1.3　高浓度洗煤废水难处理原因分析及对环境的污染

1.3.1　高浓度洗煤废水的特点及难处理原因分析

（1）高浓度洗煤废水的特点

通过以上洗煤废水性质的分析测试结果可以看出，高浓度洗煤废水是一种呈弱碱性的稳定胶体分散体系，具体有如下几个显著的特点。

①悬浮物浓度高。高浓度洗煤废水的浓度比城市污水处理厂浓缩池底流的浓度（一般仅为5000mg/L左右）要高很多，一般在70000mg/L左右。

②COD的浓度高，但与SS的浓度高低存在着一定的关系。SS的浓度高，COD的浓度高；SS的浓度低，COD的浓度也低。

③微细颗粒含量高。从煤泥颗粒粒径分布的测定结果看，高浓度洗煤废水中微细颗粒含量高，小于0.075mm的颗粒含量一般在56%以上。高浓度洗煤废水中的微细颗粒主要是黏土矿物颗粒，这些颗粒的聚沉稳定性决定着洗煤废水处理的难易程度。

④过滤性能差。从实验计算结果可以看出，小青矿、大隆矿和晓明矿洗煤废水的污泥比阻值均大于0.4×10¹³m/kg，说明这类高浓度洗煤废水的过滤性能较差，不能采用直接压滤脱水的方法处理。

⑤颗粒表面带有较强的负电荷。实验结果说明高浓度洗煤废水中的煤泥颗粒表面都是带有较强负电荷的胶体体系，而且ζ电位都比较高，一般在-0.050V以上。

⑥黏度较高。实验结果表明，高浓度洗煤废水属于高黏度废水，其黏度比水的黏度大4倍以上。

⑦煤泥颗粒密度小。煤泥颗粒的密度一般在1.05～1.15kg/m³，与水的密度相差不大。

（2）高浓度洗煤废水难处理原因分析

高浓度洗煤废水是一种难处理的工业废水，久置不沉。通过上述的特点分析认为，高浓度洗煤废水难于处理的原因主要包括以下几点。

①悬浮颗粒带有较强的负电荷，使洗煤废水成为一种稳定的胶体分散体系。颗粒表面带电是洗煤废水稳定的根本原因。

a.较强负电荷的胶体颗粒之间产生较强的静电斥力，而且ζ电位越高，胶粒间的静电斥力越大，胶粒越稳定；

b.胶粒的布朗运动因胶粒间的静电斥力而使胶体具有稳定性；

c.胶粒带电能将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜，从而阻止胶粒间的相互接触。水化膜厚度决定于扩散层厚度，而扩散层厚度又影响ζ电位。如果胶粒ζ电位消除或减弱，水化膜也随之消失或减弱。

因此，处理洗煤废水首先要降低ζ电位，破坏胶体的稳定性，然后再采取其他措施，强化凝聚效果。

洗煤废水胶体体系形成的主要原因是煤泥中SiO₂的含量较高。煤泥颗粒表面上的SiO₂分子，有一部分与水作用生成硅酸，并进一步离解成H⁺和Si：

　　        （1-6）

　　        （1-7）

SiO₂胶核首先吸附有共同成分的Si，使颗粒表面带有负电，所形成的胶粒结构为：［（SiO₂）_m·nSi，2（n-x）H⁺］^2x-，这类胶体属于亲水胶体。

其次Al₂O₃含量偏高，也是胶体形成的一个重要原因。在洗煤废水的水溶液中，Al₂O₃有部分分子与水作用生成Al（OH）₃，Al（OH）₃是两性物质，在适宜的pH值范围内离解成H⁺ 和：

　　        （1-8）

　　        （1-9）

Al（OH）₃吸附Al形成带电胶粒，胶粒结构为{［Al（OH）₃］_m·nAl ，（n-x）H⁺}^x-。

黏土颗粒的阳离子取代（如三价铝离子取代硅氧四面体中的部分四价硅，三价铁离子取代铝氧八面体中的部分三价铝等）及黏土颗粒表面氢氧基团的电离等也能使颗粒带负电。

另外，炭黑颗粒表面的羟基—OH和羧基—COOH基团在水中离解也能使颗粒表面带电，这也是胶体带电的一个因素。

②微细颗粒含量高是高浓度洗煤废水难处理的原因之一。粒径越小，沉速越小，沉淀分离就越困难。在洗煤废水处理领域，一般认为煤泥颗粒粒径小于0.075mm的颗粒是很难靠自然沉降分离的，而高浓度洗煤废水中小于0.075mm的微细颗粒含量均高于55%。

③污泥比阻大，过滤性能差是增加高浓度洗煤废水处理难度的因素之一。对于一些洗煤废水，其过滤性能比较好，采用直接压滤脱水的方法就可以实现洗煤废水的闭路循环。高浓度洗煤废水的过滤性能较差，直接压滤脱水很难实现泥水分离，而且也不经济。

④悬浮物浓度高、煤泥颗粒密度小以及黏度较高等因素也都是影响高浓度洗煤废水泥水分离的不利因素。

1.3.2　高浓度洗煤废水对环境的污染

（1）悬浮物的污染

悬浮物是洗煤废水中的主要污染因子。洗煤废水中的悬浮物严重超标，一般超标几十倍，有的甚至超标几百倍、几千倍。

表1-12为洗煤废水中悬浮物的浓度和几个主要产煤国煤矿废水悬浮物排放标准。

洗煤废水中的悬浮物主要是细小的煤粒和黏土类颗粒，这些悬浮物大量进入水域后，水体的浊度增加、透光度减弱，产生的危害主要如下。

①使水体色度加深，透光性减弱，影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖，妨碍水体的自净作用；

②悬浮固体可能堵塞鱼鳃，导致鱼类窒息死亡；

③由于微生物对有机悬浮固体的代谢作用，会消耗掉水体中的溶解氧；

④悬浮固体中的可沉固体，沉积于河底，造成底泥积累与腐化，使水体水质恶化；

⑤悬浮固体可作为载体，吸附其他污染物质，随水流迁移污染。

另外，水体受溶解固体污染后，使溶解性无机盐浓度增加，如作为给水水源，水味涩口，甚至引起腹泻，危害人体健康，故饮用水的溶解固体含量应不高于500mg/L。工业锅炉用水要求更加严格。农田灌溉用水，要求不宜超过1000mg/L，否则会引起土壤板结。

（2）煤的染色作用对水体的色度影响

煤是一种特殊的染色体，对水体有一定的染色作用，从而造成水体的色度严重超标。色度是一种感观性指标，色度较高的水体会引起人们感官不悦。在接纳洗煤废水的水系中，颜色皆呈黑色，严重影响水的透明度，直接破坏自然环境，给人以污浊厌恶之感。尤其是在风景游览地区，影响更大。

（3）选煤药剂的污染

煤泥分选，尤其是采用浮选方法时需要加各种不同的药剂，其中包括起泡剂（松油、杂醇类等）、捕收剂（煤油、轻柴油等）、调整剂（酸、碱等）等，另外在煤泥浓缩、煤泥压滤过程中也要投加絮凝剂，如聚丙烯酰胺等。由于这些药剂的使用，使得外排水中的一些指标超标，给环境造成严重污染，据报道，某选煤厂外排水中油的测定值达25.7mg/L，最高时达95.9mg/L，超出排放标准10倍左右。由于高含量的油类物质会在水面形成油膜，影响水体的复氧，并消耗水中的溶解氧，从而能使水体形成严重的缺氧状态，所以，最终影响水生植物及鱼类的繁殖生长。另外，洗煤废水中的有毒物质、有机物及pH值也是环境的污染源。

（4）各种金属离子的污染

煤炭颗粒和灰分中含有一些金属离子，洗选后有部分金属离子进入洗煤废水中。测定表明，选煤厂外排水较入洗前清水中金属离子含量增高。表1-13为某选煤厂洗煤废水中金属离子的含量。