陰離子聚丙烯酰胺PAM絮凝劑處理洗煤廠廢水后可以循環使用

【資料簡介】

陰離子聚丙烯酰胺PAM絮凝劑處理洗煤廠廢水后可以循環使用

摘要：煤炭業在煤的生產、運輸、應用等過程中會產生大量的廢水。例如選煤廠的洗煤廢水、燃煤廠地面的沖洗廢水等雜質含量、提高煤炭質量而對煤進行洗選、精選所產生的洗煤廢水等。這些廢水具有水量大、污染重、處理困難等特點。中國煤炭行業廢水既污染了環境，又浪費了資源。因此對洗煤廢水進行有效處理是非常必要的。
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1 洗煤廢水的性質
　　洗煤廢水中包含有煤泥顆粒（粗煤泥顆粒0.5～1mm，細煤泥顆粒0～0.5mm），礦物質，粘土顆粒等。洗煤廢水一般具有SS、CODcr、BOD5濃度高、ζ電位極負的特點（見表1），因此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質，還往往帶有膠體的性質；細煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，這些性質決定了該類廢水污染重、處理難度大。

表1 部分煤礦洗煤廢水水質

洗煤廢水來源

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 洗煤廢水常規處理工藝
　　過去選煤廠采用煤泥水直接排入煤泥沉淀池中進行沉淀處理，澄清水循環使用或外排。由于洗煤廢水中的細煤泥顆粒、粘土顆粒很難靜沉，煤泥顆粒在循環過程中不斷細化，造成循環水SS濃度提高，影響甚至破壞選煤工藝。這時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行稀釋，從而造成洗水不平衡，無法實現清洗水的閉路循環，既造成環境污染又導致煤泥流失、資源浪費。
2.1 重為濃縮沉淀法
　　重力濃縮沉淀法中，常選用沉淀池、濃縮機等工藝。某公司選煤車間煤泥水處理工藝中，煤泥水通過撈坑進入濃縮機后，其溢流固體含量不超過10g/L。南票礦務局水凌礦水采系統使用斜管沉淀池，處理煤泥水流量為350m3/h，使用了3個29m2的方形池，表面負荷4m3/(m2·h)，洗煤廢水SS濃度 26.67g/L。由此可見，采用自然沉淀法處理洗煤廢水，表面負荷低、占地面積大，廢水處理后懸浮物濃度依然較高，不能達到廢水排放標準。
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。針對不同的洗煤廢水性質，采用不同的絮凝劑進行處理。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

洗煤廢水來源

進水SS濃度/(g·L-1)

投加絮凝劑種類

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，可以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。但是，一般來說，混凝沉淀法的絮凝劑用量較大，藥劑費用較高，對設備有一定的腐蝕性，而且形成的絮體密實度不高，含水率較大，不利于過濾和壓濾脫水。
　　以上兩種沉淀法存在一定缺陷。因此，有效的沉淀濃縮技術是洗煤廢水處理和實現廢水閉路循環的關鍵。
3 結團凝聚處理技術
3.1 結團凝聚機理及原水水質  
　　結團絮凝作為一種新型水處理技術，主要是通過提高絮凝體的密度實現固液的高速分離。結團凝聚工藝是以絮凝動力學為原理的一種水處理技術，此工藝通過控制物理化學條件、動力平衡條件使洗煤廢水中的煤泥顆粒在實驗裝置中或在實際工藝的設備中形成結構緊密的結團絮體（Pellet Floc），從而達到高效去除懸浮物的目的。此工藝可省去預處理構筑物，處理后的水質可達到澄清要求，水力停留時間短，表面負荷高，處理效果好。
　　實驗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，經篩分，取400μm 以下的細煤粒，用自來水充分浸泡，配制的濃度為10g/L，洗煤廢水的pH值為8.86，ζ電位為-32.8mV，且煤泥顆粒粒度細小（30μm以下的煤粉占52％），無機碳含量大（占總碳量的90％）。
3.2 實驗結果及分析
　　結團工藝有兩個控制過程，一是理想的初始粒子的形成階段，二是結團體的形成階段，每一個階段又由物理化學條件和動力學條件來控制。實驗中通過控制PAC、PAM的投量，以及水流上升速度UW和攪拌轉速n，得出結團凝聚發生的條件。
　　 ①PAC的作 用是通過壓縮雙電層使水中顆粒脫穩后發生凝聚，PAC投量要以滿足形成理想的初始粒子的要求為前提，在實驗條件為 ρ(PAM)=1.1mg/L，ω=38r/min，UW=18.6cm/min的情況下，改變PAC投量、結團體的有效密度 ρe、粒徑dp、出水濁度SS的實驗結果見表3。實驗中得出PAC的適宜投量范圍為1.78～3.00mg/L。

表3 PAC投量對結團凝聚的影響

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

　　②河南海韻聚丙烯酰胺PAM的作用是靠高分子的強烈作用，實現架橋凝聚，增大結團體的內部結合力，使之致密化，這樣可以實現初始粒子在核絮體表面的逐個附著，在ρ(PAM)=2.6mg/L，N＝ 38r/min，UW=18.6cm/min的條件下，結團體的ρe、和的SSt隨PAM投量變化的實驗結果見表4。本實驗條件下PAM適宜的投量為1.10 ～2.90mg/L 。

表4 PAM投量對結團凝聚的影響

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

　　③ 增大上升流速UW，即增大水力負荷，提高了懸浮顆粒的去除效率，但增大上升流速UW，結團流化床中懸浮層體積濃度會降低，從而削弱了煤泥結團體的致密作用，使顆粒有效密度ρe降低。實際工程中，既要得到大程度的上升流速，又要使結團體致密、有效密度大、出水濁度低，得出適宜的上升流速范圍。在實驗為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ρe、dp、SSt的實驗數據見表5。本實驗條件下，上升流速 UW=50cm/min 為宜。

表5 UW對結團凝聚的影響

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

　　④ 攪拌轉速的作用是為結團體的致密提供動力，同時保證流化床中結團體成長粒度及布水的均勻性，使系統持續穩定運行。轉速n的提高，致使剪切作用發生變化，結團體致密作用增強，但強烈的剪湖作用會使dp減小，在實際工程中，為降低能耗，也要選擇適宜的轉速值。攪拌轉速對結團凝聚的影響較實驗的結果見表6。在實驗條件為ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，UW=22cm/min 時，適宜的轉速值n為40～80r/min。
　　針對不同的水質條件，通過改變PAC、PAM的投量以及UW、n的值，可對該工藝操作條件進 行優化。實驗結果證明，該工藝與傳統工藝相比，水處理表面負荷提高5～10倍，懸浮物去除率高達99％以上。

表6 轉速對結團凝聚的影響

轉速/
(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 新技術應用前景
　　結團凝聚工藝能高效處理洗煤廢水，對實現廢水的再生回用充分利用水資源具有重要的意義，將產生顯著的環境效益和社會效益。隨裝置結構和實驗條件的不斷改進與完善，水力負荷會進一步提高，實現該工藝的小型化、設備化。結團凝聚技術在洗煤廢水處理及其它水處理的應用方面都具有十分廣闊的前景。