混凝剂在煤泥水处理中的研究

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：非淡泊无以明志，非宁静无以致远。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了混凝剂在煤泥水处理中的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

混凝剂的选择是煤泥水处理中最重要的环节，它直接影响着煤泥水的处理效果.混凝剂可以分为无机凝聚剂和有机絮凝剂.本试验以上清液浊度、浑液面沉速和污泥比阻为衡量标准比较了单独使用无机凝聚剂、单独使用有机絮凝剂和联合使用无机凝聚剂与有机絮凝剂三种方法的处理效果.试验数据表明：处理高浓度煤泥水，后两种方法能达到理想的处理效果，并得出了后两种方法的最佳投药量.
煤泥水是选煤生产工艺过程中产生的工业废水，其中含有大量的煤质颗粒和泥质颗粒，随着洗水闭路循环及环境保护要求的日益提高，煤泥水处理在选煤厂中变得越来越重要，在煤泥水处理过程中，煤泥水首先进入浓缩机，在重力的作用下固体颗粒逐渐沉降，进入浓缩机底流，初步澄清的水越过浓缩机溢流堰返回使用或进入二次浓缩进行深度净化后使用；浓缩机底流给入压滤机进行固液分离，净化的滤液返回使用，煤泥作为产品销售.在浓缩过程中，为了提高固体颗粒的沉降速度和溢流水的澄清度，通常在浓缩机中添加一定量的混凝剂.所以混凝剂的选择是煤泥水处理中最重要的环节，也是人们研究的热点，合理地选用混凝剂不但能收到良好的去除效果，而且能降低处理成本，对环境也能起到一定的保护作用.
凡是能使水溶液中的溶质，胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质都叫做混凝剂，根据水体中胶体颗粒脱稳凝聚过程的不同阶段的作用机理，将主要通过表面电荷中和或双电层压缩而使胶体颗粒脱稳的药?a href='http://www.baiven.com/baike/224/265859.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>脸谱髂奂粒乖谕盐群蟮慕禾蹇帕Ｖ洳芮抛饔靡约霸诔两倒讨胁砩ㄗ饔玫囊┘脸谱餍跄?
1 试验方法
1.1 仪器与试剂
仪器：GDS-3A型光电浊度仪布氏漏斗
试剂：聚合氯化铝(PAC)、三氯化铁(FeCl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、硫酸镁(MgSO4)、聚丙烯酰胺(PAM)及其系列(APAM-6100、APAM-6080、APAM-6060、NPAM-7100、NPAM-7100、NPAM-7060).
1.2 试验用水
取自山西潞安矿业集团公司司马矿选煤厂煤泥水，其基本水质特征：SS=74.1g/L，pH=6.74，比重=1.02，浊度=67000个NTU，煤泥灰分低，粘度大，粒径大于0.125的煤泥颗粒占45.5%，小于0.045的煤泥颗粒占30.9%.
1.3 试验方法
1.3.1 上清液的浊度和浑液面沉速的测定方法
采用浑液面静水沉淀实验，具体方法如下
①按要求配制成2%的PAC溶液和0.1%的PAM溶液
②采用坐标纸制成纸带，附于500mL量筒外壁上，并以液面为原点，单位为mm，方向向下建立纵坐标系.本实验所用量筒的纵坐标总高度为249.0mm.
③将搅拌均匀的煤泥水样取500mL置于准备好的500mL量筒中，迅速加入事先计算好的药液，把量筒加盖后上下翻转5次，转速以每次翻转时气泡上升完毕为准.
④翻转完毕后，立刻将量筒竖立于垂直的日光灯前，并立即启动秒表计时.每经过5～10s记录一次浑液面的下降位置.开始时按5s间隔记录，待浑液面接近压缩区时，再按10s间隔记录，直至沉淀物的体积不发生明显变化时为止，由此可计算出浑液面的沉速.3分钟后测其上清液浊度，浊度测量采用GDS-3A型光电浊度仪.
1.3.2 污泥比阻的测定
在定压下(采取抽真空方式，真空度一般为0.05MPa)对污泥进行抽滤，通过测定一系列的t～V数据，然后在直角坐标系下作t/V～V关系图，得b；通过烘干截留的滤饼，称重得到滤饼总量W，再除以总体积V，得w.根据公式r=2PA2b/uw即可以得到污泥比阻r.污泥比阻抽滤测定装置如图1所示.

2 结果与讨论
2.1 凝聚剂的选择
目前常用的凝聚剂有聚合氯化铝(PAC)、三氯化铁(FeCl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、硫酸镁(Mg-SO4).按照试验方法1.3.1得出各种药剂的上清液的浊度和浑液面沉速如表1所示(表中药剂投加量为10.8kg/t.煤，静置10分钟测定上清液浊度)

凝聚剂先在水中水解，带正电的水解产物吸附在带负电的胶体颗粒表面，部分或全部中和胶体颗粒表面电荷，使胶体脱稳并相互碰撞粘结生长为大颗粒的过程即为凝聚过程.试验观察到单独投加无机凝聚剂形成的矾花非常小，由表1可以看出，聚合氯化铝和三氯化铁的处理效果优于硫酸铝和硫酸镁，这是铁盐的水解速度比铝盐和镁盐快，水解产物的溶解度小，密度大；而聚合氯化铝将Al3+的水解过程提前到反应制备过程中，产品以各种聚合物种和Al(OH)3的形态直接存在于水中，在混凝过程中就不会出现Al3+的水解过程，所以混凝效果也较好.但四种凝聚剂上清液的浊度都比较高，而且浑液面的沉速也比较小，这是因为煤泥水属于高浓度水，颗粒之间的距离比较近，排斥力比较小，这时需要絮凝剂的架桥作用而非凝聚剂的电性中和作用.所以单独投加无机凝聚剂达不到理想的处理效果.
2.2 絮凝剂的选择与投药量的确定
有机高分子絮凝剂主要有合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂，合成高分子絮凝剂由于分子量大，分子链官能团多的结构特点在市场上占绝大优势，其中以聚丙烯酰铵系列最为广泛，市面上常见的有APAM-6100、APAM-6080、APAM-6060、NPAM-7100、NPAM-7100、NPAM-7060，不同的PAM因为分子量不同，主链长度不一样.所以处理效果不一样，一般来说，分子量越大，处理效果越好.试验发现，单独投加NPAM-7080在处理高浓度煤泥水有较好的效果，形成的矾花大也比较密实，其投药量与上清液浊度和浑液面沉速的关系如图2所示.

由图2可以看出，单独投加有机絮凝剂，当投药量大于70g/t.煤时上清液浊度就小于100个NTU，而且随着投药量的加大，上清液浊度先下降然后上升，其间有一个最佳值，对于试样煤泥水来说，PAM的最佳投药量约为80g/t.煤.这是因为沉降效率主要取决于絮凝剂的浓度和悬浮固体的浓度，如果絮凝剂的用量过多，由于粒上的吸附点被迅速占领，结果就减少了架桥的可能性，絮凝效率反而降低.
2.3 PAM与NPAC的联合使用
由2.1可知，聚合氯化铝和三氯化铁的处理效果相当，因为三氯化铁对设备有腐蚀作用，所以试验选用聚合氯化铝作为凝聚剂与有机絮凝剂NPAM-7080联合使用处理高浓度煤泥水.
2.3.1 NPAM-7080与PAC的投加顺序对处理效果的影响

由表2可以看出，先投加无机凝聚剂，再投加有机絮凝剂有较好的处理效果，先利用无机混凝剂水解络合压缩水中胶体粒子的双电层，降低ζ电位，形成微小絮凝团，再利用高分子有机絮凝剂的大分子长链进行吸附架桥，这样形成的矾花大而密实有利于胶体和悬浮物的去除.
2.3.2 投药量的确定
试验发现，联合使用PAM与PAC能大大减少PAM的用量，形成的矾花也大而密实.当PAM的投加量为40g/t.煤时，只要无机凝聚剂投加量适合，就能达到较好的处理效果.试验还发现，当PAM投加量一定时，无机凝聚剂的投加量也有一个最佳值，试验结果如图3所示.从图3可以看出，当PAM的投加量为40g/t.煤时，无机凝聚剂的投加量为1.0kg/t.煤时效果最好.
2.4 污泥比阻的测定
污泥比阻用来衡量污泥脱水的难易程度，它反映了水分通过污泥颗粒所形成的泥饼层时所受阻力的大小.比阻与过滤压力及过滤面积的平方成正比，与滤液的动力粘滞度及滤饼的干固体质量成反比并取决于污泥的性质，不同的污泥种类其比阻差别较大.一般说来，比阻<1×1011m/kg的污泥易于脱水，比阻>1×1013m/kg的污泥难于脱水.取单独投加有机絮凝剂，投药量为80g/t.煤的污泥和联合使用无机凝聚剂和有机絮凝剂，投药量分别为1.0kg/t.煤和40g/t.煤的污泥.按1.3.2的方法测得单独投加有机絮凝剂的污泥比阻为5.7×1010m/kg，联合投加的污泥比阻为3.6×1010m/kg.可知两种方法所得的污泥都属于易脱水的污泥，并且联合投加得到的污泥比单独投加有机絮凝剂得到的污泥更易于脱水.
3 结论与经济分析
从以上试验可以看出，单独使用有机絮凝剂和联合使用无机凝聚剂和有机絮凝剂都可以达到较好的混凝沉淀效果，单独使用有机絮凝剂大约需要投加80g/t.煤，而联合使用大约需要无机凝聚剂1.0kg/t.煤，有机絮凝剂约40g/t.煤.有机絮凝剂的价格大约是13800元/吨，无机凝聚剂的价格大约是1200元/吨，所以，单独使用有机絮凝剂的处理成本为1.1元/t.煤，联合使用无机凝聚剂与有机絮凝剂的处理成本为1.7元/t.煤.虽然联合使用无机凝聚剂和有机絮凝剂得到的污泥比阻比单独投加有机絮凝剂小，但因为都属于易脱水污泥，污泥处理成本相差不太大.所以总的算来，对高浓度煤泥水来说，单独使用有机絮凝剂能达到最好效果.