大武口洗煤厂絮凝剂处理煤泥水的效果研究

李昱昉+郭焱

作者简介：李昱昉（1989—），男，宁夏中卫人,西安交通大学能源与动力工程学院环境工程系硕士研究生。中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05018002

1研究背景

一直以来煤炭都是我国最主要的能源,占我国一次能源超过70%。煤炭在支撑我国经济的快速发展的同时,也给我国环境造成了不可估量的破坏。为了实现经济和环境的共同发展,对煤泥水进行回用具有重要的意义。

湿法选煤需要大量的水。比如跳汰选煤,每入选1t原煤需要大概3~5m3的循环水。水的来源除了循环水,还需要添加一部分中途消耗的水,以保持闭路循环系统的水平衡。这些水经过洗选的过程就会携带大量的颗粒,包括煤粉颗粒和杂质。对于含有大量粒径不大于1mm的洗选后的水则称之为煤泥水。

按照煤泥水处理的难易程度一般分为两种。一种是由煤质比较好的原煤洗选过后产生的煤泥水,这种煤泥水浓度比较低,含有的煤泥颗粒也比较大,是比较容易处理的煤泥水。另外的一种是属于品质比较差的煤洗选后所产生的煤泥水,这类煤泥水含有杂质多,带有大量电荷,浓度很高,煤泥颗粒小且粒径分布不均,整体形成一种相对比较稳定的胶体体系,比较难处理。而宁夏大武口洗煤厂的煤是属于煤龄较低的煤,煤化程度低,含泥高,洗选后形成的煤泥水处于难处理煤泥水。

2实验水样

本实验水样为使用大武口洗煤厂的煤自行配置。配置方案如下:按照100mL自来水投加90g煤粉比例,将煤粉和水加入烧杯,搅拌器搅拌25min,转速为500r/min。

2.1煤泥水基本特征

由表1可见煤泥水的悬浮物浓度较大,浊度也较高,不容易处理。

表1煤泥水基本特征分析表

项目SS/(g•L)浊度/NTUpH值容重结果90269507.561.03

2.2煤泥水沉降曲线

由表1和图1可知,开始的时候煤泥水浑液面下降较快,当超过15min时沉降速度减慢,当达到30min时,沉降进入临界状态,煤泥水浑液面开始缓慢沉降,直到稳定。

图1为煤泥水浑液面自然沉降曲线

3实验方法

投加絮凝剂是我国处理煤泥水最常用的方法,大武口洗煤厂采取的絮凝剂一般为聚丙烯酰胺,主要有阴离子型、阳离子型和非离子型3种类型。聚丙烯酰胺之所以能够用作絮凝剂,是因为其有很长的分子链,在上面有大量的活性基团可以吸附悬浮液中的颗粒,同时也有架桥作用。本文考察3个变量对絮凝效果的影响,分别是投药量、投药浓度和相对分子量。

3.1投药量对絮凝效果的影响

分别在100mL煤泥水中加入不同量的300万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂溶液,溶液浓度为05%,并快速搅拌后转入100mL量筒中观察煤泥水浑液面的沉降速度,取上清液测浊度。煤泥水浑液面下降距离用坐标纸贴在量筒上作为坐标,在倒入煤泥水后立即计时,算出煤泥水浑液面的沉降速度。

从图2和图3分析得出以下几个结论。随着投药量增加,煤泥水浑液面沉降速度增大,但是当投药量增加到一定值后,速度的增加变慢,及投药量对煤泥水沉降速度增加的作用降低。投药量从低到高增加时,上清液浊度随着投药量增加而下降,但是当投药量继续增加时,上清液的浊度下降不明显甚至开始上升。

图2投药量与沉降速度关系

图3投药量与浊度关系

基于以上实验数据,投药量应当处于一个合适的值,过高或过低都会产生浪费,也会对絮凝效果产生影响。投药量的合适值应当在1~1.5mL。

3.2分子量对絮凝效果的影响

用分子量为300万的聚丙烯酰胺,分别配置质量浓度为01%、02%、05%、1%、2%的絮凝剂溶液。并投加与煤泥水中,记录实验现象,测定出水浊度。

由图4和图5可知,随着投加当浓度较低时,随着投加浓度的增加,煤泥水浑液面沉降速度增大,出水效果变好;当浓度过高时,沉降速度和出水效果随着浓度增加而降低。因为当浓度较低时,随着浓度上升,可以和悬浮颗粒结合的基团变多;当浓度过高,絮凝剂和煤泥水的结合反而减少。

当投加的絮凝剂总量相同时,低浓度的处理效果相当高浓度的好,因此选择合适投加浓度为02%~05%。

图4浓度和沉降速度的关系

图5浓度和出水浊度的关系

3.3相对分子量对絮凝效果的影响

将不同分子量的聚丙烯酰胺配置成浓度0.5%的溶液,分别对100mL煤泥水进行絮凝实验,记录实验现象,测定出水浊度（表2）。

表2分子量与絮凝效果的关系

分子量300万600万1200万沉降速度/(mm/s)5.676.316.83浊度/NTU21.320.420.2

根据表2可知,高分子量的絮凝剂处理效果优于低分子量絮凝剂。

4实验结果

根据实验数据,阴离子聚丙烯酰胺的絮凝效果对大武口洗煤厂的煤泥水效果最佳,当选用质量浓度为05%絮凝剂投加量以12mL/L的阴离子聚丙烯酰胺时。能够对煤泥水具有很好的处理效果,满足洗水回用标准。2014年5月Journal of Green Science and Technology第5期滕丽：本溪市城镇集中式饮用水源保护区主要环境问题及保护措施环境与安全

本溪市城镇集中式饮用水源保护区主要环境问题

及保护措施

滕丽

（辽宁省本溪市环境监测中心站,辽宁 本溪 117021）

摘要：对本溪市城镇集中式饮用水源进行了调查评估及保护区划分,指出了由于环境监管不力,保护区内存在点源、面源污染,威胁水源安全的环境问题,针对性地提出了在保护区采取隔离防护、点源清理、非点源防治、水源涵养和生态修复等保护措施。

关键词：集中式饮用水源保护区;环境问题;保护措施

收稿日期：20140328

作者简介：滕丽（1965—），女，辽宁本溪人,高级工程师,主要从事环境监测工作。中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05018203

1引言

近几年,由于水源地污染而引起的社会问题相当突出,饮用水水源保护问题已成为关系国计民生的重大问题。因此,党中央、国务院明确提出了“要科学划定和调整饮用水水源保护区,切实加强饮用水水源保护,建设好城市备用水源,解决好农村饮水安全问题。坚决取缔水源保护区内的直接排污口,严防养殖业污染水源,禁止有毒有害物质进入饮用水水源保护区,强化水污染事故的预防和应急处理,确保群众饮水安全”。

本溪市处于辽河支流太子河的上游,其浑江水库又是辽宁省最大水源的调蓄水源,饮用水源的保护尤为重要。开展水源污染现状调查,发现水源保护区潜在风险,及时采取有效的保护措施,才可能保证饮用水源的水质不受污染。这对地方经济的可持续发展以及确保百姓饮用水安全都具有重要的现实意义。

2水源地基本情况调查

2.1水源地类型

本次调查范围为本溪地区县级以上政府所在地,取水能力在1万m3以上的5个集中式饮用水源地。目前,现用水源有4个,备用水源1个。水源地类型主要为河流型、湖库型水源地［1］,本溪市集中饮用水水源地基本情况见表1。

表1本溪市集中式饮用水水源地基本情况

水源地名称所在河流水源地

类型服务人口

/万人设计取水量

/(万t/d)实际取水量

/(万t/d)老官砬子水源太子河河流型78.93515.78本溪县小市镇太子河水源太子河河流型733南芬区水源细河河流型5.521.5桓仁水库水源浑江湖库型6.563观音阁水库水源太子河湖库型70备用水源

2.2水源地水质状况

河流型饮用水水源地水质标准执行国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),水质达标与否以Ⅲ类地表水标准值为限值,采用单因子评价法。湖库型水源地采用综合营养状态指数法评价富营养化程度。

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2012年河流型水源年均值均达Ⅲ类标准,但南芬水源偶有超标现象,粪大肠菌群是河流型水源的主要污染物;观音阁水库、桓仁水库水源综合营养状态指数分别为33.12、43.13,介于30~50之间,均属中营养状态,总氮、总磷是湖库型水源的主要污染物［2］。

2.3水源保护区划分现状

本溪市水源保护区划分［1,3］结果见表2。

表2本溪市饮用水水源保护区划分汇总

序号水源地名称水源地

类型所在

流域保护区面积/km2一级保护区二级保护区准保护区1老官砬子水源河流型太子河7.015247.8582南芬新水源河流型细河0.1655.0093本溪县小市镇太子

河水源河流型太子河0.3364桓仁水库水源水库型浑江110.6308.41656.95观音阁水库水源水库型太子河58.1228.292818.96

3水源保护区主要环境问题

3.1水源监管不力造成保护区存在环境安全隐患

3.1.1水源一级保护区缺少物理隔离防护

多数水源一级保护区边界未设立明确的地理界标和明显的警示标志。老官砬子水源地取水口在右岸,但左岸是开放的,一级保护区内有农村居民从事农业种植和畜禽养殖等活动,有漫水桥,人、畜、车可通过。桓仁水库饮用水源一级保护区内有网箱养殖;建有桓龙湖码头,船舶可以到达;库区有万乐岛,对游客开放;水库周边小型餐饮点给水库带来污染。小市镇太子河水源地取水口在观音阁水库坝下河中央,河两岸有护堤,但人、畜可到达。南芬区水源地其周边环境为开放式,铁路和高速公路跨越水源保护区,距离公路较近,人畜易到,存在着环境安全隐患。

3.1.2水源保护区内污染源对水源构成威胁

四个用饮用水水源二级保护区内均有农村居民从事农业种植和畜禽养殖。老官砬子水源和桓仁水库水源二级保护区内还有企业和城镇居民的点源污染,直接威胁饮用水源安全。目前老官砬子水源二级保护区面积过大,内建有小市污水处理厂,也是保护区内的排污口,对饮用水源安全构成潜在威胁。

3.2乡村工业和旅游业发展产生了点源污染

近年来,由于资源的需求,本溪市许多原材料加工业转向乡村,致使饮用水水源地保护区周围出现许多选矿业和金属加工业。桓仁水库上游辽宁界内有37家排污企业,主要为选矿业、金属加工业和餐饮业,年排污水量68万t。多数选矿行业由于选矿工艺要求,在生产过程中,需要加入浮选油、硫酸铜、硫酸锌等多种化学药剂。选矿污水采用浓缩池、沉淀池、尾矿库简易处理,残留在水中大部分药剂没有得到有效处理,没有进行雨、污分流,只是部分选矿污水得到回用,大部分污水超标排放,通过水库支流汇入桓仁水库,是造成水库污染的主要原因之一。旅游餐饮业的废水多数未经处理直排入库。

3.3水源保护区内居住人口给水源带来了压力

老官砬子一级保护区内有1100人,二级保护区城镇和农村人口合计达到10万余人,生活污水年排放总量达700万t以上;桓仁水库水源二级保护区内有农业人口1.5万人,生活污水年排放总量为28万t。农村污水排水设施建设与运营无可靠的资金来源,缺少污水处理系统。

3.4不合理的生产模式产生了面源污染

由于追求“高投入、高产出”的生产模式,农民在农田中施入大量化肥,一方面造成土壤肥力过剩,有机氮、无机氮比例失调,氮素转化率低,雨期大量肥力流失,给水体造成污染。而且农药的大量使用对土壤和水体造成污染,致使物种多样性减少,造成生态平衡失调。

近年来,为增加农村经济收入,农村畜禽养殖迅速发展,产生的大量污染物没有得到有效的处理,对水体产生污染。使畜禽养殖成为另一主要污染物来源。4个饮用水水源二级保护区内均有农村居民从事农业种植和畜禽养殖。

3.5固体废物无法得到有效处置

各饮用水水源地保护区内存在生活垃圾随地乱倒、收集不到位和垃圾临时堆放点不合理的现象。生活垃圾、农业生产秸杆等废弃物产生大量污染物随径流进入水体,对水体产生直接影响,污染水源地水质。

3.6矿山开采造成了生态破坏和水土流失

本溪市饮用水水源地保护区周边矿业的发展对保护区的生态环境造成了较大的破坏。矿山的开采在很大程度上改变了矿山原有的环境,耗费过量的土地。开采后破坏的土地,既丧失了原有的自然生态系统又难以直接成为进一步服务于社会的经济用地。矿山废弃物堆置场所是周围环境的污染源,废石堆在长期氧化、风蚀、溶淋的过程中,使各种有毒有害物质随水转入地下、地表水体和农田、土壤,造成水体长期不断的污染,同时又占用大量的土地面积。矿山的开采还会造成水土流失,桓仁水库目前水土流失4784hm2。水土流失在造成土地资源的破坏和农业生产条件恶化的同时,对水环境产生了影响,造成了生态失衡,其引发的环境问题已对可持续发展和人民群众的生产生活带来了严重危害。

4水源保护措施

4.1切实加强保护区的监督管理

严格按照地表水源保护区的管理规定执行,对水源一级保护区尽可能采取封闭措施,设置界标、警示牌和宣传牌。特别是对一级保护区内与供水设施无关的设施要尽快取缔、搬迁和拆除,以解决水源安全隐患问题。对近期不能拆除的公路、铁路、桥梁等要设置警示牌,严禁运载有毒有害危险品的车辆通过。对水源安全造成侵害或构成威胁倾向的各类污染源,应采取坚决措施进行搬迁和治理。

4.2实施农村环境连片整治,减轻水源压力

搬迁水源一级保护区内的人口。在二级、准保护区内人口集中地建设小型分散式污水处理厂,收集处理农村生活污水;在保护区内村庄建设小型垃圾处理场或周边村庄中设置集中垃圾中转站,集中堆放和处理农村生活垃圾。

4.3限制超坡度耕种,强化水源涵养林的保护

采取减少径流产生的保护性耕作措施,严格控制≥25°坡度耕种;退耕还林,寻找最佳防止面源污染的树种,使低矮丘陵的裸露土壤得到覆盖;依法保护好观音阁水库、桓仁水库上游的水源涵养林,做好水源涵养生态建设。

4.4采取有效措施,防止畜禽养殖有机污染

一是发展生态型规模化畜牧养殖业。保护区内分散零星的粗放饲养,要向规模化、集约化、标准化、生态型养殖转变,使畜牧养殖产生的非点源污染变为点源加以控制。二是合理布局,科学规划,对大型畜禽养殖场开展环境影响评价,执行“三同时”制度,使其尽可能远离饮用水源、河流。三是采用先进工艺,增设污染处理设施,对现有畜禽养殖场的粪便进行处理和综合利用。要大力推广畜禽粪便厌氧发酵和商品有机肥生产等成熟的技术,建立大中型能源环境示范工程。制定并落实禽畜粪便处理利用政策。

4.5开展化肥、农药施用研究,减少农田径流污染

淹没地化肥和农药的使用要严格禁止,水田的农药和化肥的使用要严格控制,施肥方法要求采用施底肥的方法,防止肥料随着水流流失,坡耕地施肥要以底肥为主,施肥季节要在雨季之前,流失严重的土地要使用农家肥和有机肥,发展有机食品。严禁使用高毒和难降解的农药。

4.6控制含磷洗衣粉的使用

严禁有磷洗衣粉的使用和销售,对集市上的洗衣粉品种进行调查和整顿,鼓励不含磷洗衣粉下乡销售。

4.7规范桓仁水库流域矿产资源开发行为

桓仁水库流域小矿山的综合整治以选矿为主,主要分布在入库支流上。要做到选矿污水得到全部回用,否则应予以关闭。做好矿山废弃地的生态修复。2014年5月Journal of Green Science and Technology第5期李博伟,等：离子交换树脂法去除PIA废水中Co2+、Mn2+的研究环境与安全

离子交换树脂法去除PIA废水中Co2+、Mn2+的研究

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李博伟1,郦和生1,徐月欣2

（1.中国石油化工股份有限公司北京北化院 燕山分院,北京 102500;2.北京友田之光科技有限公司,

北京 100085）

摘要：研究了D001、D113、116三种离子交换树脂法去除精间苯二甲酸(PIA)废水中的Co2+、Mn2+时的交换性能和再生性能,结果表明:三种树脂均可有效去除废水中的Co2+、Mn2+,相同体积的湿树脂交换Co2+、Mn2+总量大小为D113>116>D001,再生后交换性能可恢复。

关键词：离子交换树脂;PIA废水;Co2+;Mn2+

中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05018403

1引言

精间苯二甲酸(PIA)是一种重要的石油化工中间产物,其生产过程会产生含有钴锰催化剂的有机废水,主要成分有间苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、对甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸、醋酸甲酯、醋酸以及Co2+、Mn2+等［1］,废水显酸性,pH值在2~4之间,温度一般高于45℃［2］,在实际生产中出于成本核算及现场处理条件的考虑,废水处理方式通常为调节pH值至中性后与其它污水直接混合排入污水处理厂处理。该方案虽然简单,运行成本低,但Co2+、Mn2+去除不彻底。随着国家节水减排政策的出台,许多企业开展了污水回用工程,双膜法（超滤-反渗透）为经常采用的方法,Co2+、Mn2+会在膜表面生成难溶化合物从而严重影响反渗透膜处理段的制水周期,因此必须对进水中的Co2+、Mn2+进行严格的控制。本文采用离子交换树脂法对PIA生产装置有机废水中的Co2+、Mn2+去除进行了研究。2实验部分

2.1实验用水

某石化PIA装置废水,在调节池经NaOH调节后出水pH值保持在7~8之间,温度降为30~40℃,COD含量2000~5000mg/L,Co2+ 为15~20mg/L,Mn2+ 为10~15mg/L。

2.2实验材料和设备

D001树脂(大孔强酸性苯乙烯系离子交换树脂),D113树脂(大孔弱酸性丙烯酸系离子交换树脂),116树脂(弱酸性丙烯酸系离子交换树脂),江苏苏青树脂有限公司；

玻璃离子交换柱,PHS-3C型精密pH值计(上海精密科学仪器有限公司),COD测定装置,X射线荧光光谱分析仪(XRF),电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES),蠕动泵BT100-1L (保定兰格恒流泵有

收稿日期：20140305

作者简介：李博伟（1982—），男，黑龙江齐齐哈尔人,工程师,主要从事污水及工业水处理领域的相关工作。

参考文献：

［1］ 本溪市环保局.本溪市集中式饮用水源保护区划分技术报告［R］.本溪:本溪市环保局,2012.

［2］ 本溪市环境监测中心站.本溪市环境质量报告书［R］.本溪:本溪市环境监测中心站,2012.

［3］ 辽宁省人民政府.

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