摘　要:混凝劑的選擇是煤泥水處理中最重要的環(huán)節(jié)，它直接影響著煤泥水的處理效果?；炷齽┛?以分為無機凝聚劑和有機絮凝劑。本試驗以上清液濁度、渾液面沉速和污泥比阻為衡量標準比較了單獨 使用無機凝聚劑、單獨使用有機絮凝劑和聯(lián)合使用無機凝聚劑與有機絮凝劑三種方法的處理效果。試驗 數(shù)據(jù)表明:處理高濃度煤泥水，后兩種方法能達到理想的處理效果，并得出了后兩種方法的最佳投藥量。

關鍵詞:煤泥水;無機凝聚劑;有機絮凝劑;污泥比阻

煤泥水是選煤生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，其中含有大量的煤質顆粒和泥質顆粒，隨著洗水閉 路循環(huán)及環(huán)境保護要求的日益提高，煤泥水處理在選煤廠中變得越來越重要，在煤泥水處理過程中，煤 泥水首先進入濃縮機，在重力的作用下固體顆粒逐漸沉降，進入濃縮機底流，初步澄清的水越過濃縮機 溢流堰返回使用或進入二次濃縮進行深度凈化后使用;濃縮機底流給入壓濾機進行固液分離，凈化的濾 液返回使用，煤泥作為產(chǎn)品銷售。在濃縮過程中，為了提高固體顆粒的沉降速度和溢流水的澄清度，通常 在濃縮機中添加一定量的混凝劑。所以混凝劑的選擇是煤泥水處理中最重要的環(huán)節(jié)，也是人們研究的熱 點，合理地選用混凝劑不但能收到良好的去除效果，而且能降低處理成本，對環(huán)境也能起到一定的保護 作用。

凡是能使水溶液中的溶質，膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀物沉淀的物質都叫做混凝劑，根據(jù)水體中 膠體顆粒脫穩(wěn)凝聚過程的不同階段的作用機理，將主要通過表面電荷中和或雙電層壓縮而使膠體顆粒 脫穩(wěn)的藥劑稱作凝聚劑，而將使在脫穩(wěn)后的膠體顆粒之間產(chǎn)生架橋作用以及在沉降過程中產(chǎn)生卷掃作 用的藥劑稱作絮凝劑。

1　試驗方法

1.1　儀器與試劑

儀器: GDS-3A型光電濁度儀布氏漏斗

試劑:聚合氯化鋁(PAC)、三氯化鐵(FeCl3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、硫酸鎂(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　試驗用水

取自山西潞安礦業(yè)集團公司司馬礦選煤廠煤泥水，其基本水質特征:SS=74.1g/L，pH=6.74，比重 =1.02，濁度=67000個NTU，煤泥灰分低，粘度大，粒徑大于0.125的煤泥顆粒占45.5%，小于0.045的煤泥顆粒占30.9%。

1.3　試驗方法

1.3.1　上清液的濁度和渾液面沉速的測定方法

采用渾液面靜水沉淀實驗，具體方法如下

①按要求配制成2%的PAC溶液和0.1%的PAM溶液

②采用坐標紙制成紙帶，附于500mL量筒外壁上，并以液面為原點，單位為mm，方向向下建立縱 坐標系。本實驗所用量筒的縱坐標總高度為249.0mm。

③將攪拌均勻的煤泥水樣取500mL置于準備好的500mL量筒中，迅速加入事先計算好的藥液，把 量筒加蓋后上下翻轉5次，轉速以每次翻轉時氣泡上升完畢為準。

④翻轉完畢后，立刻將量筒豎立于垂直的日光燈前，并立即啟動秒表計時。 每經(jīng)過5~10s記錄一次渾液面的下降位置。開始時 按5s間隔記錄，待渾液面接近壓縮區(qū)時，再按10s間隔記 錄，直至沉淀物的體積不發(fā)生明顯變化時為止，由此可計算 出渾液面的沉速。3分鐘后測其上清液濁度，濁度測量采用 GDS-3A型光電濁度儀。

1.3.2　污泥比阻的測定

在定壓下(采取抽真空方式，真空度一般為0。05MPa) 對污泥進行抽濾，通過測定一系列的t~V數(shù)據(jù)，然后在直 角坐標系下作t/ V~V關系圖，得b;通過烘干截留的濾 餅，稱重得到濾餅總量W，再除以總體積V，得w.根據(jù)公 式r=2PA2b/uw即可以得到污泥比阻r。污泥比阻抽濾測定裝置如圖1所示[1]。

2　結果與討論

2.1　凝聚劑的選擇

目前常用的凝聚劑有聚合氯化鋁(PAC)、三氯化鐵(FeCl3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、硫酸鎂(Mg- SO4)。按照試驗方法1.3.1得出各種藥劑的上清液的濁度和渾液面沉速如表1所示(表中藥劑投加量為 10.8kg/t·煤，靜置10分鐘測定上清液濁度)

凝聚劑先在水中水解，帶正電的水解產(chǎn)物吸附在帶負電的膠體顆粒表面，部分或全部中和膠體顆粒 表面電荷，使膠體脫穩(wěn)并相互碰撞粘結生長為大顆粒的過程即為凝聚過程。試驗觀察到單獨投加無機凝 聚劑形成的礬花非常小，由表1可以看出，聚合氯化鋁和三氯化鐵的處理效果優(yōu)于硫酸鋁和硫酸鎂，這 是鐵鹽的水解速度比鋁鹽和鎂鹽快，水解產(chǎn)物的溶解度小，密度大[2];而聚合氯化鋁將Al3+的水解過程 提前到反應制備過程中，產(chǎn)品以各種聚合物種和Al(OH)3的形態(tài)直接存在于水中，在混凝過程中就不 會出現(xiàn)Al3+的水解過程，所以混凝效果也較好[3]。但四種凝聚劑上清液的濁度都比較高，而且渾液面的 沉速也比較小，這是因為煤泥水屬于高濃度水，顆粒之間的距離比較近，排斥力比較小，這時需要絮凝劑 的架橋作用而非凝聚劑的電性中和作用。所以單獨投加無機凝聚劑達不到理想的處理效果。

2.2　絮凝劑的選擇與投藥量的確定

有機高分子絮凝劑主要有合成高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑，合成高分子絮凝劑由于分子量 大，分子鏈官能團多的結構特點在市場上占絕大優(yōu)勢，其中以聚丙烯酰銨系列最為廣泛，市面上常見的 有APAM-6100、APAM-6080、APAM-6060、NPAM-7100、NPAM-7100、NPAM-7060，不同的 PAM因為分子量不同，主鏈長度不一樣。所以處理效果不一樣，一般來說，分子量越大，處理效果越好。 試驗發(fā)現(xiàn)，單獨投加NPAM-7080在處理高濃度煤泥水有較好的效果，形成的礬花大也比較密實，其投 藥量與上清液濁度和渾液面沉速的關系如圖2所示。

由圖2可以看出，單獨投加有機絮凝劑，當投藥量大于70g/t·煤時上清液濁度就小于100個NTU， 而且隨著投藥量的加大，上清液濁度先下降然后上升，其間有一個最佳值，對于試樣煤泥水來說，PAM 的最佳投藥量約為80g/t·煤。這是因為沉降效率主要取決于絮凝劑的濃度和懸浮固體的濃度，如果絮 凝劑的用量過多，由于粒上的吸附點被迅速占領，結果就減少了架橋的可能性，絮凝效率反而降低[4]。

2.3　PAM與NPAC的聯(lián)合使用

由2.1可知，聚合氯化鋁和三氯化鐵的處理效果相當，因為三氯化鐵對設備有腐蝕作用，所以試驗 選用聚合氯化鋁作為凝聚劑與有機絮凝劑NPAM-7080聯(lián)合使用處理高濃度煤泥水。

2.3.1　NPAM-7080與PAC的投加順序對處理效果的影響

由表2可以看出，先投加無機凝聚劑，再投加有機絮凝劑有較好的處理效果，先利用無機混凝劑水 解絡合壓縮水中膠體粒子的雙電層，降低ζ電位，形成微小絮凝團，再利用高分子有機絮凝劑的大分子 長鏈進行吸附架橋，這樣形成的礬花大而密實有利于膠體和懸浮物的去除。

2.3.2　投藥量的確定

試驗發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用PAM與PAC能大大減少PAM的用量，形成的礬花也大而密實。當PAM的投 加量為40g/t·煤時，只要無機凝聚劑投加量適合，就能達到較好的處理效果。試驗還發(fā)現(xiàn)，當PAM投加 量一定時，無機凝聚劑的投加量也有一個最佳值，試驗結果如圖3所示。從圖3可以看出，當PAM的投 加量為40g/t·煤時，無機凝聚劑的投加量為1。0kg/t·煤時效果最好。

2.4　污泥比阻的測定

污泥比阻用來衡量污泥脫水的難易程度，它反映了水分通過污泥顆粒所形成的泥餅層時所受阻力 的大小。比阻與過濾壓力及過濾面積的平方成正比，與濾液的動力粘滯度及濾餅的干固體質量成反比并 取決于污泥的性質，不同的污泥種類其比阻差別較大。一般說來，比阻<1×1011m/kg的污泥易于脫水， 比阻>1×1013m/kg的污泥難于脫水。取單獨投加有機絮凝劑，投藥量為80g/t·煤的污泥和聯(lián)合使用無 機凝聚劑和有機絮凝劑，投藥量分別為1.0kg/t·煤和40g/t·煤的污泥。按1.3.2的方法測得單獨投加 有機絮凝劑的污泥比阻為5.7×1010m/kg，聯(lián)合投加的污泥比阻為3.6×1010m/kg?？芍獌煞N方法所得 的污泥都屬于易脫水的污泥，并且聯(lián)合投加得到的污泥比單獨投加有機絮凝劑得到的污泥更易于脫水。

3　結論與經(jīng)濟分析

從以上試驗可以看出，單獨使用有機絮凝劑和聯(lián)合使用無機凝聚劑和有機絮凝劑都可以達到較好 的混凝沉淀效果，單獨使用有機絮凝劑大約需要投加80g/t·煤，而聯(lián)合使用大約需要無機凝聚劑 1。0kg/t·煤，有機絮凝劑約40g/t·煤。有機絮凝劑的價格大約是13800元/噸，無機凝聚劑的價格大約是 1200元/噸，所以，單獨使用有機絮凝劑的處理成本為1。1元/t·煤，聯(lián)合使用無機凝聚劑與有機絮凝劑 的處理成本為1。7元/ t·煤。雖然聯(lián)合使用無機凝聚劑和有機絮凝劑得到的污泥比阻比單獨投加有機 絮凝劑小，但因為都屬于易脫水污泥，污泥處理成本相差不太大。所以總的算來，對高濃度煤泥水來說， 單獨使用有機絮凝劑能達到最好效果。

[參　考　文　獻]
[1]　黃廷林，聶小保，張剛。水廠生產(chǎn)廢水污泥比阻測定的影響因素分析及方法改進[J].西安建筑科技大學學報，2005 (3):297-306.
[2]　陸柱，蔡蘭坤，陳中興，等.水處理藥劑[M]。北京:化學工業(yè)出版社，2002.
[3]　嚴瑞楦。水處理藥劑手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2003.55-78.

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