多種絮凝劑在準(zhǔn)能選煤廠的應(yīng)用
摘要：通過對多種絮凝劑實驗室試驗和現(xiàn)場實際應(yīng)用比較，找到了適合準(zhǔn)格爾選煤廠煤泥水性質(zhì)的絮凝劑，以及合理使用絮凝劑數(shù)量的確定方法。為選煤廠的正常生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)，同時也為選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益作出了較大貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞：絮凝劑 乳液型 沉降速度 溢流濃度 應(yīng)用
神華集團(tuán)準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司選煤廠是一座設(shè)計能力為12Mt/a的大型動力煤選煤廠。經(jīng)過幾次改造和擴(kuò)建后，到2005年底設(shè)計能力可達(dá)到22Mt/a。其工藝為跳汰機(jī)主選13mm～100mm，0mm～13mm末煤直接入產(chǎn)品倉；次選為重介旋流器和重介淺槽選，旋流器入選50mm～0.75mm，-0.75mm入旋流器組進(jìn)行分級，+0.25mm進(jìn)入離心機(jī)脫水后入產(chǎn)品倉，-0.25mm進(jìn)入濃縮池。淺槽入選200mm～13mm塊煤，-13mm直接入產(chǎn)品倉。隨著產(chǎn)量的增加，煤泥水量也在不斷增加，特別是準(zhǔn)格爾選煤廠一期改造工程新增了重介選煤系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)行會增加大量的煤泥，致使煤泥水濃度居高不下，最高時濃度達(dá)到320g/L。這樣選擇適合準(zhǔn)格爾煤泥水特性的絮凝劑就顯得非常重要。為此，我廠為了降低成本，使煤泥水的濃度降低到理想境界，我們對各種絮凝劑進(jìn)行了實驗和現(xiàn)場運(yùn)用對比。
1各種絮凝劑在我廠使用效果
按其化學(xué)成分，絮凝劑可分為無機(jī)鹽類絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。無機(jī)鹽類絮凝劑的品種較少，主要是鋁鹽、鐵鹽、水解聚合物等低分子鹽類以及無機(jī)高分子等絮凝劑。有機(jī)高分子絮凝劑主要有合成的有機(jī)高分子絮凝劑和天然改性有機(jī)高分子絮凝劑。
1.1無機(jī)絮凝劑
無機(jī)低分子絮凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽，無機(jī)低分子絮凝劑包括硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵等，其中硫酸鋁最早是由美國開發(fā)的，并一直沿用至今的一種重要的無機(jī)絮凝劑。常用的鋁鹽有硫酸鋁AL2(SO4)3·18H2O和明礬AL2(SO4)3·K2SO4·24H2O，另一類是鐵鹽有三氯化鐵水合物FeCL3·6H2O.硫酸亞鐵水合物FeSO4·17H2O和硫酸鐵。無機(jī)絮凝劑的優(yōu)點是比較經(jīng)濟(jì)、用法簡單；但用量大、絮凝效果低，而且存在成本高、腐蝕性強(qiáng)的缺點。它們存在很大的缺點:殘留在水中的鋁離子會導(dǎo)致二次污染；鐵離子本身有顏色，并對設(shè)備有腐蝕作用，會增加成本；加入量大，煤泥產(chǎn)量高，運(yùn)行費(fèi)用高。為了克服以上缺點，我們又使用無機(jī)鹽聚合物類絮凝劑，這類無機(jī)聚合物絮凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽的聚合物。如聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)以及聚合硫酸鐵(PFS)等。無機(jī)聚合物絮凝劑之所以比其它無機(jī)絮凝劑效果好，其根本原因在于它能提供大量的絡(luò)合離子，且能夠強(qiáng)烈吸附膠體微粒，通過吸附、橋架、交聯(lián)作用，從而使膠體凝聚。同時還發(fā)生物理化學(xué)變化，中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，降低了電位，使膠體微粒由原來的相斥變?yōu)橄辔，破壞了膠團(tuán)穩(wěn)定性，使膠體微粒相互碰撞，從而形成絮狀混凝沉淀，沉淀的表面積可達(dá)(200～1000)m2/g，極具吸附能力。絮凝效果較好，殘留在水中的鋁、鐵離子少，對加藥設(shè)備腐蝕小。
1.2高分子絮凝劑
有機(jī)高分子絮凝劑同無機(jī)高分子絮凝劑相比，具有用量少、絮凝速度快、受共存鹽類pH值及溫度影響小，生成污泥量少，并且容易處理等特點，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。目前使用的有機(jī)高分子絮凝劑主要有天然改性的高分子絮凝劑和合成的高分子絮凝劑兩類。
1.2.1有機(jī)合成高分子絮凝劑
合成高分子絮凝劑投加量少，一般在2%以下，效果好，形成的絮團(tuán)大，而且強(qiáng)度大，不易破碎，不增加泥量，降低熱值，無腐蝕性。它分非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性四種。常用有機(jī)絮凝劑有:聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等，其中聚丙烯酰胺的應(yīng)用最多，占合成高分子絮凝劑的80%左右。然而這一類絮凝劑由于存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可避免的帶來一些毒性，所以限制了它的應(yīng)用。聚丙烯酰胺中的酰胺基團(tuán)是氮或胺的；苌。由于酰胺基團(tuán)中氮原子的未共用電子對與羥基雙鍵中的Л電子形成共軛體系，使氮原子的電子層密度降低，與之相連的氫原子也變得活潑，較易質(zhì)子化。因此，在一定條件下通過曼尼期反應(yīng)，在聚丙烯酰胺上引如胺類分子，生成季胺型陽離子。聚丙烯酰胺陽離子絮凝劑與絮凝體不僅有橋連作用，而且還有包絡(luò)作用。發(fā)生橋連和包絡(luò)的高分子還能相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有助于沉降分離。而我廠主要選用聚丙烯酰胺(PAM)干粉和乳液型兩種絮凝劑，現(xiàn)對兩種絮凝劑進(jìn)行比較。
聚丙烯酰胺干粉絮凝劑，該絮凝劑呈白色，其分子量為1000萬，陰離子型。該絮凝劑的特點為溶解速度較慢，添加時較容易，而且需要放置一定時間(約7～8小時)效果才好。另一種為內(nèi)蒙古河西航天工業(yè)總公司生產(chǎn)的乳液型聚丙烯酰胺絮凝劑，該絮凝劑呈乳膠狀，乳白色，分子量為1000萬，其特點是溶解速度快，溶解效果很好，攪拌時間短，15分鐘即可使用。
兩種絮凝劑對比實驗如下。
用200mL燒杯配制1‰濃度的干粉聚丙烯酰胺絮凝劑溶液，用電磁攪拌器攪拌一小時，靜置半小時。再用200mL燒杯配制1‰濃度的液體聚丙烯酰胺絮凝劑溶液，用電磁攪拌器攪拌15分鐘，F(xiàn)場采集煤泥水試樣并測其濃度，其值為45.69g/L，分裝在兩個500mL量筒內(nèi)，每只量筒內(nèi)煤泥水的量均為500mL。將配置好的兩種絮凝劑用注射器分別吸取2mL、2.5mL、3mL注入量筒內(nèi)，蓋上橡膠塞，上下自然翻轉(zhuǎn)五個循環(huán)，做好記錄，實驗結(jié)果如下表所示(見表1)。
從以上結(jié)果可以看出，乳液型聚丙烯酰胺絮凝劑比干粉聚丙烯酰胺絮凝劑效果稍好一些，而且最佳用量均為5mL(1000mL煤泥水量)。按照煤泥水小時入料量1500m3計算，則每班需加60kg絮凝劑。
1.2.2水溶性兩性高分子絮凝劑
水溶性兩性高分子絮凝劑是指在高分子鏈節(jié)上同時含有正、負(fù)兩種電荷基團(tuán)的水溶性高分子，與僅含有一種電荷的水溶性陰離子或陽離子聚合物相比，它的性能較為獨特。作為絮凝劑不僅可除去廢水中的懸浮物和膠體，而且可除去一般絮凝劑所不能及的范圍——廢水中的溶解物(如有色物質(zhì)及表面活性劑等)。將兩性高分子絮凝劑用于污泥脫水的實踐表明:經(jīng)過兩性高分子絮凝劑處理的污泥，沉降性能良好、泥餅含水量少。又由于兩性高分子內(nèi)陰、陽基團(tuán)能與金屬離子發(fā)生螯合作用，在等電點時又可將其釋放出來，因此可利用這一性質(zhì)將金屬離子分離回收。兩性高分子又可反復(fù)使用，這在重金屬污染的治理中將起到積極作用。因此，水溶性兩性高分子絮凝劑在廢水處理方面具有較廣泛的應(yīng)用前景。國內(nèi)雖然對兩性高分子絮凝劑的產(chǎn)品有報道，但僅限于實驗室合成和對性能的初步研究，并沒有成熟的、性能良好的產(chǎn)品供應(yīng)市場
1.2.3天然高分子絮凝劑
天然高分子絮凝劑易生物降解，本身或中間降解產(chǎn)物對人體無毒，具有選擇性大、價廉、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點。淀粉衍生物作為工業(yè)絮凝劑的研究始于60年代。乙烯基單體與淀粉的接枝共聚反應(yīng)是淀粉改性制備可生物降解的高分子材料的重要途徑之一，其關(guān)鍵問題在于引發(fā)劑的篩選。在生化系統(tǒng)中投加該類絮凝劑，可為城市污水處理后的回用提供符合要求的水質(zhì)。另外淀粉磷酸酯和淀粉黃原酸脂也是良好的絮凝劑。殼聚糖、甲殼素類絮凝劑作為水處理劑在工業(yè)上已大量應(yīng)用，美國主要用于給水及飲用水處理；日本主要用于水處理及污水處理，其中用于水處理的殼聚糖每年達(dá)1000噸之多；目前清華大學(xué)著手殼聚糖作絮凝劑的中試生產(chǎn)研究，獲得了一套適合我國國情的工業(yè)化生產(chǎn)的最佳工藝路線，其主要性能指標(biāo)均達(dá)到了或超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品的水平。殼聚糖除了對水中的固體懸浮物有較好的絮凝作用外，還對水中的COD、色度和重金屬離子等有較好的去除效果。由于該類聚合物具有無毒無味、抗菌、可生物降解等優(yōu)點使其被大量應(yīng)用于食品工業(yè)廢水處理中，殼聚糖可使各種食品加工廢水的固形物減少70%～98%。其絮凝機(jī)理主要是復(fù)合絮凝劑，復(fù)合型絮凝劑是近年才開始研制的新型絮凝劑，能克服使用單一絮凝劑的許多不足，適應(yīng)范圍廣，對低濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果，脫污泥性好，pH使用范圍大。然而復(fù)合在有機(jī)合成制備上手續(xù)復(fù)雜，成本較高，并有可能存在二次污染。目前還未見復(fù)合絮凝劑有工業(yè)化生產(chǎn)和使用的報道。污水或活性污泥中，有機(jī)固體顆粒帶負(fù)電荷，無機(jī)固體顆粒帶正電荷，混合固體顆粒呈電中性，所以有機(jī)污水或污泥加陽離子型絮凝劑，對無機(jī)污水或污泥加陰離子型絮凝劑，對混合污水或污泥加非離子型絮凝劑。帶有PAM的聚合氯化鋁、聚合氯化鐵，為無機(jī)有機(jī)高分子聚合物，它們具有無機(jī)、有機(jī)的雙重優(yōu)點，又避免了兩者的不足，還具有某些獨特的優(yōu)點，使凈水效果得到高度發(fā)揮。無機(jī)離子使懸浮顆粒發(fā)生絮凝并沉淀，高分子有機(jī)陽離子的高度架橋又促進(jìn)了絮凝吸附速度，故能達(dá)到快速凈水的目的；谏鲜鲈，我廠沒有采用過該類絮凝劑。
1.3復(fù)合型絮凝劑
復(fù)合絮凝劑復(fù)合型絮凝劑是近年才開始研制的新型絮凝劑，能克服使用單一絮凝劑的許多不足，適應(yīng)范圍廣，對低濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果，脫泥性好，pH使用范圍大。然而復(fù)合在有機(jī)合成制備上手續(xù)復(fù)雜，成本較高，并有可能存在二次污染，無機(jī)固體顆粒帶正電荷，混合固體顆粒呈電中性，所以有機(jī)污水或污泥加陽離子型絮凝劑，對無機(jī)污水或污泥加陰離子型絮凝劑，對混合污水或污泥加非離子型絮凝劑。帶有PAM的聚合氯化鋁、聚合氯化鐵，為無機(jī)有機(jī)高分子聚合物，它們具有無機(jī)、有機(jī)的雙重優(yōu)點，又避免了兩者的不足，還具有某些獨特的優(yōu)點，使凈水效果得到高度發(fā)揮。無機(jī)離子使懸浮顆粒發(fā)生絮凝并沉淀，高分子有機(jī)陽離子的高度架橋又促進(jìn)了絮凝吸附速度，故能達(dá)到快速凈水的目的。目前，我廠使用的復(fù)合絮凝劑其主要成份為聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁，使用情況如下(見表2)。
2結(jié)語
我廠經(jīng)過長期的探索和研究，對各種絮凝劑的性能和特性有一個較為全面的了解，通過實驗室試驗和現(xiàn)場煤泥水添加，總結(jié)出一套比較全面的、系統(tǒng)的、行之有效的經(jīng)驗，我們認(rèn)為使用復(fù)合型絮凝劑的效果較好，加藥量適中，經(jīng)濟(jì)效益也很好，每年可節(jié)約成本28萬元。
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