摘 要:混凝劑的選擇是煤泥水處理中最重要的環節，它直接影響著煤泥水的處理效果。混凝劑可 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 數據表明: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
煤泥水是選煤生產工藝過程中產生的工業廢水，其中含有大量的煤質顆粒和泥質顆粒，隨著洗水閉 路循環及環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節，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生絮狀物沉淀的物質都叫做混凝劑，根據水體中 膠體顆粒脫穩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 脫穩的藥劑稱作凝聚劑，而將使在脫穩后的膠體顆粒之間產生架橋作用以及在沉降過程中產生卷掃作 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時，再按10s間隔記 錄，直至沉淀物的體積不發生明顯變化時為止，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數據，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]。
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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)
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凝聚劑先在水中水解，帶正電的水解產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，產品以各種聚合物種和Al(OH)3的形態直接存在于水中，在混凝過程中就不 會出現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。 試驗發現，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。
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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
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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
試驗發現，聯合使用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。試驗還發現，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，聯合投加的污泥比阻為3.6×1010m/kg。可知兩種方法所得 的污泥都屬于易脫水的污泥，并且聯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 結論與經濟分析
從以上試驗可以看出，單獨使用有機絮凝劑和聯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:化學工業出版社，2002.
[3] 嚴瑞楦。水處理藥劑手冊[M].北京:化學工業出版社，2003.55-78.來源：谷騰水網 作者: 鄺愛玲,高俊發,張英慧,張玉紅
