陰離子聚丙烯酰胺PAM絮凝劑處理洗煤廠廢水后可以循環(huán)使用

【資料簡(jiǎn)介】

陰離子聚丙烯酰胺PAM絮凝劑處理洗煤廠廢水后可以循環(huán)使用

摘要：煤炭業(yè)在煤的生產(chǎn)、運(yùn)輸、應(yīng)用等過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。例如選煤廠的洗煤廢水、燃煤廠地面的沖洗廢水等雜質(zhì)含量、提高煤炭質(zhì)量而對(duì)煤進(jìn)行洗選、精選所產(chǎn)生的洗煤廢水等。這些廢水具有水量大、污染重、處理困難等特點(diǎn)。中國(guó)煤炭行業(yè)廢水既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了資源。因此對(duì)洗煤廢水進(jìn)行有效處理是非常必要的。
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1 洗煤廢水的性質(zhì)
　　洗煤廢水中包含有煤泥顆粒（粗煤泥顆粒0.5～1mm，細(xì)煤泥顆粒0～0.5mm），礦物質(zhì)，粘土顆粒等。洗煤廢水一般具有SS、CODcr、BOD5濃度高、ζ電位極負(fù)的特點(diǎn)（見(jiàn)表1），因此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質(zhì)，還往往帶有膠體的性質(zhì)；細(xì)煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，這些性質(zhì)決定了該類(lèi)廢水污染重、處理難度大。

表1 部分煤礦洗煤廢水水質(zhì)

洗煤廢水來(lái)源

pH

SS/(mg·L-1)

CODcr/(mg·L-1)

BOD5/(mg·L-1)

ζ電位/mV

鐵法礦洗煤水

9.16

36410

3378

1120

-11.5～-90

曉明礦洗煤水

8.14～8.46

70000～100000

25000～43000

 

-72～-75

小青礦洗煤水

8.63～9.17

75000～150000

28000～48000

 

-37～-55

靈石洗煤外排水

6.7

5151

1279

32

 

2 洗煤廢水常規(guī)處理工藝
　　過(guò)去選煤廠采用煤泥水直接排入煤泥沉淀池中進(jìn)行沉淀處理，澄清水循環(huán)使用或外排。由于洗煤廢水中的細(xì)煤泥顆粒、粘土顆粒很難靜沉，煤泥顆粒在循環(huán)過(guò)程中不斷細(xì)化，造成循環(huán)水SS濃度提高，影響甚至破壞選煤工藝。這時(shí)就不得不外排一部分高濃度洗煤廢水或加入大量的清水進(jìn)行稀釋?zhuān)瑥亩斐上此黄胶�，無(wú)法實(shí)現(xiàn)清洗水的閉路循環(huán)，既造成環(huán)境污染又導(dǎo)致煤泥流失、資源浪費(fèi)。
2.1 重為濃縮沉淀法
　　重力濃縮沉淀法中，常選用沉淀池、濃縮機(jī)等工藝。某公司選煤車(chē)間煤泥水處理工藝中，煤泥水通過(guò)撈坑進(jìn)入濃縮機(jī)后，其溢流固體含量不超過(guò)10g/L。南票礦務(wù)局水凌礦水采系統(tǒng)使用斜管沉淀池，處理煤泥水流量為350m3/h，使用了3個(gè)29m2的方形池，表面負(fù)荷4m3/(m2·h)，洗煤廢水SS濃度 26.67g/L。由此可見(jiàn)，采用自然沉淀法處理洗煤廢水，表面負(fù)荷低、占地面積大，廢水處理后懸浮物濃度依然較高，不能達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 混凝沉淀法
　　混凝沉淀法是目前洗煤廢水處理中廣泛使用的方法。針對(duì)不同的洗煤廢水性質(zhì)，采用不同的絮凝劑進(jìn)行處理。表2給出了部分煤泥水混凝沉淀處理的情況。

表2 煤泥水的混凝沉淀處理效果

洗煤廢水來(lái)源

進(jìn)水SS濃度/(g·L-1)

投加絮凝劑種類(lèi)

出水SS濃度/(g·L-1)

小青礦

75～150

PAM+石灰

0.087

雞西城子河選煤廠

40

PHP

4～6

龐莊選煤廠

80～90

PAM(60～70mg/L)+硫酸鋁(100～150mg/L)

＜0.35

大屯選煤廠

8～10

PAM(＜5mg/L)

0.035

　　與重力濃縮沉淀法相比，混凝沉淀法處理洗煤廢水具有處理效果好、SS去除率高的特點(diǎn)，可以有效保證洗水的閉路循環(huán)，即使廢水外排也基本能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，一般來(lái)說(shuō)，混凝沉淀法的絮凝劑用量較大，藥劑費(fèi)用較高，對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕性，而且形成的絮體密實(shí)度不高，含水率較大，不利于過(guò)濾和壓濾脫水。
　　以上兩種沉淀法存在一定缺陷。因此，有效的沉淀濃縮技術(shù)是洗煤廢水處理和實(shí)現(xiàn)廢水閉路循環(huán)的關(guān)鍵。
3 結(jié)團(tuán)凝聚處理技術(shù)
3.1 結(jié)團(tuán)凝聚機(jī)理及原水水質(zhì)  
　　結(jié)團(tuán)絮凝作為一種新型水處理技術(shù)，主要是通過(guò)提高絮凝體的密度實(shí)現(xiàn)固液的高速分離。結(jié)團(tuán)凝聚工藝是以絮凝動(dòng)力學(xué)為原理的一種水處理技術(shù)，此工藝通過(guò)控制物理化學(xué)條件、動(dòng)力平衡條件使洗煤廢水中的煤泥顆粒在實(shí)驗(yàn)裝置中或在實(shí)際工藝的設(shè)備中形成結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)團(tuán)絮體（Pellet Floc），從而達(dá)到高效去除懸浮物的目的。此工藝可省去預(yù)處理構(gòu)筑物，處理后的水質(zhì)可達(dá)到澄清要求，水力停留時(shí)間短，表面負(fù)荷高，處理效果好。
　　實(shí)驗(yàn)水樣采用西安霸橋電廠從燃煤輸送帶飛落在通道地面的煤粉，經(jīng)篩分，取400μm 以下的細(xì)煤粒，用自來(lái)水充分浸泡，配制的濃度為10g/L，洗煤廢水的pH值為8.86，ζ電位為-32.8mV，且煤泥顆粒粒度細(xì)�。�30μm以下的煤粉占52％），無(wú)機(jī)碳含量大（占總碳量的90％）。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
　　結(jié)團(tuán)工藝有兩個(gè)控制過(guò)程，一是理想的初始粒子的形成階段，二是結(jié)團(tuán)體的形成階段，每一個(gè)階段又由物理化學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件來(lái)控制。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)控制PAC、PAM的投量，以及水流上升速度UW和攪拌轉(zhuǎn)速n，得出結(jié)團(tuán)凝聚發(fā)生的條件。
　　 ①PAC的作 用是通過(guò)壓縮雙電層使水中顆粒脫穩(wěn)后發(fā)生凝聚，PAC投量要以滿足形成理想的初始粒子的要求為前提，在實(shí)驗(yàn)條件為 ρ(PAM)=1.1mg/L，ω=38r/min，UW=18.6cm/min的情況下，改變PAC投量、結(jié)團(tuán)體的有效密度 ρe、粒徑dp、出水濁度SS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)中得出PAC的適宜投量范圍為1.78～3.00mg/L。

表3 PAC投量對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響

PAC投量/
(mg·L-1)

ρe/
(kg·m-3)

dp/
mm

SSt/
NTU

0.57

85.40

0.544

54.8

1.84

69.75

0.672

24.3

2.60

50.00

0.839

18.5

3.30

49.05

0.956

16.6

4.02

40.12

1.136

16.5

4.78

34.42

1.266

16.3

　�、诤幽虾ｍ嵕郾０稰AM的作用是靠高分子的強(qiáng)烈作用，實(shí)現(xiàn)架橋凝聚，增大結(jié)團(tuán)體的內(nèi)部結(jié)合力，使之致密化，這樣可以實(shí)現(xiàn)初始粒子在核絮體表面的逐個(gè)附著，在ρ(PAM)=2.6mg/L，N＝ 38r/min，UW=18.6cm/min的條件下，結(jié)團(tuán)體的ρe、和的SSt隨PAM投量變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。本實(shí)驗(yàn)條件下PAM適宜的投量為1.10 ～2.90mg/L 。

表4 PAM投量對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響

PAM投量/
(mg·L-1)

ρe/
(kg·m-3)

dp/
mm

SSt/
NTU

0.84

40.32

0.890

52.0

1.10

42.86

1.046

27.1

1.78

48.25

1.175

26.4

2.39

53.14

1.139

22.5

2.90

62.74

1.034

20.6

4.41

84.50

0.900

20.1

　�、� 增大上升流速UW，即增大水力負(fù)荷，提高了懸浮顆粒的去除效率，但增大上升流速UW，結(jié)團(tuán)流化床中懸浮層體積濃度會(huì)降低，從而削弱了煤泥結(jié)團(tuán)體的致密作用，使顆粒有效密度ρe降低。實(shí)際工程中，既要得到大程度的上升流速，又要使結(jié)團(tuán)體致密、有效密度大、出水濁度低，得出適宜的上升流速范圍。在實(shí)驗(yàn)為ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，ω=38r/min的條件下，改變上升流速UW，分析指標(biāo)ρe、dp、SSt的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。本實(shí)驗(yàn)條件下，上升流速 UW=50cm/min 為宜。

表5 UW對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響

UW/
(cm·min-1)

ρe/
(kg·m-3)

dp/
mm

SSt/
NTU

19.1

74.87

0.742

22.1

29.4

69.34

0.803

26.2

40.7

46.78

0.887

29.5

49.2

37.83

1.043

31.6

59.7

36.50

1.104

43.3

　�、� 攪拌轉(zhuǎn)速的作用是為結(jié)團(tuán)體的致密提供動(dòng)力，同時(shí)保證流化床中結(jié)團(tuán)體成長(zhǎng)粒度及布水的均勻性，使系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。轉(zhuǎn)速n的提高，致使剪切作用發(fā)生變化，結(jié)團(tuán)體致密作用增強(qiáng)，但強(qiáng)烈的剪湖作用會(huì)使dp減小，在實(shí)際工程中，為降低能耗，也要選擇適宜的轉(zhuǎn)速值。攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表6。在實(shí)驗(yàn)條件為ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，UW=22cm/min 時(shí)，適宜的轉(zhuǎn)速值n為40～80r/min。
　　針對(duì)不同的水質(zhì)條件，通過(guò)改變PAC、PAM的投量以及UW、n的值，可對(duì)該工藝操作條件進(jìn) 行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該工藝與傳統(tǒng)工藝相比，水處理表面負(fù)荷提高5～10倍，懸浮物去除率高達(dá)99％以上。

表6 轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響

轉(zhuǎn)速/
(r·min-1)

ρe/
(kg·m-3)

dp/
mm

SSt/
NTU

20

40.46

1.301

50.2

40

41.71

1.264

41.3

60

53.53

1.123

30.2

80

73.29

0.978

22.4

100

83.01

0.882

21.5

120

108.34

0.702

20.3

4 新技術(shù)應(yīng)用前景
　　結(jié)團(tuán)凝聚工藝能高效處理洗煤廢水，對(duì)實(shí)現(xiàn)廢水的再生回用充分利用水資源具有重要的意義，將產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益。隨裝置結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)條件的不斷改進(jìn)與完善，水力負(fù)荷會(huì)進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)該工藝的小型化、設(shè)備化。結(jié)團(tuán)凝聚技術(shù)在洗煤廢水處理及其它水處理的應(yīng)用方面都具有十分廣闊的前景。