1、1 引言水資源是一種寶貴的稀缺資源，由于水資源在日常生活和生產中發揮著不可代替的作用，21世紀水資源問題已經不僅僅是資源問題，更成為關系到各個國家經濟發展、社會進步和國家穩定的重要戰略問題1。我國水資源總儲量居世界第 6 位，約為2.81 萬億m3。但是由于我國人口基數巨大，人均水資源量僅為世界水資源人均占有量的1/4，不足2150m3，位列世界110位，是聯合國認定的“水資源最為緊缺”的13個國家之一。目前我國水浪費現象十分嚴重，農業用水利用率為40%50%，工業用水利用率僅為30%40%，單位產品用水定額高，往往比發達國家高10倍以上，我國水環境污染狀況也相當嚴重，廢水排放總量、COD排放

2、總量居高不下2。我國是一個煤炭生產以及消耗的大國，其在能源消耗占有著巨大的比重，煤炭儲量達1.5萬億噸，資源豐富，煤種齊全。長期以來，煤炭在一次能源生產和消費結構中占到70%以上，據專家估計，作為主要能源的煤炭在中國能源中的主導地位20年內不會改變3。我國開采的煤礦業很多，而煤炭開采過程中排放大量廢水，就目前的情況講，多半以上的煤礦企業未對產生的廢水進行有效處理就直接排放，這樣就導致了對環境造成了嚴重的污染，還引起了煤泥的大量流失，同時洗煤廢水的排放造成了水資源的嚴重浪費。我國是一個水資源匱乏國家，據典型調查統計，我國煤礦平均噸煤排放水量為2.02.5噸。2003年產煤16.67 億噸，估計排

3、放水為3442億噸，約占全國工業廢水排放量的15%以上。“產煤致渴”已成為我國水資源要面臨的嚴峻問題，所以就要求對洗煤廢水進行適當的處理，不僅可以保護環境，減少水資源的浪費，還可以為企業帶來一定的經濟效益4。1.1 洗煤廢水對環境的污染（1）懸浮物的污染懸浮物是洗煤廢水中的主要污染因子。洗煤廢水中的懸浮物嚴重超標，一般超標幾十倍，有的甚至超標幾百倍、幾千倍。洗煤廢水中的懸浮物主要是細小的煤粒和粘土類顆粒，這些懸浮物大量進入水域后，水體的濁度增加、透光度減弱，產生的危害主要是： 使水體色度加深，透光性減弱，影響水生生物的光合作用，抑制其生長繁殖，妨礙水體的自凈作用； 懸浮固體可能堵塞魚鰓，導致魚

4、類窒息死亡； 由于微生物對有機懸浮固體的代謝作用，會消耗掉水體中的溶解氧； 懸浮固體中的可沉固體，沉積于河底，造成底泥積累與腐化，使水體水質惡化； 懸浮固體可作為載體，吸附其他污染物質，隨水流遷移污染。 另外，水體受溶解固體污染后，使溶解性無機鹽濃度增加，如作為給水水源，水味澀口，甚至引起腹瀉，危害人體健康，故飲用水的溶解固體含量應不高于500 mg/L。工業鍋爐用水要求更加嚴格。農田灌溉用水，要求不宜超過1000mg/L，否則會引起土壤板結5。（2）煤的染色作用引起水體色度增加煤作為一種特殊的染色體，在洗選和排放過程中，對水體具有一定的染色作用，造成水體色度增加。在洗煤廢水排入的水系中，顏色

5、皆呈黑色，不僅嚴重影響水的透明度，直接破壞自然環境，而且引起人們感官不悅、給人以污濁厭惡之感。（3）大量選煤藥劑殘留 煤炭的洗選必須要加入各種不同的藥劑，諸如起泡劑（松油、雜醇類等）、捕收劑（煤油、輕柴油等）、調整劑（酸、堿等）及絮凝劑（聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁等）等。在煤炭洗選過程中，部分藥劑通過積累會殘留在洗煤廢水中，其中的油類物質在水面會形成一層油膜，使水體嚴重缺氧，嚴重影響水生植物和魚類的生存和繁殖。由于洗水必須要循環利用，導致大量的高分子絮凝劑積累，使煤炭洗選過程藥劑量過大，導致洗選產率降低6。（4）各種金屬離子的污染 煤炭顆粒和灰分中含有一些金屬離子，洗選后有部分金屬離子進入洗煤廢水

6、中。因此，洗煤廢水的直接排放，不僅嚴重的污染周圍環境，還會造成大量煤泥的流失。如果洗煤廢水經適當處理后回用于洗煤，不僅解決了環境污染問題，而且還會為企業帶來顯著的經濟效益，其中包括回收煤泥所得、節省洗煤用水的水費和免交的排污費等費用。1.2 洗煤廢水處理存在的主要問題 洗煤水處理存在的主要問題有:（1）廠內循環的洗煤水水質難以保證。很多煤炭生產企業一方面迫于煤炭監督生產部門以及環境保護部門的環境保護壓力，不敢公然大面積使用露天洗煤；同時又礙于企業經濟效益考慮分析，不愿意在高科技的洗煤設備商進行高額投入，因此在廠內閉路洗煤過程中的水質就很難保證7。（2）進入煤炭生產系統的新鮮水量難以調節控制。（

7、3）對進入洗煤封閉系統內的煤炭數量以及煤粉的變動性很強，使得煤產品含水量與煤泥水之間的濃度引起變化，使得洗煤設備高壓負荷運行。（4）受資金技術場地的影響較大。綜合以上幾個方面，可以看出在當今洗煤水處理過程中暴露出來的問題已經很現實性的擺在我們面前，必須要從經濟社會發展全局從保護生態環境整體考慮加快洗煤水處理。1.3 我國洗煤廢水處理的發展方向從當前洗煤業的現狀看，有效治理洗煤水的措施，應從兩個方向努力:（1）治理設施的控制，建設大型的洗煤水處理池等配套設施。現在開采的煤礦很多，洗煤用的廢水也多，污染越來越嚴重。應該根據煤炭性質應用相應的洗煤水處理工藝技術，在分析煤泥組成成分的基礎上，制定洗煤方

8、案。在排放廢水之前，要對水質進行檢驗，提出有效地治理方案。重點通過凈化工藝技術，層層過濾，使廢水中的精煤顆粒與水分離，實現精煤回收和環境保護的目的。 （2）從洗煤生產線進行控制。有效控制治理洗煤廢水的手段，要從洗煤水的生產線改造和工藝技術改造環節入手。通過淘汰傳統的落后陳舊的生產線，增加投資研發新型環保的洗煤工藝技術生產線，避免或減少在洗煤工程中使用水源，從而達到環保節能提高企業社會經濟效益的目的。2 洗煤廢水的概況2.1 選煤技術概述從地下開采出的原煤含有大量的雜質和灰分，如果直接燃燒，不僅會造成煤炭資源浪費，而且還會加重大氣的環境污染。選煤是合理利用煤炭資源、保護環境的最經濟和最有效的技術

9、，是煤炭加工、轉化為潔凈煤燃料必不可少的基礎和關鍵環節，通過選煤可以優化產品結構，提高利用效率。因此，國際上公認選煤是實現煤炭高效、潔凈利用的首選方案。選煤的目的是去除原煤中含的雜質，提高煤炭的發熱量和結焦性，降低灰分、硫分，并為減輕燃煤地區的大氣污染創造條件。全世界原煤平均入選比例在50%左右，但一些發達國家明顯高于這一比例。如德國為95%，英國和澳大利亞為75%，俄羅斯為62.1%，南非為60%，波蘭為50%，美國為55%（美國未洗選的原煤煤質較好，不需洗選即符合用戶要求）8。由于這些國家原煤質好，分選方法先進，選煤設備性能可靠，因此，精煤產品質量高，煉焦精煤灰分小于7%，硫分小于1%，水

10、分小于10%9。中國原煤入選率低于世界平均水平，1995年全國原煤入選率僅為巧15.6%10，年末，全國原煤入選率上升到33.7%11，到2002年末，全國原煤入選率也僅達到35%。我國動力煤的入選率更低，到2000年末僅為14%。由于中國選煤技術和設備性能還沒有完全達到發達國家的水平，并且有相當一部分原煤煤質低于發達國家，因此，煉焦精煤灰分和水分含量均高于上述發達國家，2000年全國共生產煉焦精煤105Mt，平均灰分9.5%，水分10.35%12。選煤方法有許多種，概括起來可以分為干選和濕選兩大類。（1） 干選，主要是利用煤與研石的物理性質差別實現分選的。干選不用水，主要包括風選、揀選、摩擦

11、選、磁選、電選、微波選、空氣重介流化床選煤等，其中已實現工業應用的有空氣重介流化床選煤和風力選煤。流化床選煤可分為兩類，一類是根據兩種顆粒的粒度差別進行分離。其原理是：粒度大的塊狀物不參與流化，而粒度小的粉狀物能夠流態化，不參與流化的大顆粒沉在床底，能夠流的小顆粒流態化后不斷溢出床面，從而達到分離的目的；另一類是氣固流化床對礦物的分選。其原理是：以微細顆粒作為固相加重質，形成具有一定密度的流化床層，不同密度組成的被分離礦物（由有用礦物與無用礦物組成）進入流化床層后按床層密度分層，輕者上浮，重者下沉，從而實現氣固流化床對礦物的分選13。風力選煤是以空氣作為分選介質，在上升氣流場中對煤炭按密度進行

12、分選，其分選效果受入選物料的粒度、形狀影響較大。風力分選設備主要有風力跳汰機和風力搖床。風力選煤具有適合于缺水地區的煤炭分選、無煤泥水處理系統、操作費用低、投資省等優點。但是，由于其適宜的入料煤粒級窄、分選密度下限高、效率低、工作風量大和粉塵污染嚴重等缺點，應用范圍較小。由于濕選耗水量大，投資及生產費用高，因此，干選技術越來越受到研究人員的重視。如Douglas等人和Beeckninas等人均對流化床的氣體分布器進行改進，使得分布器的孔徑更小，氣泡分布更均勻并更容易控制，大大改善了分選效果。Lvey等用氣固流化床對微細煤粉進行分選，用磁鐵礦粉作為固相加重質，在入料粒度小于0.55mm時，取得良

13、好的效果。駱振福等人將磁場引入普通流化床，在一定的工藝和操作條件下，形成密度均勻穩定的磁穩定流化床，并用于細粒煤的分選。目前，中國礦業大學為實現全粒級(3000mm)煤炭干法分選，正開展小于6mm細粒級振動空氣介質流化床選煤技術大于50mm大塊煤深床型空氣介質流化床選煤技術、三產品雙密度空氣重介質流化床和小于1mm煤粉摩擦電選技術的研究。摩擦電選可分選下限小于0.043mm的微細煤粉，而且具有良好的脫硫降灰作用，可得到灰分小于2%的超低灰煤。（2） 濕選，利用水或水與礦物組成的懸浮液選煤，包括跳汰、重介和浮游選煤三種方法。雖然濕法選煤耗水量大，費用高，但分選效果好，因此，目前廣泛采用的是濕選。

14、我國采用濕選方法選煤的選煤廠約占94%。在20世紀80年代，國外基本以跳汰選為主，到90年代，重介選煤的比例已由第二位上升到第一位。如美國的重介選煤比例由原30%上升到45%，而跳汰選煤則由49%降至35%。目前美國的重介選煤比例己占66%，法國占60%，加拿大占56%。我國目前還是以跳汰選煤為主。目前我國研制的多次進氣X系列復配脈動跳機可使分選下限最低達到0.125mm，并降低了頂水耗量14。2.2 洗煤廢水的產生 濕法選煤需要大量的水，以跳汰洗煤為例，每入選1t原煤約需35m3循環水，還需補加部分清水。而這些水經過洗選過程后就含有了大量的細小顆粒，通常把這種含有粒徑小于1mm的懸浮粒子的洗

15、煤水叫煤泥水，也叫洗煤廢水。洗煤廢水可以分為兩類，一類是煤質較好的原煤洗選時所產生的洗煤廢水，另一類是地質年代較短，灰分和雜質含量較高的原煤洗選時所產生的洗煤廢水；前一類廢水所含的顆粒粒度較大，濃度較低，處理相對比較容易。這種洗煤廢水采用濃縮沉淀的物理法就會得到有效處理，分離的清水可以回用洗煤。后一種洗煤廢水中含有大量的煤泥顆粒，不僅粒度小，濃度高，而且顆粒表面帶有較強的負電荷，是一種穩定的膠體體系。因此，該種洗煤廢水久置不沉，難于處理。這種洗煤廢水的處理目前一般采用混凝沉淀的方法。2.3 洗煤廢水的主要污染物 煤泥廢水中的主要污染物為：懸浮物、油類物質和有機藥劑幾種。 （1）懸浮物選煤廢水中

16、的含有大量的懸浮物，它是一種主要的污染物，該種選煤廢水污染物是由高嶺土、煤粉等細微的礦物顆粒組成。由于煤炭中的有機物以黑色為主，且擁有特殊變色性，造成水質顏色發生變化，且透光性差。（2）油類物質輕柴油和煤油等浮選藥劑的大量使用，以及設備漏油、清洗等原因殘留在煤炭，而在煤炭清洗過程中致使洗煤水含有各種數量不等的油類物質。（3）有機藥劑通常在煤炭洗選過程中，會經過過濾、脫水、濃縮和浮選等煤泥水的閉路循環處理，該環節中會添加抑制劑、絮凝劑、起泡劑等各種藥劑，并在清洗過程中殘留到洗煤廢水中，造成水質污染。針對上述煤泥水污染物，可以選取洗煤廢水中的懸浮物、pH等作為主要的污染物和相應的控制指標加以處理。

17、在洗煤水中可能會含有錳、鐵等，因此，我國將這兩種洗煤水污染物一并納入限值指標之中。2.4 國內外洗煤廠廢水處理現狀洗煤廢水處理的目標就是泥水分離，即不僅要得到清潔、適合洗煤標準的用水，做到洗煤水的閉路循環，而且還要得到含水率低、易于脫水的煤泥15。隨著近幾年環保意識的增強和環保要求的提高，各級部門及選煤企業更要求洗煤廢水必須達到閉路循環。但由于洗煤廢水處理難度較大，多年來，世界各國能源化工專家、環保專家始終將洗煤廢水的處理與回用做為工業廢水處理的一個重點內容進行專項研究。 國外洗煤廢水處理現狀 目前，世界上一些產煤大國如俄羅斯、美國、德國、英國、澳大利亞、烏克蘭、南非、波蘭等基本上實現了洗煤廢

18、水的零排放，分離出來的煤泥也得到了有效的利用。其原因是這些國家煤泥分選設備性能優良，入選原煤的煤質總體較好，所產生的洗煤廢水的濃度較低，且灰分含量少，所以處理效果較好，基本實現了閉路循環。但是這些國家對高濃度洗煤廢水的處理技術研究卻較少，也沒有非常成熟的經驗，且在洗煤廢水處理所用的凝聚藥劑比較單一，主要是有機高分子絮凝劑，而由于該絮凝劑的價格較高，單獨投加其處理的成本也較大16。因此，國內洗煤廢水的處理不能照搬國外的經驗，應結合我國的實際情況，研制開發出高效低耗的處理技術，以滿足當前蓬勃發展的煤化工生產需求。 國內洗煤廢水處理現狀我國近幾年雖然對選煤廠的洗煤廢水處理系統進行了改造，但由于我國原

19、煤入選量較大、選煤處理工藝不完善等因素的影響，洗煤廢水的處理還存在許多問題。目前，投加混凝劑和絮凝劑處理洗煤廢水是我國常用的一種處理方法，所采用的藥劑主要有：無機鹽類混凝劑、有機高分子絮凝劑、無機高分子絮凝劑。常用的無機鹽類混凝劑主要有鋁鹽、鐵鹽等17。單獨投加無機鹽類混凝劑一般情況下難以保證洗煤廢水的處理效果。常用的有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺或其衍生物的高聚物或共聚物。實際工程中常常是將無機鹽類混凝劑和有機高分子絮凝劑配合使用或者采用聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚硅硫酸鹽、聚合氯化鋁鐵等無機高分子絮凝劑處理洗煤廢水18。李瑞琴19為了考察石灰、堿式氯化鋁和聚合氯化鋁鐵3種不同凝聚劑對選煤廠

20、煤泥水的沉降作用,對相同用量的3種藥劑做了煤泥水沉降對比試驗。實驗結果發現，在相同條件下,加人聚合氯化鋁鐵（PAFC）的煤泥水沉降速度最快,其上清液濃度最低。白青子20利用以硫酸亞鐵為原料,通過固相化學反應的方法研制而成的新型鐵系無機高分子凈水劑聚氧硫酸根合高鐵與聚丙烯酰胺（PAM）聯合使用處理洗煤廢水后，顆粒凝聚效果好，沉降迅速，處理后水質較清，透光率為83%，可循環使用；副產品煤泥，還可用于生產型煤，節省粘接劑和添加劑。李亞峰等21人開展了電石渣聚丙烯酰胺（PAM）處理洗煤廢水實驗研究。實驗研究結果以及實際工程應用效果表明，電石渣與聚丙烯酰胺配合使用,對洗煤廢水具有較好的混凝效果。當聚丙烯

21、酰胺的投加量達到20mL時,清水分離率達到40%, 污泥比阻值降到1.8×1010m/kg，且處理后煤泥水的各項指標均能達到國家排放標準,且能滿足洗煤工藝的用水要求。實驗中還發現，單獨使用聚丙烯酰胺時對洗煤廢水沒有絮凝作用，而與電石渣一起使用卻發揮了絮凝作用，這說明電石渣在洗煤廢水的混凝中起著非常重要的作用。李春曉等22人研究了一種以植物木粉為原料，通過與醚化劑接枝共聚制得的易降解且不產生二次污染的天然改性植物陽離子絮凝劑處理洗煤廢水。研究表明，常溫下，當pH=68，該絮凝劑和聚鋁的投入量分別為10mg/L和5mg/L時，洗煤廢水的濁度、CODCr、固體懸浮物的去除率分別可達到96.

22、8%、69.3%、97.9%。劉科峰等23人利用自行開發的新型混凝劑BH-1、BH- 2對洗煤廢水進行處理。新型混凝劑BH-1的成分主要由有機高分子絮凝劑組成，BH-2主要由無機混凝劑組成。實驗結果表明，新型復合混凝劑是有機與無機的復合物，對洗煤廢水具有良好的處理效果，與其他混凝劑相比，絮凝速度快，形成礬花大，BH- 1以19.3mg/L的量投加，BH-1與BH-2按照約1:6的比例進行配比，其混凝效果達到最佳狀態；使用新型混凝劑進行混凝試驗時，沉淀時間短，15min時效果就很明顯，濁度去除率可達到96.50%以上，且新型混凝劑處理洗煤廢水時與同類型的混凝劑相比價格便宜，約0.19元/m3，經

23、濟效益較高，適于大規模的生產使用。符建中等24人研制開發的無機高分子鐵鈣鋁混凝劑(PFCA)對洗煤廢水的處理具有理想的效果，并且節省PAM的用量。由此可知，洗煤廢水處理目前面臨的最大問題是如何選擇合適的處理藥劑，使其不僅能得到循環利用的洗煤用水，更得到燃值很高的煤泥。3 目前污水的處理工藝3.1 污水處理的主要方法 對于污水的各種處理技術，按照其方法原理可分為以下三類： 物理方法 利用物理作用分離、去除污水中呈懸浮狀態的污染物質，處理過程中不改變污染物的化學性質。常用的物理方法有格柵、篩網、過濾、沉淀、氣浮和離心分離等。其優點在于工藝簡單，費用低廉，但處理效果較差，一般作為污水的預處理和初級處

24、理。 化學方法 通過化學反應去除污染物或改變污染物的性質，使之無害化。主要處理方法有中和、化學沉淀、氧化還原、電解、離子交換、化學吸附、電滲析等。化學方法處理效果較好，但運行費用較高，有些化學藥劑具有生物毒性，易造成二次污染。 生物方法利用自然界中各種微生物的代謝作用將污水中的有機污染物分解、轉化為無機物，使污水得到凈化。生物處理是目前應用最廣泛且有效的一種方法，分為好氧處理和厭氧處理兩大類，好氧處理又包括活性污泥法和生物膜法，活性污泥法中的微生物無附著體，呈懸浮狀態，而生物膜法的微生物有固定的附著載體，微生物可以附著在上面形成生物膜。生物處理方法的優點是效果較好，費用低廉，僅相當于化學方法所

25、需費用的1/31/2，缺點在于占地面積較大，處理時間長，不能有效處理難降解工業廢水25。目前我國城市污水處理技術通常采用二級生化處理法，其工藝構成多種多樣，主要有：活性污泥法、A/O法、AB法、氧化溝、SBR法以及生物膜法（例如生物接觸氧化法、生物轉盤、生物濾池等）。目前國內大型污水處理廠多采用活性污泥法，中小型污水處理廠則根據各自不同的進水水質和處理要求，往往選擇不同的工藝方法。當進水中主要污染物是易降解的有機物時，大都采用生物處理法；如進水中工業廢水比重很大，難降解有機物含量高時，污水可生化性差，可考慮采用物化法；當有機物濃度高時，采用AB法或厭氧好氧工藝比較有利；當有機物濃度低時，采用延

26、時曝氣工藝有優勢；當要求出水脫磷脫氮時，宜選用A/O工藝、A2/O工藝；當要求出水脫磷較嚴時，可選用化學除磷或糖降解工藝26。3.2 傳統處理污水的主要工藝傳統污水三級處理工藝，主要的工藝單元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、過濾和氣浮等。根據具體污水排入物質的成分的不同，處理方式有所差異。傳統處理工藝存在著工藝復雜、水利用率低、化學品消耗量大的弊病，而且由于無法徹底去除生物絮體及膠體物質，致使清洗頻繁，影響了出水水質。90年代以來污水生物處理新工藝、新技術的研究開發應用取得了很大成就，許多新工藝應運而生，這些新工藝的共同特點是：高效、穩定節能，并具有脫氮除磷等多功能27。較典型的工藝有：2/

27、O工藝該工藝是厭氧、缺氧、好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱，是70年代由美國專家在厭氧-好氧除磷工藝(A/O)的基礎上開發的。工藝（序列間歇式活性污泥法）SBR是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。SBR實際上是出現最早的活性污泥法，70年代出現于美國，經過20年的研究開發革新，將可變容積活性污泥法過程和生物選擇器原理進行有機結合，成為改良型的SBR工藝28。工藝（連續膜過濾技術）CMF技術的核心是高抗污染膜以及與之相配合的膜清洗技術，可以實現對膜的不停機在線清洗清洗，從而做到對料液不間斷連續處理，保證設備的連續高效運行。CMF目前主要用于大型城市污水處理廠二沉池生

28、水的深度處理回用，海水淡化或大型反滲透系統的預處理、地表水地下水凈化、飲料澄清除濁等29。工藝（膜生物反應器）膜生物反應器是膜分離技術和生物技術結合的新工藝。用在污水廢水處理領域，利用膜件進行固液分離，截留的污泥或雜質回流至（或保留） 在生物反應器中，處理的清水透過膜排水，構成了污水處理的膜生物反應器系統，膜組件的作用相當于傳統污水生物處理系統中的二沉池。MBR中使用的膜有平板膜 管式膜和中空纖維膜，目前主要以中空纖維膜為主30。工藝（反滲透技術）反滲透技術是20世紀60年代初發展起來的以壓力為驅動力的膜分離技術。該技術是從海水、苦咸水淡化而發展起來的，通常稱為“淡化技術”。由于反滲透技術具有

29、無相變，組件化、流程簡單，操作方便、占面積小、投資少、耗能低等優點，發展十分迅速31。工藝（曝氣生物濾池工藝）BAF 是20世紀80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎上，借鑒給水濾池開發的污水處理新工藝，其最大特點是集生物接觸氧化和過濾于一體，省去了二沉池，工藝更為簡單。在濾池中填裝一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面及濾料內部微孔生長生物膜 濾池內部曝氣，污水流經時，利用濾料上高濃度生物量的強氧化降解能力對污水進行快速凈化，此為生物氧化降解過程；同時，污水流經時，利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會隨水漂出，此為截留作用；當濾池運行一段

30、時間后，因水頭損失增大，需對其進行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，使濾池的處理性能得到恢復，此為反沖洗過程。一般說來，曝氣生物濾池具有以下特征：用粒狀填料作為生物載體；明顯區別于一般生物濾池及生物濾塔；高水力負荷、高容積負荷及高的生物膜活性；具有生物氧化降解和截留SS的雙重功能，生物處理單元之后不需再設二次沉淀池；需定期進行反沖洗，清洗濾池中截留的SS，同時更新生物膜 32。 曝氣生物濾池主要分為以下三種形式： （1）BIOFOR濾池BIOFOR濾池底部為氣水混合室，混合室之上為長柄濾頭、曝氣管、墊層、濾料。它所用的濾料為比重大于1的沉沒式輕質陶粒，密度大于水，自然堆積。BIOFOR運

31、行時一般采用上向流，污水從底部進入氣水混合室，經長柄濾頭配水后通過墊層進入濾料，在此進行BOD、COD、氨氮、SS的去除。反沖洗時，氣、水同時進入氣水混合室，經長柄濾頭配水、氣后進入濾料，反沖洗出水回流入初沉池，與原污水合并處理。BIOFOR采用上向流(氣水同向流) 的主要原因有：同向流可促使布氣、布水均勻；若采用下向流，則截留的SS主要集中在填料的上部。運行時間一長，濾池內會出現負水頭現象，進而引起溝流，采用上向流可避免這一點；采用上向流，截留在底部的SS可在氣泡的上升過程中被帶入濾池中上部，加大填料的納污率，延長了反沖洗間隔時間。本設計采用BIOFOR濾池。 （2）BIOSTYR濾池BIO

32、STYR和BIOFOR不同的是采用密度小于水的濾料，一般為聚苯乙烯小球。運行時采用上向流，在濾池頂部設格網或濾板以阻止濾料流出，正常運行時濾料呈壓實狀態，反沖時采用氣水聯合反沖，反沖水采用下向流以沖散被壓實的濾料小球，反沖出水從濾池底部流出。 （3）BIOCARBONE濾池污水從濾池上部流入，下向流流出濾池。在濾池中下部設曝氣管進行曝氣，曝氣管上部起生物降解作用，下部主要起截留SS及脫落的生物膜的作用。運行中，因截留了SS及生物膜的生長，水頭損失逐漸增加，達到設計值后，開始反沖洗。一般采用氣水聯合反沖，底部設反沖洗氣、水裝置。BIOCARBONE屬早期曝氣生物濾池，其缺點是負荷仍不夠高，且大量

33、被截留的SS集中在濾池上端幾十厘米處，此處水頭損失占了整個濾池水頭損失的絕大多數，濾池納污率不高，容易堵塞，運行周期短。以上為曝氣生物濾池主要的三種形式，在世界范圍內都有應用。其中BIOCARBONE為早期形式，目前大多采用BIOFOR濾池和BIOSTYR濾池。BIOFOR的濾料球狀輕質陶粒已實現國產化。BAF作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下的優點： 具有較高的生物濃度和較高的有機負荷。工藝簡單 出水水質好。抗沖擊負荷能力強。由于整個濾池中分布著較高濃度的微生物，其對有機負荷、水力負荷的變化不象傳統活性污泥那么敏感，同時無污泥膨脹問題。氧的傳輸效率高。易掛

34、膜啟動快。菌群結構合理自動化程度高。脫氮效果好33。3.3 常規洗煤廢水處理方法 在六七十年代，很多選煤廠都將煤泥水直接排入煤泥沉淀池，有的外排流掉。有的為了回收煤泥，在進行簡單的沉淀處理，澄清后的水便循環利用或外排。廢水中細小的煤泥顆粒、粘土顆粒等，很難靜沉。為此，煤泥顆粒在循環的過程中不斷細化，就會造成循環水SS濃度的提高，嚴重影響甚至破壞正常的選煤工藝，此時就不得不外排一部分高濃度洗煤廢水，或者加入大量的清水進行稀釋。這樣也造成了洗水的不平衡，無法實現清洗水的團路循環，既造成了環境的污染，又導致了煤泥的流失，形成資源浪費。 混凝沉淀法目前洗煤廢水處理應用的混凝沉淀法最多，是一種廣泛使用的

35、方法。它在具體的處理過程中，應針對不同的洗煤廢水性質，而采用不同的絮凝劑。混凝沉淀法處理洗煤廢水具有很好的處理效果，SS去除率高。與重力濃縮沉淀法相比，能有效保證洗水的閉路循環，即使廢水外排也基本能達到排放標準，優點較多。但是，一般混凝沉淀法的絮凝荊用量較大，藥劑費用也較高，對水處理設各有一定的腐蝕性。所形成的絮體密實度不高，其含水率較大，也不利于過濾和壓濾脫水工藝的進行。煤泥水的主要特點是濃度高粒度細灰分高、顆粒表面多數帶負電荷。同性電荷間的斥力使得這些顆粒在水中保持膠體的分散狀態，它們在水中不僅受重力的作用，還要受到布朗運動的影響。此外，由于煤泥水中固體顆粒界面之間的相互作用，使得煤泥水性

36、質復雜化，它不僅具有懸浮液的特點，還具有膠體的某些性質。正因為這些膠體粒子帶有電荷，阻止了煤泥顆粒間的相互凝聚，并使得洗煤廢水不能發生自然凝聚。因此，為了達到洗煤廢水泥水分離的目的，必須投加合適的混凝劑破壞膠體的穩定性，降低電位。混凝沉淀法是在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離除去的水處理法。混凝澄清法在水處理中的應用是非常廣泛的，它既可以降低原水的濁度、色度等水質的感觀指標，又可以去除多種有毒有害污染物。 重力濃縮沉淀法在重力濃縮沉淀法的水處理中，一般常選用沉淀池、濃縮機等工藝。在淮北礦業集團公司的某些選煤廠煤泥水處理工藝中，煤泥水有的通過撈坑進入濃縮機后，

37、其溢流固體含量不超過10g/L；有的系統采用斜管沉淀池，處理后煤泥水流量為350m3/h，使用了3個30m2的方形池，；表面負荷竟達4m3/(m2h)，洗煤廢水SS濃度為26.67g/L。在日本，個別選煤廠采用2臺深錐濃縮機，溢流水再由沉淀池進一步處理；有的在耙式濃縮機中加入斜板，使溢流水中SS濃度從150g/L降至50g/L。可見采用自然沉淀法處理洗煤廢水時，表面負荷低、占地面積大，廢水處理后懸浮物濃度依然較高，而達不到廢水排放的濃度標準。但是，混凝沉淀法與重力濃縮沉淀法也存在一定的缺陷，所以選擇有效的沉淀濃縮技術，也是處理好洗煤廢水和實現廢水閉路循環的關鍵問題34。4 洗煤廠廢水處理及回用

38、工藝設計4.1 洗煤廢水的處理及回用方案設計工藝流程本課題為洗煤廠廢水處理及回用工藝設計，以某洗煤廠洗煤廢水作為處理對象，洗煤廢水呈弱堿性，懸浮物濃度和COD濃度很高，顆粒表面帶有較強的負電荷，細小顆粒含量大，且過濾性能不好，采用絮凝沉淀和BAF組合的處理工藝為主要工藝。通過對洗煤廠廢水的回用處理，控制廢水中污染物的排放，提高污水的利用率，將處理后的出水全部回用于洗煤生產過程。工藝流程圖如下：圖4.1 洗煤廢水處理流程圖 工藝流程說明（1）廢水部分：洗煤廢水通過格柵進入pH調節池，調節pH之后流入絮凝池，加藥混凝之后流入沉淀池，沉淀后的廢水流入調節池，經提升泵泵入分配井，由分配井均勻分配至4個

39、BAF濾池，經生化反應降解COD后，BAF濾池出水至貯水池，最后貯水池出水經出水池全部回用于洗煤生產過程。反沖洗水由貯水池泵入BAF濾池，反沖洗的出水流回沉淀池。（2）污泥部分：污泥來自于沉淀池，流入污泥濃縮池，經脫水后外運。（3）空氣部分：由工藝曝氣鼓風機在BAF濾池的底部連續鼓入進行生化反應所需的空氣，BAF濾池的反沖洗空氣由反沖洗羅茨鼓風機提供。（4）加藥部分：pH調整池中加入燒堿，絮凝反應池中加入PAC和PAM。5 主體構筑物設計原始資料：設計水質水量及排放標準洗煤廢水水量：Q=30000 m3/d；進水水質：SS=2000mg/L；COD=300mg/L；BOD=200mg/L。出水

40、水質：處理后的廢水應達到國家污水綜合排放標準（GB89781996）二級標準，其主要水質指標為：COD10mg/L；SS10mg/L；pH=6.59；BOD10mg/L；COD去除率90%；BOD去除率95%；SS去除率99%。5.1 格柵設計 確定柵前水深設計流量Qmax=30000 m3/d=0.347m3/s 最優水力斷面公式 （5-1） 式中：最大設計流量，m3/s； 柵前水深，m； 柵前流速，m/s；設=0.7m/s；根據式5-1可得 柵前水深 （5-2）式中：柵前水深，m；則 柵條的間隙數 （5-3）式中：格柵傾角，°，設=60°； 柵條間隙，m，設=0.021

41、m； 過柵流速，m/s，設=0.9m/s； 柵前水深，m；格柵設兩組，按兩組同時工作設計，一格停用，一格工作校核。則 個 柵槽寬度柵槽寬度一般比格柵寬0.20.3m，取0.2m； （5-4）式中：柵槽寬度，m； 柵條的寬度，m，設；則 進水渠道漸寬部分的長度 （5-5）式中：進水渠道漸寬部分的長度，m； 進水渠展開角，°，設=20°；則 柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度 (5-6)式中：柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度,m；則 通過格柵的水頭損失 （5-7）式中：通過格柵的水頭損失，m； 計算水頭損失，m； 系數，格柵受污染物堵塞時水頭損失增大倍數，一般采用；根據 和式

42、 式中：重力加速度，m/s2； 阻力系數，與柵條斷面形狀有關，當柵條斷面為矩形斷面時；可得 柵后槽總高度 （5-8）式中：柵后槽總高度，m； 柵前渠道超高，m；設=0.3m；則 柵槽總長度 （5-9）式中：柵槽總長度，m； 柵前渠道深，m；，m；則 每日柵渣量 (5-10)式中：每日柵渣量，m3/d； 柵渣量，m3/103m3 ，格柵間隙為21mm時，設=0.07 m3/103m3； 總變化系數，=1.5；則 所以宜采用機械格柵清渣。 5.2 pH調節池設計 pH調節池中加入燒堿，調節pH至最佳反應pH，提供后續混凝反應的環境。 pH調節池的有效容積 (5-11)式中：pH調節池的有效容積，m

43、3； 水流量，m3/d，； 水力停留時間，h，設；則 pH調節池面積 （5-12） 式中：pH調節池的面積，m2； 有效水深，m；設；則 設兩座pH調節池，每座取長為30m，寬為25m，超高為0.5m所以Ph調節池的尺寸為 提升泵的選型 (1)污水經提升后進入隔油池，氣浮池，然后自流通過SBR池，生物接觸氧化池。設計流量為Q=1250m3/h。(2)污水提升前水位為-1.4m，污水總提升揚程為：1.8+4.93+3.259.98m。選4PWL污水泵3臺，另備用1臺，單臺泵提升能力72120m3/h，揚程1210.5m，電動機功率7.5Kw，轉速960r/min，外形尺寸。5.3 絮凝反應池的設

44、計在混凝反應池中進行混凝加藥，這里投加的藥劑為PAM和PAC。混凝均勻后進入沉淀池進行混凝沉淀，混凝混合反應池池底設置ZJ-470型折板漿式攪拌機一臺，對廢水進行攪拌混勻。本設計采用的是隔板絮凝反應池。 絮凝反應池有效容積 (5-13)式中：絮凝反應池的有效容積，m3； 反應時間，h，設；則 絮凝反應池面積 （5-14）式中：絮凝反應池面積，m2； 有效水深，m，設；則 取長為12m，寬為8m，超高為0.5m所以絮凝反應池的尺寸為 各檔隔板間距 (5-15)式中各檔的隔板間距，m； 池深，m； 廊道內水流速，m/s； 廊道內水的流速vn由0.5m/s遞減至0.2m/s，則 據此公式，的計算結果

45、列于表2.1。表2.1 各檔隔板間距表 序 號流速 隔板間距計算值采用值累計值10.500.5020.451.0530.401.6540.352.3550.303.1560.254.1570.205.35 藥劑投加量（1）投加聚丙烯酰胺（PAM）： （投加濃度按0.2mg/L計）每天投加量為：（2）投加聚合氯化鋁（PAC）： （投加濃度按11.5mg/L計）每天投加量為： 加藥裝置選型燒堿(NaOH)：采用型號HJY-100的加藥裝置，其配套裝置隔膜計量泵性能為：Q=1m3/h，H=40m，N=0.75kw。聚合氯化鋁(PAC)：采用型號HJY-100的加藥裝置，其配套裝置隔膜計量泵性能為：Q

46、=1m3/h，H=40m，N=0.75kw。 聚丙烯酰胺(PAM)：采用型號HJY-100的加藥裝置，其配套裝置隔膜計量泵性能為：Q=0.1m3/h，H=40m，N=0.25kw。5.4 沉淀池的設計 沉淀池是分離懸浮物的一種常用處理構筑物，利用水中懸浮顆粒可沉淀性能，在重力場作用下下沉，以達到固液分離的目的。本設計采用輻流式沉淀池。 沉淀部分水面面積 （5-16）式中：沉淀部分水面面積，m2； 池數，個；設池數； 表面負荷，m3/（m2h），設；則 池子直徑 （5-17）式中：池子的直徑，m則 沉淀部分有效水深 （5-18）式中：沉淀部分有效水深，m； 沉淀時間，h，設；則 沉淀部分有效容積 （5-19）式中：沉淀部分有效容積，m3；則 污泥部分所需容積 （5-20）式中：污泥部分所需容積，m3； 進水懸浮物濃度，t/m3； 出水懸浮物濃度，t/m3； 兩次清除污泥相隔時間，d，設； 污泥的容重，