高浓度洗煤废水处理实验初报

李晓婷

(宜春学院 生命科学与资源环境学院，江西 宜春 336000)

高浓度洗煤废水属于呈弱碱性的胶体体系废水，该类废水处理的首要任务是使悬浮物沉降，从而实现泥水分离。［1］对于呈胶体状态的高浓度洗煤废水来说，要想达到去除悬浮物并实现回用的目标，就必须实现带电胶体颗粒的相互凝聚，使小颗粒的带电胶体形成粒径较大的颗粒团。［2］因此，试验主要采用混凝沉淀的处理方法处理高浓度洗煤废水。即通过投加混凝剂来破坏带电胶体的稳定性，首先降低ζ 电位，［3］从而达到减弱胶粒间的静电斥力以及水化膜作用力的效果，进而促进颗粒间的相互凝聚;进一步投加絮凝剂辅助絮凝使絮体颗粒变大，强化混凝沉淀的效果。

1 不同混凝剂的筛选试验

取pH =8.25，SS =40573mg/L 的某洗煤厂废水做混凝沉降实验。每次取洗煤废水100mL，然后，投加一定质量浓度的氯化钙、PAC、FeCl3和氧化钙溶液，以一定速度均匀搅拌1min 后，在100mL 量筒内静置沉淀，实时观察实验现象，并且记录不同时间段量筒内的泥面高度。通过对比试验发现，采用氯化钙和PAC 对试验废水可以取得较好的沉降效果。

2 絮凝剂的选择

2.1 PAM 投加量对沉淀效果的影响

表1 PAM 投加量对清水分离率和沉速的影响

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水样4 份，每份各100mL，随后加入质量浓度为0.1%的PAM溶液2、3、4、5mL，其对应投药量为20、30、40、50mg/L，匀速搅拌1min 后，在100mL 量筒内静置沉淀，记录不同时间节点相应的泥面高度。试验结果如表1 所示，沉降曲线如图1 所示。

图1 单独投加PAM 沉降曲线

根据上述试验结果及沉降曲线可以发现，往水样单独投加絮凝剂PAM，随着PAM 投加量的逐步增加，沉降速率逐步提高，从0.867mm/s 上升到1.67mm/s。清水分离率也有一定程度的提高，但是不够明显，当PAM 投加浓度达到50mg/L 时，沉降速度及清水分离率稍有下降。此外，单独投加PAM 后的上清液浊度较高，含有许多未沉淀的悬浮颗粒，因此污泥产生量较少。

3 PAC+PAM 处理高浓度洗煤废水实验

3.1 PAC 最佳投药量的确定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水样五份各100mL。首先向水样中加入质量浓度为0.1%的PAM溶液4mL，固定PAM 的投加量为40mg/L，搅拌1min，然后分别向水样中加入质量浓度为1%的PAC溶液1、2、3、4、5mL，投加量分别为100、200、300、400、500mg/L，搅拌1min。最后将水样倒入100mL 量筒中沉淀，实验结果如表2 所示，沉淀曲线如图2 所示，SS 与投药量关系曲线如图3 所示。

表2 PAC 投加量对沉降效果的影响

图2 PAC 投加量对沉淀效果的影响

图3 PAC 投加量与SS 关系

实验结果及相关曲线表明，当PAM 投加量固定为40mg/L 时，随着PAC 的投加量的增加，清水分离率和沉降速度都增加，当PAC 投加量达到300mg/L 时，清水分离率和沉降速度都达到最大，且上清液SS 为66mg/L，达到排放和回用洗煤的标准，继续增加PAC 的投加量，沉降速度和清水分离率都有所降低。所以，PAC 的投药量要适宜，不宜过大，也不宜过小，最佳投药量为300mg/L。

PAC 对该洗煤废水处理效果好的原因是:混凝剂PAC 中带高电荷的含铝多核络合物能够充分发挥其络合物的电中和作用，使呈负电荷的煤、泥胶体相互凝结成大颗粒的胶团加速沉淀。同时高分子量混凝剂PAC 的水解产物对脱稳的煤、泥大颗粒胶团及微絮体同样具有很好的粘接架桥、网捕卷扫作用，促进颗粒絮凝沉淀。

3.2 PAM 最佳投药量的确定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水样五份各100mL。首先向水样中加入质量浓度为1%的PAC溶液3mL，固定PAC 的投加量为300mg/L，搅拌1min，然后分别向水样中加入质量浓度为0.1%的PAM 溶液2、3、4、5、6mL，投加量分别为20、30、40、50、60mg/L，搅拌1min。最后将水样倒入100mL 量筒中沉淀，实验结果如表3 所示，沉淀曲线如图4 所示，SS 与投药量关系曲线如图5所示。

表3 PAM 投加量对沉降效果的影响

图4 PAM 投加量对沉淀效果的影响

图5 PAM 投加量与SS 关系曲线

根据实验结果及相关曲线可以得出:PAM 的投加量对煤泥的沉速影响较大，随着PAM 投加量的不断增加，沉降速度也不断提高，从20mg/L 时的0.283mm/s 上升到50mg/L 时的1.317mm/s，但当PAM 投加量超过50mg/L 后，沉淀速度有所下降。PAM 的投加量对清水分离率有一定影响，但不是十分显著。由此确定PAM 最佳投药量为50mg/L。

综上所述，PAC 与PAM 联用处理该洗煤废水，有很好的效果，沉淀速度快，上清液SS 浓度低，pH 基本无变化，达到排放和回用洗煤的标准。PAC 和PAM 的最佳投药量分别为300mg/L 和50mg/L。

4 氯化钙+PAM 处理高浓度洗煤废水实验

4.1 氯化钙最佳投药量的确定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水样五份各100mL。首先向水样中加入质量浓度为0.1% 的PAM 溶液4mL，固定PAM 的投加量为40mg/L，搅拌1min，然后分别向水样中加入质量浓度为2%的氯化钙溶液1、2、3、4、5mL，投加量分别为200、400、600、800、1000mg/L，搅拌1min。最后将水样倒入100mL 量筒中沉淀，实验结果如表4所示，沉淀曲线如图6 所示，SS 与投药量关系曲线如图7 所示。

表4 氯化钙投加量对沉降效果的影响

图6 氯化钙投加量对沉淀效果的影响

图7 氯化钙投加量与SS 的关系曲线

从以上实验结果及关系曲线可以发现:当固定PAM 投加量为40mg/L 时，随着氯化钙的投加量的增加，清水分离率和沉降速度都增加，且沉淀速度增加较投加PAC 时显著。当氯化钙投加量达到600mg/L 时，清水分离率和沉降速度都达到最大，上清液SS 为72mg/L，达到排放和回用洗煤的标准，继续增加氯化钙的投加量，沉降速度和清水分离率都有所降低。所以，氯化钙的投药量要适量，最佳投药量为600mg/L。

氯化钙混凝剂混凝效果好的原因:①Ca2+压缩双电层作用能够有效地降低煤泥颗粒间的ζ 电位，从而使煤泥颗粒互相凝聚;②Ca2+的水解作用能够产生大量的六水络合物［Ca2+(H2O)6］2+，并且吸附在煤粒表面，吸附结果使得煤泥颗粒表面疏水性增强，［4］改善混凝效果。其次，Ca2+的存在能够使废水中的无机离子及有机杂质生成难溶钙盐而沉降下来。

4.2 PAM 最佳投药量的确定

取SS =40573mg/L，pH =8.25 的水样五份各100mL。由前述实验可知，氯化钙的最佳投药量为600mg/L，故首先向水样中加入质量分数为2%的氯化钙溶液3mL，固定氯化钙的投加量为300mg/L，搅拌1min，然后分别向水样中加入质量浓度为0.1%的PAM 溶液2、3、4、5、6mL，投加量分别为20、30、40、50、60mg/L，匀速搅拌1min。最后将水样倒入100mL 量筒中沉淀，实验结果如表5所示，沉淀曲线如图8 所示，SS 与投药量关系曲线如图9 所示。

表5 PAM 投加量对沉降效果的影响

图8 PAM 投加量对沉淀效果的影响

图9 PAM 投加量与SS 关系

根据实验结果可以看出:固定氯化钙的投加量，在洗煤废水投加PAM，主要对絮状物的沉降速度影响显著。当PAM 投加量达到50mg/L 时，沉速已达到1.483mm/s。但当PAM 投加量超过50mg/L 时，沉降速度反而有所下降，说明PAM 的投药量不是越多越好，最佳投药量为50mg/L。

根据上述试验结果，氯化钙+PAM 处理高浓度洗煤废水，也能达到很好的效果。影响洗煤废水沉降的最主要因素是PAM 投加量，即随PAM 的增加，沉降速度明显加快，其次是氯化钙的投药量。氯化钙和PAM 的最佳投药量分别是600mg/L 和50mg/L。

5 结束语

①本次试验所选用的四种混凝剂均能降低洗煤废水的ζ 电位，但是相比较而言，氯化钙和PAC 两种混凝剂的混凝沉淀效果较好，能够快速有效地形成大颗粒的絮凝体。FeCl3和石灰不如前两种混凝剂的混凝沉降效果明显，虽然也能形成一定量的絮凝体，但颗粒细小，分离出来的清水浊度也偏高。

②絮凝剂PAM 具有很强凝聚作用，能够增大颗粒的粒度，大幅度提高颗粒的沉降速度，强化混凝效果。

③PAC 与PAM 联用处理洗煤废水，可以去除废水中绝大部分悬浮物，达到很好的处理效果。同时颗粒物沉速较快，上清液SS 低，且原废水PH基本无变化。PAC 和PAM 的最佳投药量分别是300mg/L 和50mg/L。目前市场上PAC 的售价大约为3000 元/吨，PAM 的售价约为30000 元/吨，处理该种洗煤废水合2.4 元/吨。

④氯化钙与PAM 联用处理该洗煤废水，同样可以达到很好的效果，处理后废水SS 低，PH 基本无变化，无需调节出水PH，就能达到回用洗煤的标准，且用氯化钙处理该废水的颗粒物沉降速度较PAC 稍快些。氯化钙和PAM 最佳投药量分别为600mg/L 和50mg/L。市场上氯化钙的售价大概为950/吨，PAM 售价为30000 元/吨，处理该种废水合2.07 元/吨。

因此，对于洗煤废水产生量大的矿井，建议采用氯化钙+PAM 的处理方法，这样不仅能节省处理成本，而且也能够缩小构筑物的占地面积。

［1］李亚峰. 高浓度洗煤废水处理与回用技术研究［D］.辽宁:东北大学，2005.

［2］《煤泥水处理》编译组. 煤泥水处理［M］. 北京:煤炭工业出版社，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，张秀梅，吴大为. 对Ca2+影响煤泥浮选和凝聚作用机理的认识［J］. 煤炭学报，2003，(4):233－235.