煤泥水处理系统工艺流程的改进与优化

王永华

摘 要：随着电厂环境保护和资源节约要求的提高，电厂煤泥水处理的要求也随之提高，选取经济合理的处理方式显得尤为必要。综合煤泥水处理技术的进步、生产成本、处理能力和效果及现场用水需求变动等因素，通过对现有煤泥水系统进行配套改进，简化流程，优化方式，实现质量效益最大化。

关键词：煤泥水；工艺流程；改进；优化

中图分类号：TD94 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0197-02

近年来，国内大多数燃煤电厂的输煤系统栈桥、地面都普遍采用水冲洗的方式，输煤皮带机头部喷淋抑尘设施和沿线除尘设施也需要大量的水，冲洗过后的污水中包含有大量的悬浮物、煤泥和泥砂，由于煤炭自身有疏水性，废水中的大量微小煤粉在水中比较稳定，此外一些超细的煤粉悬浮在水中，即使静置相当长的时间也很难自然沉降。如果对此类废水直接进行排放会造成环境污染和水资源浪费，可通过煤泥水处理系统得到符合回用标准的回用水再次利用。某厂输煤系统分为锅炉供煤和化工供煤两部分，整个系统运行时间相对较长，对现场的安全环保要求较高，产生的现场冲洗废水较多。某厂含煤废水主要为输煤系统地面冲洗产生的废水，其排放特点是排放周期、排放量变化不大。经过长期的运行，某厂原设计采用污泥脱水机对煤泥水进行分离，由于受煤泥浓度影响较大，脱泥效率低，无法满足生产需要，现已逐渐退出煤泥水处理工艺领域，同时原设计调节水池积累的污泥难于清理，制约产水，必须对煤泥水处理工艺进行改进与优化，以满足实际生产需求。

1 煤泥水的性质

煤泥水是由煤泥的颗粒和水组成的混合状液体，其性质既有煤的性质又有水的性质，并二者之间相互影响[1]。

1.1 煤泥水的主要物理性质

（1）煤泥水的浓度。煤泥水的浓度是表征煤泥水混合物中煤泥和水数量比值的重要参数，在煤泥水处理的许多环节中都必须要随时掌握其浓度的变化，为工业控制及参数调整提供依据。它有两种表示方法：一种是采用单位体积悬浮液中的固体体积与液体体积之比，定义为体积浓度；另一种是用单位体积悬浮液中固体的质量与悬浮液质量或者水的质量之比，定义为质量浓度。通常为了计算和测定的方便而采用质量表示法。（2）煤泥水的粘度。流体在运动时，在流体内部两流体层的接触面上会产生内摩擦力，阻止流体层间的相对运动，流体具有的这种性质称为粘度。煤泥水的粘度不但取决于其中固体物的含量，也取决于煤泥性质以及煤泥的粒度组成。一般情况下煤泥按粒度大小可以分成两类，一类是粒度大于45μm的粗粒煤泥，另一类是粒度小于45μm的细粒煤泥即细泥。当煤泥水中粒度小于45μm的细泥成分较多时，煤泥水的处理（澄清、浓缩、脱水等）难于进行。在不同固体含量的煤泥水中，当煤泥的粒度小于45μm时，随细泥含量的增加，煤泥水的粘度急剧增大；而粒度大于45μm的煤泥比较容易沉淀，粘度变化也不大。因此煤泥水中的固体颗粒粒度越小，细粒级含量越高，煤泥水的粘度就越大。而煤泥水粘度增大最主要的影响就是造成颗粒在煤泥水中沉淀速度降低，细颗粒沉降甚至停止；其次是造成煤泥和细颗粒产品的脱水等作业的效率降低，加大污染程度。

1.2 煤泥水的主要化学性质

（1）煤泥水中溶解物的组成。煤泥水中的溶解物主要取决于原煤的性质和水质，以及处理过程中添加的药剂，它包括有机类溶解物和无机类溶解物，其种类较多，测定较为困难。在当前的煤泥水处理工艺中，应充分掌握这些可溶物质的种类及数量对絮凝、沉降等过程的影响，采取适当的方法控制，提高处理效率，减少环境污染。（2）酸碱度。酸碱度是影响煤泥水处理过程中的一个重要因素，它主要影响煤泥的表面的电性。当PH>颗粒零电点时，煤泥表面电荷为负电荷；当PH<颗粒零电点时，煤泥表面电荷为正电荷。煤泥表面的电荷正负性影响煤泥水处理过程中絮凝药剂的表面吸附作用，进而影响处理效果[2]。

2 煤泥水处理

2.1 煤泥水处理流程

一般意义上的煤泥水是指煤炭行业在煤炭分选清洗过程中产生的大量含煤废水。随着环保要求的提高和资源的节约利用，煤炭行业在其发展过程中加大对含煤废水的处理研究和实践应用，目前已经形成了许多成熟的处理理论和工艺系统。这些成熟的理论和工艺系统为电厂煤泥水处理提供了很多适用的经验和宝贵的参考价值。现阶段电厂煤泥水处理工艺流程大致分为以下几种[3]：

（1）初沉→加药→沉淀→清水回用或排放；（2）初沉→加药→沉淀→过滤→清水回用或排放；（3）初沉→加药→煤泥废水处理设备→清水回用或排放。

2.2 煤泥水处理常见方式

（1）沉淀池。沉淀池的原理是利用煤泥在静止介质中的自由沉降的规律，进而实现固液分离。它的形式多样，主要有煤泥沉淀池、角锥沉淀池、倾斜板沉淀槽、沉淀塔及渗透池等，这种方式无需添加化学药剂，生产成本较低，但对于微细粒含量大、黏土矿物多的煤泥水则沉淀困难，效果较差。（2）絮凝剂沉淀池。采用高分子化合物进行混凝处理称为絮凝。絮凝剂沉淀池除包括沉淀池的基本部分外，还增加了深锥浓缩机等设备。它们主要利用絮凝剂的絮凝作用加速煤泥中微细煤泥颗粒的沉降过程，使煤泥水中悬浮物以较大颗粒或松散絮团的形式得以沉降分离，使浓缩设备固液分离的效果大幅度提高，缩短分离周期，节约设备占地面积。（3）水力旋流器。水力旋流器是在离心力场的作用下将煤泥水进行浓缩和分级的设备，一般分为压力式和重力式两种。煤泥水由进料管沿切线方向进入水力旋流器，在旋流器内部形成高速旋转的下降和上升两股液体流，在离心力作用下，较为粗重的颗粒物质被抛向器壁，颗粒沿旋流器器壁逐渐向下运动经排料口排出，较小的颗粒物质旋转到一定程度之后随移向旋流器中心的液流经由溢流管排出。因为旋流器内各位置的悬浮液密度及切线速度都不尽相同，所以物料在一个复杂的密度场和速度场中进行分层。（4）污泥脱水机。污泥脱水机作为污泥处理设备运行方式灵活，其具有能耗较低、运行稳定、操作相对简单等特点而被广泛采用，其中絮凝剂的选用和配比对污泥脱水效果起关键作用。按照脱水的原理一般可将污泥脱水机分为压力脱水、真空过滤脱水和离心脱水三类[4]。目前，我国常用的污泥脱水机的机型大致分为：板框式、滤带式、离心式和螺旋环牒式。滤带式脱水机操作简单、出泥含水率较低。板框式脱水机泥饼含固率较高，但存在占地面积较大、操作环境差的问题。离心式脱水机占地面积小，产品分离彻底，但初期投资大费用较高而应用不是很广泛。螺旋环牒式脱水机脱水效率高，運行安全简单，是一种较为先进的脱水模式。

2.3 煤泥水处理系统设计

煤泥水处理系统设计需要综合考虑冲洗用水量、处理方式的经济性、处理效果和煤泥的排出方式。影响冲洗用水量的因素主要由栈桥的长度和宽度、转运站数量及冲洗制度（一般指冲洗强度，每天冲洗次数，冲洗历时）决定。某厂每天冲洗用水量大约为40-70t。电厂输煤系统一般在现场排水点设集水坑，由于煤泥水具有良好的流动性，不会堵塞管路，通过实际运行证明这样的设计是可行的。沉淀池容积必须要有一定的安全系数，以保证输煤系统排水被全部接收。沉淀池积煤在影响其有效容积或对后续处理产生不利影响时进行清理，目前使用较多的是抓斗抓泥和采用污泥泵排泥，但经运行实践，抓斗排泥较为可取，排泥泵成功率并不高。初沉后的煤泥水在作后续处理之前一般需要加混凝劑和助凝剂，需要选取适当的加药设备及药剂，条件允许的情况下通过实验确定药剂类型及加药量，不具备条件的应在运行初期精确调试，以便达到最佳效果。经过初沉后的煤泥水后续处理设备一般包括反应沉淀池、过滤器和分离器。基于电厂煤泥水的特性，且回用水水质要求不是特别高，目前生产的分离器是一种适用度较高的设备[5]。

3 某厂煤泥水处理系统改进

为了践行环保要求，加强现场运行人员劳动防护，创造安全清洁的生产环境，某厂优化调整现场冲洗制度，并改进了部分除尘系统。随着现场冲洗制度和力度的改变及除尘设施的运行，既有的煤泥水处理系统已经难以满足现有的需求，必须进行配套改进才能保障正常生产[6]。

3.1 原煤泥水处理系统

（1）原煤泥水处理系统工艺流程。某厂煤泥水初期设计是现场分散设置集水坑，将煤泥水收集后由泵打至调节水池经过初步沉降，在提升泵后的管道混合器内加入凝聚剂和助凝剂送至反应沉淀池进行沉淀反应，上层清水流入回用水池，送至现场各个冲洗点再次利用。调节水池和反应沉淀池内的污泥进入污泥池，经污泥提升泵送至污泥脱水机进行脱水处理后掺烧。某厂煤泥水初期设计处理流程如图1所示。（2）原煤泥水处理系统存在的问题。经过多年运行发现采用初沉→加药→沉淀→清水回用的处理流程，沉淀的污泥通过泥浆泵送至煤泥脱水机脱水后掺烧利用，此种处理方式存在的最大问题在于一是产水率相对较低；二是调节水池和沉淀池煤泥积累严重，制约系统正常运行，且清理难度大；三是煤泥提升泵运行既要保证煤泥具有良好的流动性又要防止管路堵塞，这就要求煤泥含水率足够，管路也要经常冲洗，必然带走大量的水，造成浪费；四是污泥脱水机受煤泥浓度影响较大，脱泥效率不高，给运行带来极大的不便。

3.2 改进后煤泥水处理系统

（1）改进后煤泥水处理工艺流程。某厂煤泥水处理系统经改进使现场各集水坑收集的煤泥水由泵打至三级沉淀池经过逐级沉淀，清水由提升泵经管道混合器加药后打至高效澄清器，澄清器出水进入回用水池可做为输煤系统冲洗水用。澄清器排泥返回沉淀池，沉淀池煤泥由抓斗拾取，装车后运至现场进行掺烧。改进后的流程图如图2所示。（2）改进的主要设备及实际运行情况。此次改进采用的主要设备为高效澄清器，总处理能力为80m3/h，设两套系统并联运行，单套处理能力为40m3/h。它将“物理、化学”两种处理方式融为一体，其工作原理为首先通过进水泵将经过预先处理的污水输送至净化器，然后通过加药计量泵在进水泵的出口管道混合器中按比例投入混凝剂和助凝剂，将污水和药剂进行初步混合然后再一同送入净化器，通过净化器进行混凝反应、离心分离、重力分离、滤层过滤、污泥浓缩等一系列过程最后从净化器顶端产水，经过浓缩后的污泥从底部排出。为保证澄清器运行良好，需要在运行一段时间后对澄清器进行反冲洗即可[7]。

从现场实际运行情况来看，采用该工艺改进处理后，系统运行稳定可靠，操作简单，设备产水率较高，药剂投加量减少，出水水质较好，一般出水浊度<20NTU，悬浮物（SS）<50mg/L，满足输煤系统冲洗水回收利用的要求。

4 结语

综上所述，煤泥水处理作为电厂输煤单元必不可少的环节，对其处理过程的工艺进行有效改进，可以大幅度提高煤泥分离效率，提高水资源回收利用率，煤泥处置流程更加合理便捷，提升了整个煤泥水处理系统运行稳定性，取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]张明旭，徐建平，赵鸣.选煤厂煤泥水处理[M].中国矿业大学出版社，2005.

[2]蔡璋.选煤厂固—液，固—气分离技术[M].煤炭工业出版社，1992.

[3]苏丁.凝聚剂、絮凝剂在难净化煤泥水中的使用[J].选煤技术，2000，（2）：10-12.

[4]吴成妍.煤泥水的特性与絮凝剂的应用[J].选煤技术，1995，（4）：23-25.

[5]梁天成.矿井水处理技术及标准规范实用手册[M].当代中国出版社，2013.

[6]陈宗琪，戴闽光.胶体化学[M].北京：高等教育出版社，1984.

[7]西北电力设计院.电力工程水务设计手册[M].中国电力出版社，2005.