废水，这类废水悬浮物浓度高，颗粒细小，且表面带有较强的负电荷，是一种稳定的胶体体系，难于处理。我国有相当数量的原煤是年轻煤种，属于高泥质化原煤，洗选所产生的洗煤废水浓度高，处理难度大。

我国是煤炭生产和消耗的大国，煤炭作为第一能源，在一次能源消耗的结构中占76%。虽然我国原煤入选率比较低，但全国每年选煤用水量约8.4×10⁸m³，占全国工业用水量的0.74%。洗煤废水的外排，严重污染了煤矿周围地区的环境。据调查，我国532条河流中，有82%受到污染，其中30条500km以上的河流中有18条受到洗煤废水的污染。煤矿附近小型水库或鱼塘中的鱼被毒致死的事件时有发生。

煤矿洗煤废水的直接排放，不仅严重地污染了周围的环境，而且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。根据统计，我国每年外排选煤废水含固体悬浮物（煤泥）30×10⁴t以上，煤泥损失价值1500万元，每年为补充洗煤用水多支出水费约2500万元，缴纳超标排污费2000万元。

洗煤废水的排放也造成了水资源的极大浪费。我国是水资源匮乏的国家，人均水占有水资源量近2260 m³，仅为世界人均水占有水资源量的1/3左右。2003年3月联合国在“第三届水资源论坛大会（Third World Water Forum）”上发表的“世界水资源开发报告”，对世界上180个国家和地区的水资源丰富状况进行排名，中国人均占有水资源量位居第128位。水资源短缺已严重阻碍了我国的经济发展和社会进步。洗煤废水在工业废水中占有一定的比例，排放量较大，如果将这些废水进行处理并回用，就能节约大量的水资源，实现水资源的可持续利用，所产生的社会效益是非常显著的。

由此可见，洗煤废水已成为煤炭工业的主要污染源和煤炭损失源之一。洗煤废水的处理与回用不仅对环境保护具有重要意义，同时具有显著的经济效益和社会效益。