微波处理洗煤废水的效果及作用机理初探

2018-12-05党伟男

山东煤炭科技 2018年6期

关键词：絮凝剂阳离子废水处理

党伟男

（山西煤炭进出口集团有限公司，山西太原 030000）

随着环境问题的愈发突出，各行各业都在进行清洁生产的尝试，工业生产也不例外。煤炭产业是我国传统工业产业之一，会造成严重的生态破坏与环境污染，并产生大量的洗煤废水，探究绿色的、高效的洗煤废水处理方法是当前煤炭产业发展的重要方向。

1 微波处理洗煤废水的效果分析

1.1 废水水质分析

1.1.1 分析方法

分析微波功率及辐射时间对洗煤废水的影响，并研究溶液pH值影响下的洗煤废水处理效果，首先对山煤集团煤矿的洗煤废水进行水质抽样，并将其作为本次实验的实验材料。

表1 洗煤废水水质分析资料

实验选用300mL检测水样，将其放入烧杯，并在微波炉内进行微波处理，期间采用搅拌设备按照既定速度进行搅拌，并将经过微波处理的水样装入量筒中沉淀处理，30min后，对其上清液进行pH值、SS等指标的测定，以分析微波处理洗煤废水的效果与作用。具体的测量与分析方式如下：pH值分析采用phs酸度计进行检测；CODcr：采用重铬酸钾作为氧化剂化学耗氧量进行检测，确定其重铬酸盐指数；SS：以重量分析法确定其上清液中的固体悬浮物；有机碳量：通过燃烧氧化与非分散红外吸收法进行检测。

1.1.2 单因素实验分析结果

（1）微波辐射功率的影响

准备5份300mL洗煤废水水样，将溶液pH值调节到6，在微波辐射环境下放置3min，并逐步调整微波功率，对上清液中的CODcr与SS进行检测，以分析洗煤废水在不同微波功率下产生的变化。

经过测试发现，在相同时间、不同功率下对洗煤废水进行微波处理，随着微波功率的上升，SS与CODcr的清除率也随之上升，其内在原因是微波功率的上升会增加洗煤废水中碳物质单位面积吸收微波的能量，在碳物质表面形成“微波热点”，能量不断上升的同时，数量也随之增加，洗煤废水中颗粒之间的碰撞频率上升，交替颗粒的去除条件更好，也就增加了SS和CODcr的清除率。800W是微波功率的上限，当微波功率达到800W时，会在洗煤废水中造成激烈反应，不利于洗煤废水的冷凝。同时，考虑到洗煤废水成本投入，在实际应用中，山煤集团采用了功率为640W的微波对洗煤废水进行处理。

图1 微波功率对洗煤废水的处理效果

（2）微波辐射时长的影响

准备7分300mL洗煤废水水样，在pH值为6、微波功率为640W的环境下进行微波处理，对微波辐射的时长加以调整，并检测上清液中的CODcr与SS。

经过试验与分析可以确定，微波辐射时间的上升，会增加CODcr与SS的清除率，在微波处理的1～3min之间，CODcr与SS清除率上升速度较为快速；辐射时间达到4min时，CODcr与SS的清除率涨幅随之放缓；当微波处理时间达到7min左右，废水水样中的CODcr可以达到81%左右的清除率，SS可以达到74%左右的清除率。

但同时也发现，随着微波辐射时间的延长，水样中的水体积减少，主要是由于微波处理使洗煤废水快速沸腾，水分蒸发的速度加快，越长时间的微波处理，洗煤废水水样的水分蒸发情况越严重。结合洗煤废水处理的实践需求，山煤集团最终确定4min为微波处理时长[1]。

图2 微波辐射时长对洗煤废水的处理效果

1.2 微波环境下生物絮凝剂的效果分析

1.2.1 原料生成

（1）原料处理

以天然胶粉为原料，在微波环境下探讨天然胶粉对于洗煤废水中杂质的絮凝效果。选用粒度＜80目、相对分子质量为3×105、华南地区生产的刨花楠木高分子天然胶粉作为实验原料。

表2 生物絮凝剂原料成分

对该原料进行预处理，置于反应器中，添加95%浓度的乙醇，确保原料分散，添加浓度为30%的氢氧化钠溶液，经过搅拌后静置。

（2）生物絮凝剂合成

选择带有搅拌装置的三口烧瓶，将其放置在冰水浴中，添加一定量的高浓度盐酸与蒸馏水，经过一段时间的冷却处理之后，增加三甲胺醇溶液，制备三甲胺盐酸盐。将冰水浴调整为恒温水浴，增加环氧氯丙烷，静置处理之后，将溶液进行蒸发提纯处理，生成阳离子醚化剂。

处理后的原料中增加一定量的阳离子醚化剂，增加一定量的蒸馏水，经过微波处理之后生成生物絮凝剂。

（3）测定极限粘度

在洗煤废水的处理环节，要求絮凝剂具备良好的絮凝效果，而摩尔质量越大，絮凝效果越强，在温度、聚合物与溶剂确定之后，极限黏度会对絮凝剂的摩尔质量产生影响：

式中：

K-比例常数；

α-扩张因子；

1.2.2 废水处理分析

选用两筒沉降实验方法进行虚拟实验，各取100mL洗煤废水，分别注入100mL具塞比色管中，并投放不同剂量的PAC或生物絮凝剂，摇匀静置后记录悬浮物沉降时间，发现在生物絮凝剂的作用下，水中的絮体会少量增加，而PAC进行单独絮凝处理，则会产生体积较为细小的絮体，沉降速度极慢。将PAC与生物絮凝剂混合进行絮凝处理，则混合絮凝剂的用量越大，洗煤废水中絮体凝结速度与絮团沉降速度越快，并将絮体沉降时间缩短90%左右。

2 微波处理洗煤废水的作用机理

2.1 微波特性

微波是一种频率为300～300GHz的电磁波，通常波长在1～1m之间，当微波用于加热的时候，通常频率在2450MHz，与122.4mm波长相对应，在废水处理中引进微波处理技术，是90年代末期兴起的一种废水处理方法。

2.2 作用机理

2.2.1 微波直接应用于洗煤废水的作用原理

微波对洗煤废水产生辐射时，许多杂质会受到微波的影响，并将这种波动传递给其他物质，并产生诱导性的反应，这些物质也被称作“敏化剂”，通常都具有较强的微波吸收能力。洗煤废水中，碳物质较多，能够有效地对微波能量加以吸收，并且凭借其凹凸不平的表面形成“微波热点”，微波能量在这些热点富集，并吸附废水中的胶体物质，并对其进行净化处理，因而微波可以在洗煤废水处理中起到重要作用。

2.2.2 微波环境下制备阳离子絮凝剂的作用机理

阳离子醚化剂的制备可以用以下公式表现：

阳离子絮凝剂的制备，是通过带有氢氧化钠的催化作用，胶粉发生变化生成具备高取代度的阳离子絮凝剂。现阶段的洗煤废水中许多颗粒与胶体都有负电性，会造成较为严重的污染问题，利用微波辐射技术辅助新型絮凝材料的合成，并有效提高絮凝剂的极限黏度，在洗煤废水中可以起到有效的絮凝效果，加速絮团沉降。复合型的絮凝剂中含有天然高分子胶粒，能够在自然环境下降解，且不具备毒性，因此山煤集团也正在着手推广这种新型的复合絮凝剂[2]。