洗煤廢水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合組成的一種多項(xiàng)體系。洗煤廢水中包含有煤泥顆粒（粗煤泥顆粒0.5～1mm，細(xì)煤泥顆粒0～0.5mm），礦物質(zhì)，粘土顆粒等。洗煤廢水一般具有SS、CODcr、BOD5濃度高、ζ電位極負(fù)的特點(diǎn)，因此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質(zhì)，還往往帶有膠體的性質(zhì)；細(xì)煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，這些性質(zhì)決定了該類廢水污染重、處理難度大。
過去選煤廠采用煤泥水直接排入煤泥沉淀池中進(jìn)行沉淀處理，澄清水循環(huán)使用或外排。由于洗煤廢水中的細(xì)煤泥顆粒、粘土顆粒很難靜沉，煤泥顆粒在循環(huán)過程中不斷細(xì)化，造成循環(huán)水SS濃度提高，影響甚至破壞選煤工藝。這時(shí)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(jìn)行稀釋，從而造成洗水不平衡，無法實(shí)現(xiàn)清洗水的閉路循環(huán)，既造成環(huán)境污染又導(dǎo)致煤泥流失、資源浪費(fèi)。
結(jié)團(tuán)凝聚機(jī)理及原水水質(zhì)
結(jié)團(tuán)絮凝作為一種新型水處理技術(shù)，主要是通過提高絮凝體的密度實(shí)現(xiàn)固液的高速分離。結(jié)團(tuán)凝聚工藝是以絮凝動(dòng)力學(xué)為原理的一種水處理技術(shù)，此工藝通過控制物理化學(xué)條件、動(dòng)力平衡條件使洗煤廢水中的煤泥顆粒在實(shí)驗(yàn)裝置中或在實(shí)際工藝的設(shè)備中形成結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)團(tuán)絮體（Pellet Floc），從而達(dá)到高效去除懸浮物的目的。此工藝可省去預(yù)處理構(gòu)筑物，處理后的水質(zhì)可達(dá)到澄清要求，水力停留時(shí)間短，表面負(fù)荷高，處理效果好。
實(shí)驗(yàn)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(jīng)篩分，取400μm以下的細(xì)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(xì)。30μm以下的煤粉占52%），無機(jī)碳含量大（占總碳量的90%）。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
結(jié)團(tuán)工藝有兩個(gè)控制過程，一是理想的初始粒子的形成階段，二是結(jié)團(tuán)體的形成階段，每一個(gè)階段又由物理化學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件來控制。實(shí)驗(yàn)中通過控制PAC、PAM的投量，以及水流上升速度UW和攪拌轉(zhuǎn)速n，得出結(jié)團(tuán)凝聚發(fā)生的最佳條件。
、貾AC的作用是通過壓縮雙電層使水中顆粒脫穩(wěn)后發(fā)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(shí)驗(yàn)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(jié)團(tuán)體的有效密度ρe、粒徑dp、出水濁度SS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。實(shí)驗(yàn)中得出PAC的適宜投量范圍為1.78～3.00mg/L。
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表1PAC投量對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響
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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
|
|
②PAM的主要作用是靠高分子的強(qiáng)烈作用，實(shí)現(xiàn)架橋凝聚，增大結(jié)團(tuán)體的內(nèi)部結(jié)合力，使之致密化，這樣可以實(shí)現(xiàn)初始粒子在核絮體表面的逐個(gè)附著，在ρ(PAM)=2.6mg/L，N＝38r/min，UW=18.6cm/min的條件下，結(jié)團(tuán)體的ρe、和的SSt隨PAM投量變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。本實(shí)驗(yàn)條件下PAM適宜的投量為1.10～2.90mg/L。
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表2PAM投量對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響
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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
|
|
.41
|
84.50
|
0.900
|
20.1
|
|
③增大上升流速UW，即增大水力負(fù)荷，提高了懸浮顆粒的去除效率，但增大上升流速UW，結(jié)團(tuán)流化床中懸浮層體積濃度會(huì)降低，從而削弱了煤泥結(jié)團(tuán)體的致密作用，使顆粒有效密度ρe降低。實(shí)際工程中，既要得到最大程度的上升流速，又要使結(jié)團(tuán)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(shí)驗(yàn)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(biāo)ρe、dp、SSt的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表。本實(shí)驗(yàn)條件下，上升流速UW=50cm/min為宜。
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表3 UW對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響
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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
|
|
、軘嚢柁D(zhuǎn)速的作用是為結(jié)團(tuán)體的致密提供動(dòng)力，同時(shí)保證流化床中結(jié)團(tuán)體成長(zhǎng)粒度及布水的均勻性，使系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。轉(zhuǎn)速n的提高，致使剪切作用發(fā)生變化，結(jié)團(tuán)體致密作用增強(qiáng)，但強(qiáng)烈的剪湖作用會(huì)使dp減小，在實(shí)際工程中，為降低能耗，也要選擇適宜的轉(zhuǎn)速值。攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果見表。在實(shí)驗(yàn)條件為ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，UW=22cm/min時(shí)，適宜的轉(zhuǎn)速值n為40～80r/min。
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表4 轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)團(tuán)凝聚的影響
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轉(zhuǎn)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
|
|
針對(duì)不同的水質(zhì)條件，通過改變PAC、PAM的投量以及UW、n的值，可對(duì)該工藝操作條件進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該工藝與傳統(tǒng)工藝相比，水處理表面負(fù)荷提高5～10倍，懸浮物去除率高達(dá)99%以上。
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