无烟煤洗煤废水处理用絮凝剂的复配
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通过对分子量为800万阳离子聚丙烯酰胺分别与阴离子离子聚丙烯酰胺、3530型阴离子聚丙烯酰胺不同配比在不同的pH值下絮凝性能进行沉降时间、透光率、COD去除率的比较，得出最佳的絮凝剂配比及适合条件为：中性条件下，阳离子聚丙烯酰胺和阴离子离子聚丙烯酰胺以5∶5复配，应用于洗煤废水的处理。 煤泥水是指煤炭在分选加工过程中所产生的介质用水，是煤矿湿法洗煤加工工艺的工业尾水，其中含有大量的煤泥和泥砂，给矿区附近的环境造成了严重的污染，煤泥水已是煤炭工业的主要污染源之一，越来越受到人们的重视。煤泥水处理和煤炭的洗选加工密切相关，随着对选煤产品的要求愈加严格、选煤工艺的愈加复杂、选煤厂的大型化愈加明显，以及水资源的愈加珍贵和环境保护标准的愈加苛刻，煤泥水处理已经变成了整个选煤工艺中涉及面最广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节。煤泥水特别稳定，悬浮物浓度和COD浓度都很高，而且颗粒表面带有较强的负电荷，静置几个月也不会自然沉降，因此处理非常困难，煤泥水必须实现厂内循环再利用。煤泥水主要表现为悬浮液的性质，它的沉降性不仅受固相煤泥的影响，还受液相水的影响。絮凝沉降法是目前国内外应用最广、成本最低、最常用的水处理方法。絮凝剂可分为：无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂、复合型絮凝剂四大类。而有机高分子絮凝剂是当前使用最广泛的水处理剂。与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有用量小、产生的污泥量少、不易受水中共存盐类、pH值及温度的影响、絮凝物沉降速度快、污泥易于脱水等特点，因此是近年来国内外普遍重视、发展速度最快的一类水处理剂[3-5]。有机高分子絮凝剂又可分为阳离子型、阴离子型、两性离子型三类。 目前，我国煤炭工业中常用的絮凝剂为有机高分子絮凝剂和无机电解质凝聚剂两大类。本实验主要是针对宁夏无烟煤洗煤废水的性质进行较为深入的对比分析，对不同煤质煤泥水的处理方法进行研究，经过优化选择出性能优良的阴离子和阳离子絮凝剂，对二者进行复配，筛选出最优的复合絮凝剂，达到更好的絮凝效果。 1.实验部分 1.1主要实验药品 分子量为800万的阴离子和阳离子聚丙烯酰胺(分析纯)，国药集团；3530型的阴离子(分析纯)，国药集团；阳离子聚丙烯酰胺(分析纯)，国药集团。 1.2煤质悬浮物颗粒分析 煤泥水中所含颗粒粒度的分布对处理效果具有较大影响，一般大于75μm的颗粒状煤泥较易沉降、脱水和精选。小于75μm的微细煤泥颗粒含量高的煤泥水处理难度大，煤泥颗粒的粒度分布，尤其是微细级的含量，对煤泥水的处理有着决定性的意义。因此，在确定处理方案之前，首先应对煤泥水的粒度分布情况进行分析。粒度分布情况采用粒度分析仪测定。从图1看出所有的颗粒都在75μm以下，小于5μm的颗粒各占45.21%、38.578%且粒度分布相差不大。由斯托克斯公式知道沉降速度和粒径的平方成正比，所以选用的絮凝剂分子量要大。  无烟煤拟采用聚丙烯酰胺进行处理，带电荷可以很好的吸附胶体同时聚丙烯酰胺还能够架桥沉淀胶体，达到对洗煤废水进行处理的效果。实验拟分别采用阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺作絮凝剂对洗煤废水进行絮凝处理。 1.3絮凝剂的配制 提取后的造纸废水由于长时间静置，悬浮物质会发生沉降，但沉降速率较慢，若此时取用，则会造成局部浓度过大或过小，影响测定准确度。因此，在使用之前需对废水进行预处理。即使用之前将造纸废水进行充分混合，多次倒正，使得各水平方向上浓度保持基本一致。 选择两台规格相同的恒温水浴槽，其中一台恒温水浴缸温度设定在85℃，另一台设定在50℃，安装实验仪器。 分别称取1.5g分子量为800万的阴离子和阳离子聚丙烯酰胺固体颗粒。阴离子聚丙烯酰胺在85℃下用150mL蒸馏水溶解，阳离子在50℃下用150mL蒸馏水溶解，时间约为5～10min，制备出浓度为1%的絮凝剂。 1.4絮凝效果评价 对未加絮凝剂处理的洗煤废水进行检测，其COD未处理前为13668mol/mL，透光率未进行处理前为50.8%。将配制好的絮凝剂(浓度为1%)按一定比例加入到洗煤废水中，反复混合均匀进行沉降速率评价、透光率评价、COD评价。 2.结果与讨论 2.1絮凝剂单独使用 实验将两种不同分子量、不同类型的絮凝剂分别添加到洗煤废水中按表1对絮凝剂絮凝效果进行评价。   由图2可以看出，编号1即分子量为800万的阴离子聚丙烯酰胺，pH为3～4时，透光率最高，达到99.7%。由图上可以看出，絮凝剂处理效果用透光率表示在酸性环境下最好，平均高出中性及碱性化境5%左右。  由图3可以看出，序号3即分子量为800万的阴离子聚丙烯酰胺，pH为8～10时，COD去除率最高达到99.8%。由图上可以看出，絮凝剂处理效果用COD去除率表示表示在碱性环境下最好，平均高出中性及酸性化境5%左右。  由图4可以看出，序号8即分子量为800万的阳离子聚丙烯酰胺pH为6～7时，沉降速率达到0.985632。由图4可以明显看出，当pH为6～7时絮凝剂沉降速率最好。说明在中性环境中，使用絮凝剂可以有效提高沉降速率。  综上所述，从图表中可以看出：阴离子型聚丙烯酰胺800万的絮凝效果略好于3530型，这与3530型性质有关，3530聚电解质在溶液中离解后形成聚离子，在聚离子周围通过库仑力吸引大量的反离子，这些反离子形成聚离子的“离子氛"，聚离子与“离子氛"一起形成双电层。当两个聚离子相互靠近时，周围的“离子氛"将重叠，加人电解质，溶液极性增强，渗透压增加，将重叠区域中的溶剂被挤出，溶液粘度大幅度下降，所以其絮凝效果教差。而800万在碱性条件絮凝效果较好。 但是当絮凝剂单独使用时，在某些条件下絮凝剂效果并不理想，不能达到实际生产要求。同时，由于市场价格因素的影响，絮凝剂单独使用时所带来的成本影响较大，对大规模实际处理洗煤废水造成障碍。因此，针对以上情况，实验拟采用絮凝剂复配解决以上问题，并研究絮凝剂复配后絮凝效果的影响因素，对絮凝效果进行评价。 2.2絮凝剂复配 实验首先通过控制阴离子聚丙烯酰胺与阳离子聚丙烯酰胺复配比例，在不同pH下，测定复配后的絮凝剂对洗煤废水的处理情况。以表2为阴离子聚丙烯酰胺与阳离子聚丙烯酰胺复配具体情况。  由图5可以明显看出，复配后的絮凝剂处理过的废水的透光率普遍都在90%以上，较絮凝剂单独使用时有明显提高。因此说明在透光率方面絮凝剂进行复配可行。经过比较，编号16的透光率最高，pH为3～4。同时看出在酸性环境中絮凝剂复配透光率提高方面比中性及碱性环境中效果好。  由图6可以明显看出，复配后的絮凝剂处理过的废水的COD去除率普遍接近100%，只有极少数在86%左右，但相比较絮凝剂单独使用时有明显提高。因此说明在COD去除率方面絮凝剂进行复配可行。由于大多数絮凝剂复配的COD去除率较高，因此pH的影响较小。复配的絮凝剂可以在酸性、中性及碱性环境中进行应用。可以提高絮凝剂的适用范围。  由图7可以明显看出，复配后的絮凝剂处理过的废水的沉降速率普遍高于82%，甚至有的能够达到90%以上，相比较絮凝剂单独使用时沉降速率有明显提高。因此说明在沉降速率方面絮凝剂进行复配可行。由于大多数絮凝剂复配的沉降速率较高，因此pH的影响较小。复配的絮凝剂可以在酸性、中性及碱性环境中进行应用。可以提高絮凝剂的适用范围。综上所述，絮凝剂进行复配在洗煤废水处理方面效果较之絮凝剂单独使用时有着明显提高，完全能够满足各种环境下的废水处理。因此在进行洗煤废水的处理时建议采用絮凝剂进行复配，选择复配方案应结合当地实际生产情况以及絮凝剂市场价格的影响进行多方面考察。  3.结论 随着对洗煤废水处理技术的发展、创新，以及在处理后在水质质量和性能上提出了更高的要求。本研究所要达到的预期效果是：利用现有几种不同质量聚丙烯酰胺样品，对其进行复配，降低成本，同时提高絮凝质量。通过本实验，得到以下结论： (1)同分子量阴离子聚丙烯酰胺比阳离子聚丙烯酰胺对无烟煤洗煤废水的絮凝效果好。且800万比3530絮凝性能好。 (2)800万的阴离子和阳离子的复配后，对无烟煤洗煤废水的絮凝效果酸性条件比碱性或中性条件下好，且就目前所作实验，800万的阴离子和阳离子比例为5∶5时在中性条件下是最佳的，且沉降速?仁亲羁斓摹?800万阳离子和3530阳离子复配后，对无烟煤洗煤废水的絮凝效果同样在酸性条件下比碱性或中性条件下好，而沉降速度碱性条件下稍快一点。 (3)从性价比上相比较，选择800万的阴阳离子互配代替单纯使用阳离子更能节约成本。 |
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