公布日：2022.05.24
申请日：2022.04.21
分类号：C02F9/04(2006.01)I;C02F1/52(2006.01)I;C02F1/56(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)N;C02F11/12(2019.01)N;C02F11/14(2019.01)N;
C02F103/10(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种煤矿废水的处理方法及处理系统。本发明提供的煤矿废水的处理方法，包括以复合絮凝剂对煤矿废水进行絮凝处理；复合絮凝剂的制备方法为将240重量份聚合氯化铝（PAC）和50~100重量份活性炭在水中混合分散后，向所得分散液中添加聚丙烯酰胺的水溶液和聚丙烯酸盐的水溶液；分散液的固含量为40~60wt%；聚丙烯酰胺的水溶液的浓度为3~10wt%，聚丙烯酰胺的添加量为0.5~1.5重量份；聚丙烯酸盐的水溶液的浓度为3~10wt%，聚丙烯酸盐的添加量为0.5~1.5重量份。上述煤矿废水的处理方法，通过制备特殊的复合絮凝剂，能够显著降低煤矿废水中的固体悬浮物、重金属离子和色度。
权利要求书
1.一种煤矿废水的处理方法，其特征在于，包括以复合絮凝剂对所述煤矿废水进行絮凝处理；按所述复合絮凝剂中固体物质的重量计，所述絮凝处理中，所述复合絮凝剂与所述煤矿废水的质量体积比为200-600mg/L；所述复合絮凝剂的制备方法为将240重量份的聚合氯化铝和50-100重量份的活性炭在水中混合分散后，向所得分散液中添加聚丙烯酰胺的水溶液和聚丙烯酸盐的水溶液；所述分散液的固含量为40-60wt%；所述聚丙烯酰胺的水溶液中聚丙烯酰胺的浓度为3-10wt%，所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5-1.5重量份；所述聚丙烯酸盐的水溶液中聚丙烯酸盐的浓度为3-10wt%，所述聚丙烯酸盐的添加量为0.5-1.5重量份；所述复合絮凝剂中，所述聚丙烯酰胺的质量浓度为0.5-3‰。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述混合分散的温度为45-70℃。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述絮凝处理包括以100-600rpm的转速搅拌所述煤矿废水和复合絮凝剂的混合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括如下步骤：S1.将所述复合絮凝剂和所述煤矿废水混合进行所述絮凝处理；S2.将步骤S1所得混合物进行沉淀处理；S3.将步骤S2所得清液进行过滤处理。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，步骤S2中，还包括将所述沉淀处理所得沉淀物回流至步骤S1。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种煤矿废水的处理方法，通过采用特殊制备的复合絮凝剂，能够显著降低煤矿废水中的固体悬浮物、重金属离子和色度。
本发明还提出一种用于实施上述处理方法的处理系统。
根据本发明的一个方面，提出了一种煤矿废水的处理方法，包括以复合絮凝剂对所述煤矿废水进行絮凝处理；
所述复合絮凝剂的制备方法包括将240重量份的聚合氯化铝和50-100重量份的活性炭在水中混合分散后，向所得分散液中添加聚丙烯酰胺的水溶液和聚丙烯酸盐的水溶液；
所述分散液的固含量为40-60wt%；
所述聚丙烯酰胺的水溶液中聚丙烯酰胺的浓度为3-10wt%，所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5-1.5重量份；
所述聚丙烯酸盐的水溶液中聚丙烯酸盐的浓度为3-10wt%，所述聚丙烯酸盐的添加量为0.5-1.5重量份。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
煤矿废水具有其特殊性：固体悬浮物（SS）含量高、重金属离子超标、化学需氧量（COD）含量高，以及色度高。考虑到煤矿废水的特殊性，传统的工艺方法难以通过一次絮凝即有效降低煤矿废水中的各种污染物的含量。
本发明提供的处理方法中，采用自制复合絮凝剂，上述复合絮凝剂中各制备原料、组分间发生协同作用，可最大程度降低煤矿废水中的污染物；具体的：
（1）无机絮凝剂（PAC）和有机絮凝剂（PAA和PAM）之间发挥相互作用，可去除煤矿废水中含有的SS，例如煤粉、矿粉以及重金属离子氢氧化物形成的胶粒等，其中重金属离子氢氧化物形成的胶粒表面通常吸附有正电荷，PAA对其的絮凝作用优于PAC和PAM；
（2）本发明提供的复合絮凝剂中，PAM中含有酰胺基团，PAA中含有羧酸根，均可和重金属离子形成配位或静电吸引，加之活性炭的吸附作用，可在絮凝过程中，夹带去除大部分的重金属离子（未形成胶粒的游离离子）；
（3）本发明提供的复合絮凝剂中，活性炭的物理吸附作用可对煤矿废水进行脱色；絮凝产生的絮状沉淀由于大比表面积也可具有吸附脱色作用。
（4）本发明提供的复合絮凝剂中，活性炭、PAA、PAC和PAM相互之间发生协同作用，提升了对煤矿废水中污染物的去除程度和去除速度，同时可减少絮凝剂的用量。
（5）在上述复合絮凝剂的制备方法中，所有制备原料并不是简单地混合，而是相当于以所述活性炭为核心，以聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐对其进行了改性。具体的，活性碳表面含有丰富的羧基、内酯基、酚羟基、苯醌基、醚基和羰基等，聚合氯化铝中的羟基与活性碳表面的羧基、酚羟基等具有氢键作用；聚丙烯酰胺中的酰胺基可以和活性碳中的羧基发生酰胺化反应，活性碳结合的聚合氯化铝中的铝，也会与聚丙烯酰胺发生络合作用；同样，聚丙烯酸盐也会与铝发生一定的络合作用。此外，聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐的分子链，也会缠绕在活性碳上，形成一个整体。以上多种作用相互结合，可使所得复合混凝剂在使用过程中各制备原料不会彼此分离，由此可减少传统复合絮凝剂中配重试剂的使用。此外，当聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐和活性碳将废水中的重金属离子吸附、富集后，重金属离子在该范围内倾向于发生水解，形成胶粒，此时胶粒被聚丙烯酰胺和聚合氯化铝捕捉、聚沉，最终从待处理废水中去除。由此提升了对煤矿废水中重金属离子的去除作用。最终的，形成的复合絮凝剂兼顾去除SS、COD、重金属离子和色度多重效果；若单独添加活性炭或其他所有制备原料，而不经过前期的制备过程，则所述絮凝处理的效果下降，去除重金属的效果也会显著下降。
在本发明的一些实施方式中，所述活性炭的目数为50-325目。
在本发明的一些实施方式中，所述活性炭的比表面积为600-950m2/g。
在上述参数范围内的活性炭，在所述复合絮凝剂中的相容性、分散性好，同时还具有优异的吸附色素和重金属离子的性能。
在本发明的一些实施方式中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量为40-800万。
在本发明的一些实施方式中，所述聚丙烯酰胺的水溶液的滴加速度为0.5-1.5ml/min。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚丙烯酰胺的水溶液的滴加速度约为1ml/min。
在本发明的一些实施方式中，所述聚丙烯酸盐的重均分子量为40-800万。
在本发明的一些实施方式中，所述聚丙烯酸盐包括聚丙烯酸钠（PAAS）。
在本发明的一些实施方式中，所述聚丙烯酸盐的水溶液的滴加速度为0.5-1.5ml/min。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚丙烯酸盐的水溶液的滴加速度约为1ml/min。在上述滴加速度范围内，所述聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐对所述活性炭的改性更彻底。
滴加所述聚丙烯酸盐的水溶液和聚丙烯酰胺的水溶液时，所述分散液的搅拌速度为100-600rpm。
当上述分子量和添加量的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐共同使用时，可提升所述复合絮凝剂对水体的絮凝效果。
在本发明的一些实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚丙烯酰胺的质量浓度为0.5-3‰。
在本发明的一些实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚丙烯酸盐的质量浓度为0.5-3‰。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚合氯化铝和所述聚丙烯酰胺的质量比为240:0.8-1.2。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚合氯化铝和所述聚丙烯酰胺的质量比约为240:1。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚合氯化铝和所述聚丙烯酸盐的质量比为240:0.8-1.2。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚合氯化铝和所述聚丙烯酸盐的质量比约为240:1。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚合氯化铝和所述活性炭的质量比为240:55-75。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述复合絮凝剂中，所述聚合氯化铝和所述活性炭的质量比约为240:60。
在本发明的一些实施方式中，所述混合分散的温度为45-70℃。
在本发明的一些实施方式中，所述混合分散的温度为50-60℃。
在上述温度范围内，所述聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐的分散性和溶解性更好。
在本发明的一些实施方式中，所述混合分散的温度控制方法为水浴加热。
在本发明的一些实施方式中，按所述复合絮凝剂中固体物质的重量计，所述絮凝处理中，所述复合絮凝剂与所述煤矿废水的质量体积比为200-600mg/L。所述复合絮凝剂也可作为分散剂使用，其关键区分点在于添加量，例如同一种物质，添加少了可能起到絮凝作用，添加多了，反而可能起到促进分散的作用。由此，在上述添加量范围内，所述絮凝处理的效果最优。
在本发明的一些实施方式中，所述絮凝处理包括以100-600rpm的转速搅拌所述煤矿废水和复合絮凝剂的混合物。
所述搅拌的转速可调整所述絮凝处理所得絮凝体的大小，若搅拌速度过高，则所得絮凝体的体积变小，絮凝处理后的沉降速度下降；若所述搅拌的速度过小，则所述絮凝处理的传质速度被限制，絮凝处理的反应速度下降。由此，在上述搅拌的速度范围内，可兼顾絮凝处理的反应速度和絮凝处理后的沉降速度。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述处理方法包括如下步骤：
S1.将所述复合絮凝剂和所述煤矿废水混合进行所述絮凝处理；
S2.将步骤S1所得混合物进行沉淀处理；
S3.将步骤S2所得清液进行过滤处理。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述絮凝处理在高密度沉淀池的絮凝区进行。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述絮凝处理的时长为15-30min。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述絮凝处理的时长为20-25min。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述沉淀处理的方法包括静置。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述沉淀处理的方法包括静置20-40min。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述沉淀处理在所述高密度沉淀池的斜管沉淀区进行。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，还包括将所述沉淀处理所得沉淀物回流至步骤S1。
在本发明的一些实施方式中，所述回流的回流比为30-50%。
在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述过滤处理在无阀重力滤池中进行。
根据本发明的再一个方面，提出了一种用于实施所述处理方法的处理系统，包括经由管道依次连接的调节池、高密度沉淀池和无阀重力滤池。
根据本发明的一种优选的实施方式的处理系统，至少具有以下有益效果：
常规污水处理系统占地面积比较大，流程比较长；
本发明采用高密度沉淀池，是在传统的平流沉淀池的基础上，充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论，把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化和集成，具有占地面积小，高度集成，高度自动化、出水效果好、投资低的优点，采用高密度沉淀池，解决了传统处理设施占地面积大、运行效果持续性能差的问题；
高密度沉淀池中获取的沉淀还可进行回收作为煤泥重新利用，降低企业在污水设施的运营成本，提升了环保效益。
本发明采用的重力式无阀滤池是指一种不设闸阀利用水力条件自动控制反冲洗的小型过滤构筑物，其原理是根据过滤水头损失随过滤延续时间而增长，利用虹吸作用原理造成反向压差维持运行。采用了重力式无阀滤池作为后续工艺，对重金属离子和色度也进一步的去除作用。
采用上述处理系统处理得到的水样，其中的SS、重金属离子（例如铁和锰）等指标均能达到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006），说明上述处理系统实用性强。
所述调节池的主要作用为提供对所述煤矿废水处理负荷的缓冲能力，防止所述处理系统负荷的急剧变化；减少进入所述高密度沉淀池以及后续处理单元水流量的波动，由此，后续处理单元中，复合絮凝剂等药剂的投加参数，以及其他参数可以更加稳定；当废水暂停排放时，所述调节池中的煤矿废水仍能保证后续处理单元供给，保证所述处理系统的正常运行避免停机。由此，所述处理系统更适用于商业应用。
在本发明的一些实施方式中，所述调节池中设置刮泥桁车；由此可处理在所述调节池中沉降的沉淀物。
所述调节池中产生的沉淀物脱水后可以以煤泥形式回收利用；且在所述调节池去除一部分可以自然沉降的物质，降低了后续复合混凝剂的用量。
在本发明的一些实施方式中，所述调节池和所述高密度沉淀池之间还设有提升泵。所述提升泵用于将所述调节池的清液转移至所述絮凝区中。
在本发明的一些实施方式中，所述处理系统还包括与所述调节池相连的污泥泵。所述污泥泵将所述调节池中自然沉降的污泥排出。
在本发明的一些实施方式中，所述调节池还包括接收回流清液的调节池回流管道。
在本发明的一些实施方式中，所述高密度沉淀池包括相互连通的絮凝区和斜管沉淀区，所述絮凝区与所述调节池相连，所述斜管沉淀区与所述无阀重力滤池相连。
在本发明的一些实施方式中，所述絮凝区还包括投加所述复合絮凝剂的药剂投加口。
在本发明的一些实施方式中，所述高密度沉淀池中设有刮泥装置。由此可随时清理其中的沉降物。
在本发明的一些实施方式中，所述高密度沉淀池还包括自所述斜管沉淀区向所述絮凝区回流污泥的污泥回流管道。
在本发明的一些实施方式中，所述处理系统还包括与所述斜管沉淀区相连的污泥贮存池。所述污泥贮存池承接所述斜管沉淀区和调节池排出的污泥。
在本发明的一些实施方式中，所述污泥贮存池还包括向所述调节池回流清液的污泥贮存池回流管道；所述污泥贮存池回流管道并入所述调节池回流管道。
在本发明的一些实施方式中，所述处理系统还包括与所述污泥贮存池相连的污泥脱水机。
在本发明的一些实施方式中，所述污泥脱水机包括向所述调节池回流清液的污泥脱水机回流管道；所述污泥脱水机回流管道并入所述调节池回流管道。
在本发明的一些实施方式中，所述污泥脱水机包括排泥口。
所述污泥脱水机脱水后的污泥，可作为煤泥进行回收，进一步降低企业的运行成本，提升固体废物的利用率。
在本发明的一些实施方式中，所述高密度沉淀池还包括设于所述斜管沉淀区和无阀重力滤池之间的中间水池。所述中间水池用于过渡承接所述斜管沉淀区产生的清液，并将其中储存的清液转移至所述无阀重力滤池。
在本发明的一些实施方式中，所述无阀重力滤池中填充有填料。
在本发明的一些实施方式中，所述填料包括砾石、石英砂、磁铁矿、无烟煤中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述处理系统还包括与所述无阀重力滤池相连的排水检查井。在所述排水检查井中检查水质，若合格则可排出所述处理系统。
在本发明的一些实施方式中，所述排水检查井还包括排水口。
在所述处理系统运行过程中：
所述煤矿废水导入所述调节池，其中自然沉降下来的沉淀物经由刮泥桁车收集，并经由所述污泥泵排出至所述污泥贮存池，脱水后以煤泥回收；
所述调节池中的清液经由所述提升泵导入所述高密度沉淀池的絮凝区，搅拌状态下，经由所述药剂投加口向所述絮凝区投加所述复合絮凝剂；投加结束后，继续搅拌；
将所述絮凝区所得混合物转移至所述斜管沉淀区静置沉淀；
所述静置沉淀区的上清液经由所述中间水池导入所述无阀重力池中过滤，过滤得到的液体在排水检查井中检验合格后经由所述排水口排出所述处理系统。
所述静置沉淀区的污泥，一部分回流至所述絮凝区以提升所述絮凝区的絮凝效果；剩余部分排出至所述污泥贮存池；
所述污泥贮存池中的污泥静置后，上清液经由污泥贮存池回流管道、调节池回流管道回流至所述调节池中；
所述贮存池得到的污泥经管道转移至所述污泥脱水机中脱水；所述脱水得到的清液经由所述污泥脱水机回流管道、调节池回流管道回流至所述调节池中；所述脱水得到的固体物质经由所述排泥口排出所述处理系统，做煤泥回收。
为提升所述污泥脱水机的脱水性能，还可以向所述污泥脱水机中添加絮凝剂。
若无特殊说明，本发明中的“约”表示误差在±2%之间。
（发明人：郝迪;李威;张光文;龙海威;胡桂星）
