公布日：2022.05.24
申請(qǐng)日：2022.04.21
分類號(hào)：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
本發(fā)明公開了一種煤礦廢水的處理方法及處理系統(tǒng)。本發(fā)明提供的煤礦廢水的處理方法，包括以復(fù)合絮凝劑對(duì)煤礦廢水進(jìn)行絮凝處理；復(fù)合絮凝劑的制備方法為將240重量份聚合氯化鋁（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鹽的水溶液；分散液的固含量為40~60wt%；聚丙烯酰胺的水溶液的濃度為3~10wt%，聚丙烯酰胺的添加量為0.5~1.5重量份；聚丙烯酸鹽的水溶液的濃度為3~10wt%，聚丙烯酸鹽的添加量為0.5~1.5重量份。上述煤礦廢水的處理方法，通過制備特殊的復(fù)合絮凝劑，能夠顯著降低煤礦廢水中的固體懸浮物、重金屬離子和色度。
權(quán)利要求書
1.一種煤礦廢水的處理方法，其特征在于，包括以復(fù)合絮凝劑對(duì)所述煤礦廢水進(jìn)行絮凝處理；按所述復(fù)合絮凝劑中固體物質(zhì)的重量計(jì)，所述絮凝處理中，所述復(fù)合絮凝劑與所述煤礦廢水的質(zhì)量體積比為200-600mg/L；所述復(fù)合絮凝劑的制備方法為將240重量份的聚合氯化鋁和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鹽的水溶液；所述分散液的固含量為40-60wt%；所述聚丙烯酰胺的水溶液中聚丙烯酰胺的濃度為3-10wt%，所述聚丙烯酰胺的添加量為0.5-1.5重量份；所述聚丙烯酸鹽的水溶液中聚丙烯酸鹽的濃度為3-10wt%，所述聚丙烯酸鹽的添加量為0.5-1.5重量份；所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚丙烯酰胺的質(zhì)量濃度為0.5-3‰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述混合分散的溫度為45-70℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述絮凝處理包括以100-600rpm的轉(zhuǎn)速攪拌所述煤礦廢水和復(fù)合絮凝劑的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的處理方法，其特征在于，所述處理方法包括如下步驟：S1.將所述復(fù)合絮凝劑和所述煤礦廢水混合進(jìn)行所述絮凝處理；S2.將步驟S1所得混合物進(jìn)行沉淀處理；S3.將步驟S2所得清液進(jìn)行過濾處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S2中，還包括將所述沉淀處理所得沉淀物回流至步驟S1。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種煤礦廢水的處理方法，通過采用特殊制備的復(fù)合絮凝劑，能夠顯著降低煤礦廢水中的固體懸浮物、重金屬離子和色度。
本發(fā)明還提出一種用于實(shí)施上述處理方法的處理系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種煤礦廢水的處理方法，包括以復(fù)合絮凝劑對(duì)所述煤礦廢水進(jìn)行絮凝處理；
所述復(fù)合絮凝劑的制備方法包括將240重量份的聚合氯化鋁和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鹽的水溶液；
所述分散液的固含量為40-60wt%；
所述聚丙烯酰胺的水溶液中聚丙烯酰胺的濃度為3-10wt%，所述聚丙烯酰胺的添加量為0.5-1.5重量份；
所述聚丙烯酸鹽的水溶液中聚丙烯酸鹽的濃度為3-10wt%，所述聚丙烯酸鹽的添加量為0.5-1.5重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，至少具有以下有益效果：
煤礦廢水具有其特殊性：固體懸浮物（SS）含量高、重金屬離子超標(biāo)、化學(xué)需氧量（COD）含量高，以及色度高�？紤]到煤礦廢水的特殊性，傳統(tǒng)的工藝方法難以通過一次絮凝即有效降低煤礦廢水中的各種污染物的含量。
本發(fā)明提供的處理方法中，采用自制復(fù)合絮凝劑，上述復(fù)合絮凝劑中各制備原料、組分間發(fā)生協(xié)同作用，可最大程度降低煤礦廢水中的污染物；具體的：
（1）無機(jī)絮凝劑（PAC）和有機(jī)絮凝劑（PAA和PAM）之間發(fā)揮相互作用，可去除煤礦廢水中含有的SS，例如煤粉、礦粉以及重金屬離子氫氧化物形成的膠粒等，其中重金屬離子氫氧化物形成的膠粒表面通常吸附有正電荷，PAA對(duì)其的絮凝作用優(yōu)于PAC和PAM；
（2）本發(fā)明提供的復(fù)合絮凝劑中，PAM中含有酰胺基團(tuán)，PAA中含有羧酸根，均可和重金屬離子形成配位或靜電吸引，加之活性炭的吸附作用，可在絮凝過程中，夾帶去除大部分的重金屬離子（未形成膠粒的游離離子）；
（3）本發(fā)明提供的復(fù)合絮凝劑中，活性炭的物理吸附作用可對(duì)煤礦廢水進(jìn)行脫色；絮凝產(chǎn)生的絮狀沉淀由于大比表面積也可具有吸附脫色作用。
（4）本發(fā)明提供的復(fù)合絮凝劑中，活性炭、PAA、PAC和PAM相互之間發(fā)生協(xié)同作用，提升了對(duì)煤礦廢水中污染物的去除程度和去除速度，同時(shí)可減少絮凝劑的用量。
（5）在上述復(fù)合絮凝劑的制備方法中，所有制備原料并不是簡單地混合，而是相當(dāng)于以所述活性炭為核心，以聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽對(duì)其進(jìn)行了改性。具體的，活性碳表面含有豐富的羧基、內(nèi)酯基、酚羥基、苯醌基、醚基和羰基等，聚合氯化鋁中的羥基與活性碳表面的羧基、酚羥基等具有氫鍵作用；聚丙烯酰胺中的酰胺基可以和活性碳中的羧基發(fā)生酰胺化反應(yīng)，活性碳結(jié)合的聚合氯化鋁中的鋁，也會(huì)與聚丙烯酰胺發(fā)生絡(luò)合作用；同樣，聚丙烯酸鹽也會(huì)與鋁發(fā)生一定的絡(luò)合作用。此外，聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鹽的分子鏈，也會(huì)纏繞在活性碳上，形成一個(gè)整體。以上多種作用相互結(jié)合，可使所得復(fù)合混凝劑在使用過程中各制備原料不會(huì)彼此分離，由此可減少傳統(tǒng)復(fù)合絮凝劑中配重試劑的使用。此外，當(dāng)聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鹽和活性碳將廢水中的重金屬離子吸附、富集后，重金屬離子在該范圍內(nèi)傾向于發(fā)生水解，形成膠粒，此時(shí)膠粒被聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁捕捉、聚沉，最終從待處理廢水中去除。由此提升了對(duì)煤礦廢水中重金屬離子的去除作用。最終的，形成的復(fù)合絮凝劑兼顧去除SS、COD、重金屬離子和色度多重效果；若單獨(dú)添加活性炭或其他所有制備原料，而不經(jīng)過前期的制備過程，則所述絮凝處理的效果下降，去除重金屬的效果也會(huì)顯著下降。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述活性炭的目數(shù)為50-325目。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述活性炭的比表面積為600-950m2/g。
在上述參數(shù)范圍內(nèi)的活性炭，在所述復(fù)合絮凝劑中的相容性、分散性好，同時(shí)還具有優(yōu)異的吸附色素和重金屬離子的性能。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量為40-800萬。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述聚丙烯酰胺的水溶液的滴加速度為0.5-1.5ml/min。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚丙烯酰胺的水溶液的滴加速度約為1ml/min。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述聚丙烯酸鹽的重均分子量為40-800萬。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述聚丙烯酸鹽包括聚丙烯酸鈉（PAAS）。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述聚丙烯酸鹽的水溶液的滴加速度為0.5-1.5ml/min。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚丙烯酸鹽的水溶液的滴加速度約為1ml/min。在上述滴加速度范圍內(nèi)，所述聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽對(duì)所述活性炭的改性更徹底。
滴加所述聚丙烯酸鹽的水溶液和聚丙烯酰胺的水溶液時(shí)，所述分散液的攪拌速度為100-600rpm。
當(dāng)上述分子量和添加量的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽共同使用時(shí)，可提升所述復(fù)合絮凝劑對(duì)水體的絮凝效果。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚丙烯酰胺的質(zhì)量濃度為0.5-3‰。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚丙烯酸鹽的質(zhì)量濃度為0.5-3‰。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚合氯化鋁和所述聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為240:0.8-1.2。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚合氯化鋁和所述聚丙烯酰胺的質(zhì)量比約為240:1。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚合氯化鋁和所述聚丙烯酸鹽的質(zhì)量比為240:0.8-1.2。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚合氯化鋁和所述聚丙烯酸鹽的質(zhì)量比約為240:1。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚合氯化鋁和所述活性炭的質(zhì)量比為240:55-75。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合絮凝劑中，所述聚合氯化鋁和所述活性炭的質(zhì)量比約為240:60。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述混合分散的溫度為45-70℃。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述混合分散的溫度為50-60℃。
在上述溫度范圍內(nèi)，所述聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽的分散性和溶解性更好。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述混合分散的溫度控制方法為水浴加熱。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，按所述復(fù)合絮凝劑中固體物質(zhì)的重量計(jì)，所述絮凝處理中，所述復(fù)合絮凝劑與所述煤礦廢水的質(zhì)量體積比為200-600mg/L。所述復(fù)合絮凝劑也可作為分散劑使用，其關(guān)鍵區(qū)分點(diǎn)在于添加量，例如同一種物質(zhì)，添加少了可能起到絮凝作用，添加多了，反而可能起到促進(jìn)分散的作用。由此，在上述添加量范圍內(nèi)，所述絮凝處理的效果最優(yōu)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述絮凝處理包括以100-600rpm的轉(zhuǎn)速攪拌所述煤礦廢水和復(fù)合絮凝劑的混合物。
所述攪拌的轉(zhuǎn)速可調(diào)整所述絮凝處理所得絮凝體的大小，若攪拌速度過高，則所得絮凝體的體積變小，絮凝處理后的沉降速度下降；若所述攪拌的速度過小，則所述絮凝處理的傳質(zhì)速度被限制，絮凝處理的反應(yīng)速度下降。由此，在上述攪拌的速度范圍內(nèi)，可兼顧絮凝處理的反應(yīng)速度和絮凝處理后的沉降速度。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述處理方法包括如下步驟：
S1.將所述復(fù)合絮凝劑和所述煤礦廢水混合進(jìn)行所述絮凝處理；
S2.將步驟S1所得混合物進(jìn)行沉淀處理；
S3.將步驟S2所得清液進(jìn)行過濾處理。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S1中，所述絮凝處理在高密度沉淀池的絮凝區(qū)進(jìn)行。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S1中，所述絮凝處理的時(shí)長為15-30min。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S1中，所述絮凝處理的時(shí)長為20-25min。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S2中，所述沉淀處理的方法包括靜置。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S2中，所述沉淀處理的方法包括靜置20-40min。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S2中，所述沉淀處理在所述高密度沉淀池的斜管沉淀區(qū)進(jìn)行。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S2中，還包括將所述沉淀處理所得沉淀物回流至步驟S1。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述回流的回流比為30-50%。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟S3中，所述過濾處理在無閥重力濾池中進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提出了一種用于實(shí)施所述處理方法的處理系統(tǒng)，包括經(jīng)由管道依次連接的調(diào)節(jié)池、高密度沉淀池和無閥重力濾池。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式的處理系統(tǒng)，至少具有以下有益效果：
常規(guī)污水處理系統(tǒng)占地面積比較大，流程比較長；
本發(fā)明采用高密度沉淀池，是在傳統(tǒng)的平流沉淀池的基礎(chǔ)上，充分利用了動(dòng)態(tài)混凝、加速絮凝原理和淺池理論，把混凝、強(qiáng)化絮凝、斜管沉淀三個(gè)過程進(jìn)行優(yōu)化和集成，具有占地面積小，高度集成，高度自動(dòng)化、出水效果好、投資低的優(yōu)點(diǎn)，采用高密度沉淀池，解決了傳統(tǒng)處理設(shè)施占地面積大、運(yùn)行效果持續(xù)性能差的問題；
高密度沉淀池中獲取的沉淀還可進(jìn)行回收作為煤泥重新利用，降低企業(yè)在污水設(shè)施的運(yùn)營成本，提升了環(huán)保效益。
本發(fā)明采用的重力式無閥濾池是指一種不設(shè)閘閥利用水力條件自動(dòng)控制反沖洗的小型過濾構(gòu)筑物，其原理是根據(jù)過濾水頭損失隨過濾延續(xù)時(shí)間而增長，利用虹吸作用原理造成反向壓差維持運(yùn)行。采用了重力式無閥濾池作為后續(xù)工藝，對(duì)重金屬離子和色度也進(jìn)一步的去除作用。
采用上述處理系統(tǒng)處理得到的水樣，其中的SS、重金屬離子（例如鐵和錳）等指標(biāo)均能達(dá)到《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426-2006），說明上述處理系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)。
所述調(diào)節(jié)池的主要作用為提供對(duì)所述煤礦廢水處理負(fù)荷的緩沖能力，防止所述處理系統(tǒng)負(fù)荷的急劇變化；減少進(jìn)入所述高密度沉淀池以及后續(xù)處理單元水流量的波動(dòng)，由此，后續(xù)處理單元中，復(fù)合絮凝劑等藥劑的投加參數(shù)，以及其他參數(shù)可以更加穩(wěn)定；當(dāng)廢水暫停排放時(shí)，所述調(diào)節(jié)池中的煤礦廢水仍能保證后續(xù)處理單元供給，保證所述處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行避免停機(jī)。由此，所述處理系統(tǒng)更適用于商業(yè)應(yīng)用。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述調(diào)節(jié)池中設(shè)置刮泥桁車；由此可處理在所述調(diào)節(jié)池中沉降的沉淀物。
所述調(diào)節(jié)池中產(chǎn)生的沉淀物脫水后可以以煤泥形式回收利用；且在所述調(diào)節(jié)池去除一部分可以自然沉降的物質(zhì)，降低了后續(xù)復(fù)合混凝劑的用量。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述調(diào)節(jié)池和所述高密度沉淀池之間還設(shè)有提升泵。所述提升泵用于將所述調(diào)節(jié)池的清液轉(zhuǎn)移至所述絮凝區(qū)中。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述處理系統(tǒng)還包括與所述調(diào)節(jié)池相連的污泥泵。所述污泥泵將所述調(diào)節(jié)池中自然沉降的污泥排出。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述調(diào)節(jié)池還包括接收回流清液的調(diào)節(jié)池回流管道。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述高密度沉淀池包括相互連通的絮凝區(qū)和斜管沉淀區(qū)，所述絮凝區(qū)與所述調(diào)節(jié)池相連，所述斜管沉淀區(qū)與所述無閥重力濾池相連。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述絮凝區(qū)還包括投加所述復(fù)合絮凝劑的藥劑投加口。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述高密度沉淀池中設(shè)有刮泥裝置。由此可隨時(shí)清理其中的沉降物。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述高密度沉淀池還包括自所述斜管沉淀區(qū)向所述絮凝區(qū)回流污泥的污泥回流管道。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述處理系統(tǒng)還包括與所述斜管沉淀區(qū)相連的污泥貯存池。所述污泥貯存池承接所述斜管沉淀區(qū)和調(diào)節(jié)池排出的污泥。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述污泥貯存池還包括向所述調(diào)節(jié)池回流清液的污泥貯存池回流管道；所述污泥貯存池回流管道并入所述調(diào)節(jié)池回流管道。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述處理系統(tǒng)還包括與所述污泥貯存池相連的污泥脫水機(jī)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述污泥脫水機(jī)包括向所述調(diào)節(jié)池回流清液的污泥脫水機(jī)回流管道；所述污泥脫水機(jī)回流管道并入所述調(diào)節(jié)池回流管道。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述污泥脫水機(jī)包括排泥口。
所述污泥脫水機(jī)脫水后的污泥，可作為煤泥進(jìn)行回收，進(jìn)一步降低企業(yè)的運(yùn)行成本，提升固體廢物的利用率。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述高密度沉淀池還包括設(shè)于所述斜管沉淀區(qū)和無閥重力濾池之間的中間水池。所述中間水池用于過渡承接所述斜管沉淀區(qū)產(chǎn)生的清液，并將其中儲(chǔ)存的清液轉(zhuǎn)移至所述無閥重力濾池。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述無閥重力濾池中填充有填料。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述填料包括礫石、石英砂、磁鐵礦、無煙煤中的至少一種。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述處理系統(tǒng)還包括與所述無閥重力濾池相連的排水檢查井。在所述排水檢查井中檢查水質(zhì)，若合格則可排出所述處理系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述排水檢查井還包括排水口。
在所述處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中：
所述煤礦廢水導(dǎo)入所述調(diào)節(jié)池，其中自然沉降下來的沉淀物經(jīng)由刮泥桁車收集，并經(jīng)由所述污泥泵排出至所述污泥貯存池，脫水后以煤泥回收；
所述調(diào)節(jié)池中的清液經(jīng)由所述提升泵導(dǎo)入所述高密度沉淀池的絮凝區(qū)，攪拌狀態(tài)下，經(jīng)由所述藥劑投加口向所述絮凝區(qū)投加所述復(fù)合絮凝劑；投加結(jié)束后，繼續(xù)攪拌；
將所述絮凝區(qū)所得混合物轉(zhuǎn)移至所述斜管沉淀區(qū)靜置沉淀；
所述靜置沉淀區(qū)的上清液經(jīng)由所述中間水池導(dǎo)入所述無閥重力池中過濾，過濾得到的液體在排水檢查井中檢驗(yàn)合格后經(jīng)由所述排水口排出所述處理系統(tǒng)。
所述靜置沉淀區(qū)的污泥，一部分回流至所述絮凝區(qū)以提升所述絮凝區(qū)的絮凝效果；剩余部分排出至所述污泥貯存池；
所述污泥貯存池中的污泥靜置后，上清液經(jīng)由污泥貯存池回流管道、調(diào)節(jié)池回流管道回流至所述調(diào)節(jié)池中；
所述貯存池得到的污泥經(jīng)管道轉(zhuǎn)移至所述污泥脫水機(jī)中脫水；所述脫水得到的清液經(jīng)由所述污泥脫水機(jī)回流管道、調(diào)節(jié)池回流管道回流至所述調(diào)節(jié)池中；所述脫水得到的固體物質(zhì)經(jīng)由所述排泥口排出所述處理系統(tǒng)，做煤泥回收。
為提升所述污泥脫水機(jī)的脫水性能，還可以向所述污泥脫水機(jī)中添加絮凝劑。
若無特殊說明，本發(fā)明中的“約”表示誤差在±2%之間。
（發(fā)明人：郝迪;李威;張光文;龍海威;胡桂星）
