高濃度洗煤廢水處理實驗初報

李曉婷

(宜春學院 生命科學與資源環(huán)境學院，江西 宜春 336000)

高濃度洗煤廢水屬于呈弱堿性的膠體體系廢水，該類廢水處理的首要任務(wù)是使懸浮物沉降，從而實現(xiàn)泥水分離。［1］對于呈膠體狀態(tài)的高濃度洗煤廢水來說，要想達到去除懸浮物并實現(xiàn)回用的目標，就必須實現(xiàn)帶電膠體顆粒的相互凝聚，使小顆粒的帶電膠體形成粒徑較大的顆粒團。［2］因此，試驗主要采用混凝沉淀的處理方法處理高濃度洗煤廢水。即通過投加混凝劑來破壞帶電膠體的穩(wěn)定性，首先降低ζ 電位，［3］從而達到減弱膠粒間的靜電斥力以及水化膜作用力的效果，進而促進顆粒間的相互凝聚;進一步投加絮凝劑輔助絮凝使絮體顆粒變大，強化混凝沉淀的效果。

1 不同混凝劑的篩選試驗

取pH =8.25，SS =40573mg/L 的某洗煤廠廢水做混凝沉降實驗。每次取洗煤廢水100mL，然后，投加一定質(zhì)量濃度的氯化鈣、PAC、FeCl3和氧化鈣溶液，以一定速度均勻攪拌1min 后，在100mL 量筒內(nèi)靜置沉淀，實時觀察實驗現(xiàn)象，并且記錄不同時間段量筒內(nèi)的泥面高度。通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，采用氯化鈣和PAC 對試驗廢水可以取得較好的沉降效果。

2 絮凝劑的選擇

2.1 PAM 投加量對沉淀效果的影響

表1 PAM 投加量對清水分離率和沉速的影響

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水樣4 份，每份各100mL，隨后加入質(zhì)量濃度為0.1%的PAM溶液2、3、4、5mL，其對應(yīng)投藥量為20、30、40、50mg/L，勻速攪拌1min 后，在100mL 量筒內(nèi)靜置沉淀，記錄不同時間節(jié)點相應(yīng)的泥面高度。試驗結(jié)果如表1 所示，沉降曲線如圖1 所示。

圖1 單獨投加PAM 沉降曲線

根據(jù)上述試驗結(jié)果及沉降曲線可以發(fā)現(xiàn)，往水樣單獨投加絮凝劑PAM，隨著PAM 投加量的逐步增加，沉降速率逐步提高，從0.867mm/s 上升到1.67mm/s。清水分離率也有一定程度的提高，但是不夠明顯，當PAM 投加濃度達到50mg/L 時，沉降速度及清水分離率稍有下降。此外，單獨投加PAM 后的上清液濁度較高，含有許多未沉淀的懸浮顆粒，因此污泥產(chǎn)生量較少。

3 PAC+PAM 處理高濃度洗煤廢水實驗

3.1 PAC 最佳投藥量的確定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水樣五份各100mL。首先向水樣中加入質(zhì)量濃度為0.1%的PAM溶液4mL，固定PAM 的投加量為40mg/L，攪拌1min，然后分別向水樣中加入質(zhì)量濃度為1%的PAC溶液1、2、3、4、5mL，投加量分別為100、200、300、400、500mg/L，攪拌1min。最后將水樣倒入100mL 量筒中沉淀，實驗結(jié)果如表2 所示，沉淀曲線如圖2 所示，SS 與投藥量關(guān)系曲線如圖3 所示。

表2 PAC 投加量對沉降效果的影響

圖2 PAC 投加量對沉淀效果的影響

圖3 PAC 投加量與SS 關(guān)系

實驗結(jié)果及相關(guān)曲線表明，當PAM 投加量固定為40mg/L 時，隨著PAC 的投加量的增加，清水分離率和沉降速度都增加，當PAC 投加量達到300mg/L 時，清水分離率和沉降速度都達到最大，且上清液SS 為66mg/L，達到排放和回用洗煤的標準，繼續(xù)增加PAC 的投加量，沉降速度和清水分離率都有所降低。所以，PAC 的投藥量要適宜，不宜過大，也不宜過小，最佳投藥量為300mg/L。

PAC 對該洗煤廢水處理效果好的原因是:混凝劑PAC 中帶高電荷的含鋁多核絡(luò)合物能夠充分發(fā)揮其絡(luò)合物的電中和作用，使呈負電荷的煤、泥膠體相互凝結(jié)成大顆粒的膠團加速沉淀。同時高分子量混凝劑PAC 的水解產(chǎn)物對脫穩(wěn)的煤、泥大顆粒膠團及微絮體同樣具有很好的粘接架橋、網(wǎng)捕卷掃作用，促進顆粒絮凝沉淀。

3.2 PAM 最佳投藥量的確定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水樣五份各100mL。首先向水樣中加入質(zhì)量濃度為1%的PAC溶液3mL，固定PAC 的投加量為300mg/L，攪拌1min，然后分別向水樣中加入質(zhì)量濃度為0.1%的PAM 溶液2、3、4、5、6mL，投加量分別為20、30、40、50、60mg/L，攪拌1min。最后將水樣倒入100mL 量筒中沉淀，實驗結(jié)果如表3 所示，沉淀曲線如圖4 所示，SS 與投藥量關(guān)系曲線如圖5所示。

表3 PAM 投加量對沉降效果的影響

圖4 PAM 投加量對沉淀效果的影響

圖5 PAM 投加量與SS 關(guān)系曲線

根據(jù)實驗結(jié)果及相關(guān)曲線可以得出:PAM 的投加量對煤泥的沉速影響較大，隨著PAM 投加量的不斷增加，沉降速度也不斷提高，從20mg/L 時的0.283mm/s 上升到50mg/L 時的1.317mm/s，但當PAM 投加量超過50mg/L 后，沉淀速度有所下降。PAM 的投加量對清水分離率有一定影響，但不是十分顯著。由此確定PAM 最佳投藥量為50mg/L。

綜上所述，PAC 與PAM 聯(lián)用處理該洗煤廢水，有很好的效果，沉淀速度快，上清液SS 濃度低，pH 基本無變化，達到排放和回用洗煤的標準。PAC 和PAM 的最佳投藥量分別為300mg/L 和50mg/L。

4 氯化鈣+PAM 處理高濃度洗煤廢水實驗

4.1 氯化鈣最佳投藥量的確定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水樣五份各100mL。首先向水樣中加入質(zhì)量濃度為0.1% 的PAM 溶液4mL，固定PAM 的投加量為40mg/L，攪拌1min，然后分別向水樣中加入質(zhì)量濃度為2%的氯化鈣溶液1、2、3、4、5mL，投加量分別為200、400、600、800、1000mg/L，攪拌1min。最后將水樣倒入100mL 量筒中沉淀，實驗結(jié)果如表4所示，沉淀曲線如圖6 所示，SS 與投藥量關(guān)系曲線如圖7 所示。

表4 氯化鈣投加量對沉降效果的影響

圖6 氯化鈣投加量對沉淀效果的影響

圖7 氯化鈣投加量與SS 的關(guān)系曲線

從以上實驗結(jié)果及關(guān)系曲線可以發(fā)現(xiàn):當固定PAM 投加量為40mg/L 時，隨著氯化鈣的投加量的增加，清水分離率和沉降速度都增加，且沉淀速度增加較投加PAC 時顯著。當氯化鈣投加量達到600mg/L 時，清水分離率和沉降速度都達到最大，上清液SS 為72mg/L，達到排放和回用洗煤的標準，繼續(xù)增加氯化鈣的投加量，沉降速度和清水分離率都有所降低。所以，氯化鈣的投藥量要適量，最佳投藥量為600mg/L。

氯化鈣混凝劑混凝效果好的原因:①Ca2+壓縮雙電層作用能夠有效地降低煤泥顆粒間的ζ 電位，從而使煤泥顆?；ハ嗄?②Ca2+的水解作用能夠產(chǎn)生大量的六水絡(luò)合物［Ca2+(H2O)6］2+，并且吸附在煤粒表面，吸附結(jié)果使得煤泥顆粒表面疏水性增強，［4］改善混凝效果。其次，Ca2+的存在能夠使廢水中的無機離子及有機雜質(zhì)生成難溶鈣鹽而沉降下來。

4.2 PAM 最佳投藥量的確定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水樣五份各100mL。由前述實驗可知，氯化鈣的最佳投藥量為600mg/L，故首先向水樣中加入質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈣溶液3mL，固定氯化鈣的投加量為300mg/L，攪拌1min，然后分別向水樣中加入質(zhì)量濃度為0.1%的PAM 溶液2、3、4、5、6mL，投加量分別為20、30、40、50、60mg/L，勻速攪拌1min。最后將水樣倒入100mL 量筒中沉淀，實驗結(jié)果如表5所示，沉淀曲線如圖8 所示，SS 與投藥量關(guān)系曲線如圖9 所示。

表5 PAM 投加量對沉降效果的影響

圖8 PAM 投加量對沉淀效果的影響

圖9 PAM 投加量與SS 關(guān)系

根據(jù)實驗結(jié)果可以看出:固定氯化鈣的投加量，在洗煤廢水投加PAM，主要對絮狀物的沉降速度影響顯著。當PAM 投加量達到50mg/L 時，沉速已達到1.483mm/s。但當PAM 投加量超過50mg/L 時，沉降速度反而有所下降，說明PAM 的投藥量不是越多越好，最佳投藥量為50mg/L。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，氯化鈣+PAM 處理高濃度洗煤廢水，也能達到很好的效果。影響洗煤廢水沉降的最主要因素是PAM 投加量，即隨PAM 的增加，沉降速度明顯加快，其次是氯化鈣的投藥量。氯化鈣和PAM 的最佳投藥量分別是600mg/L 和50mg/L。

5 結(jié)束語

①本次試驗所選用的四種混凝劑均能降低洗煤廢水的ζ 電位，但是相比較而言，氯化鈣和PAC 兩種混凝劑的混凝沉淀效果較好，能夠快速有效地形成大顆粒的絮凝體。FeCl3和石灰不如前兩種混凝劑的混凝沉降效果明顯，雖然也能形成一定量的絮凝體，但顆粒細小，分離出來的清水濁度也偏高。

②絮凝劑PAM 具有很強凝聚作用，能夠增大顆粒的粒度，大幅度提高顆粒的沉降速度，強化混凝效果。

③PAC 與PAM 聯(lián)用處理洗煤廢水，可以去除廢水中絕大部分懸浮物，達到很好的處理效果。同時顆粒物沉速較快，上清液SS 低，且原廢水PH基本無變化。PAC 和PAM 的最佳投藥量分別是300mg/L 和50mg/L。目前市場上PAC 的售價大約為3000 元/噸，PAM 的售價約為30000 元/噸，處理該種洗煤廢水合2.4 元/噸。

④氯化鈣與PAM 聯(lián)用處理該洗煤廢水，同樣可以達到很好的效果，處理后廢水SS 低，PH 基本無變化，無需調(diào)節(jié)出水PH，就能達到回用洗煤的標準，且用氯化鈣處理該廢水的顆粒物沉降速度較PAC 稍快些。氯化鈣和PAM 最佳投藥量分別為600mg/L 和50mg/L。市場上氯化鈣的售價大概為950/噸，PAM 售價為30000 元/噸，處理該種廢水合2.07 元/噸。

因此，對于洗煤廢水產(chǎn)生量大的礦井，建議采用氯化鈣+PAM 的處理方法，這樣不僅能節(jié)省處理成本，而且也能夠縮小構(gòu)筑物的占地面積。

［1］李亞峰. 高濃度洗煤廢水處理與回用技術(shù)研究［D］.遼寧:東北大學，2005.

［2］《煤泥水處理》編譯組. 煤泥水處理［M］. 北京:煤炭工業(yè)出版社，1979.

［3］ Novak JT，Mark Landford.The use of polymers for improving chemical sludge dewatering on sand bed［J］.AWWA，1977，66(2):106－109.

［4］郭德，張秀梅，吳大為. 對Ca2+影響煤泥浮選和凝聚作用機理的認識［J］. 煤炭學報，2003，(4):233－235.