鄭繼洪 徐初陽(yáng) 聶容春 孫銀宇

（1.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽省淮南市，232001；2.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽省淮南市，232001）

選煤廠煤泥水處理是實(shí)現(xiàn)煤泥水閉路循環(huán)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，解決煤泥水的澄清問(wèn)題除了采用合理的工藝流程及設(shè)備，還需要合理選擇并使用絮凝劑，聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物或丙烯酰胺與其它單體共聚而得聚合物的統(tǒng)稱，主要包括陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺和兩性離子型聚丙烯酰胺3大類。目前選煤廠廣泛采用的是陰離子型聚丙烯酰胺，其對(duì)于高灰細(xì)泥含量較多的煤泥水處理效果較差，而陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺 （CPAM）由于其獨(dú)特的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和帶高密度電荷，適合于含細(xì)粒懸浮物、有機(jī)物和膠體等廢水的處理。

本文針對(duì)淮南礦區(qū)張集選煤廠和新莊孜選煤廠的煤泥水進(jìn)行了一系列的單因素試驗(yàn)和絮凝性能對(duì)比試驗(yàn)，研究了特性粘數(shù)、藥劑用量、煤泥水性質(zhì)以及煤泥水pH 值對(duì)CPAM 絮凝效果的影響。

1 煤泥水性質(zhì)分析

試樣煤泥水采取張集選煤廠和新莊孜選煤廠原生煤泥，按照GB／T19093-2003 《煤粉篩分試驗(yàn)方法》規(guī)定的方法對(duì)采集的煤泥水進(jìn)行了篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表1和表2。

表1 張集選煤廠煤泥篩分試驗(yàn)結(jié)果

表2 新莊孜選煤廠煤泥篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，張集選煤廠煤泥灰分較高，小于0.045 mm 的微細(xì)顆粒占30.89%，灰分高達(dá)52.94%，屬于高灰細(xì)泥型煤泥水。由表2 可知，新莊孜選煤廠煤泥小于0.045 mm 的微細(xì)顆粒占9.40%，灰分為39.54%，煤泥水中的高灰礦物細(xì)泥含量較少。因此，張集選煤廠煤泥水粒度細(xì)、富含高嶺土，屬于典型的難沉降煤泥水，而新莊孜選煤廠煤泥水粒度適中，易于沉降。

2 絮凝沉降試驗(yàn)

2.1 絮凝劑的制備

選取了4種聚丙烯酰胺進(jìn)行了絮凝試驗(yàn)，4種聚丙烯酰胺的技術(shù)特征見(jiàn)表3，試驗(yàn)參照GB／T18712-2002 《選煤用絮凝劑性能試驗(yàn)方法》，將CPAM 配制成濃度為0.1%的溶液備用。

表3 聚丙烯酰胺種類與技術(shù)特征

2.2 試驗(yàn)步驟

（1）用500ml的量筒量取煤泥水，使用注射器將絮凝劑溶液加入到煤泥水中，雙向翻轉(zhuǎn)量筒來(lái)回10次，使藥劑與煤泥水混合均勻。

（2）用秒表記錄煤粉沉降的高度，然后量筒靜置約10min，用注射器移取量筒中的上層清液至光電比色計(jì)測(cè)定上清液透光率。

（3）記錄試驗(yàn)結(jié)果。

（4）根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，繪制透光率、自由沉降速度與絮凝劑用量的關(guān)系曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 特性粘數(shù)與藥劑添加量對(duì)絮凝效果的影響

試驗(yàn)條件為：張集選煤廠煤泥水，煤泥水pH值為中性，濃度為50g／L，考察CPAM 特性粘數(shù)與藥劑添加量對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，隨著特性粘數(shù)的增大，煤泥水沉降速度加快，同時(shí)透光率也不斷提高。但是特性粘數(shù)對(duì)沉降速度的影響更為明顯，原因是特性粘數(shù)大的絮凝劑的分子量大，高分子鏈很長(zhǎng)，可同時(shí)吸附在多個(gè)顆粒表面上形成大粒團(tuán)聚沉，從而使沉降速度增大。綜合考慮透光率和沉降速度這兩個(gè)指標(biāo)，1＃CPAM 絮凝效果最好，2＃CPAM 次之，3＃CPAM 絮凝效果最差。

隨著藥劑添加量的增加，透光率和沉降速度均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，藥劑添加量過(guò)大不僅造成浪費(fèi)，而且會(huì)發(fā)生絮凝保護(hù)作用，使絮凝效果下降，可以看出CPAM 的最佳添加量為10g／m3。

圖1 特性粘數(shù)對(duì)絮凝效果的影響

3.2 煤泥水性質(zhì)對(duì)絮凝效果的影響

藥劑選用1＃CPAM 并固定其添加量為10g／m3，煤泥水分別為張集選煤廠和新莊孜選煤廠原生煤泥，其他條件不變，考察煤泥水性質(zhì)對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，CPAM 對(duì)不同性質(zhì)的煤泥水絮凝效果是不一樣的，在相同藥劑用量條件下，CPAM 對(duì)張集選煤廠煤泥水處理效果比新莊孜選煤廠的好，這和煤泥灰分及粒度大小不同有關(guān)。張集選煤廠煤泥水中細(xì)泥含量高，通常細(xì)泥物表面所帶負(fù)電荷較高，彼此排斥力較大，影響甚至阻礙了絮凝作用，此時(shí)需要加入大量的電解質(zhì)，以壓縮顆粒表面雙電層，這些顆粒才能絮凝沉降。而CPAM 同時(shí)具有絮凝作用和凝聚作用，所以當(dāng)加入具有相反電荷的CPAM 絮凝劑時(shí)，起到了添加無(wú)機(jī)電解質(zhì)的作用，煤泥水中細(xì)粒級(jí)懸浮顆粒會(huì)因電中和作用而發(fā)生碰撞，形成大的絮團(tuán)而沉降。因此，CPAM 對(duì)于處理高灰細(xì)泥含量多的難沉降煤泥水效果更為顯著。

圖2 煤泥水性質(zhì)對(duì)絮凝效果的影響

3.3 煤泥水pH 值對(duì)絮凝效果的影響

選用張集選煤廠煤泥水，藥劑為1＃CPAM，固定其添加量為10g／m3，其它條件不變，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)煤泥水的pH 值，考察煤泥水pH值對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨著pH 值的增大，煤泥水的透光率和沉降速度總體呈下降趨勢(shì)，這是由于pH 值直接影響煤顆粒表面電性，煤泥顆粒表面帶有負(fù)電荷，在較小的pH 值下，H+可部分中和其表面的負(fù)離子，減小顆粒之間的排斥力；隨著pH 值的增大，H+含量減小，OH+含量增加，顆粒之間的排斥力較大。綜合考慮透光率和沉降速度，當(dāng)1＃CPAM 在pH 值為5 時(shí)，煤泥水透光率為98%，沉降速度為600mm／min，絮凝效果最好。

圖3 pH 值對(duì)絮凝效果的影響

3.4 絮凝性能對(duì)比試驗(yàn)

選用張集選煤廠煤泥水，煤泥水濃度為50g／L，pH 值為中性，將1＃CPAM 與4＃工業(yè)陰離子型聚丙烯酰胺進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 絮凝性能對(duì)比

由圖4可知，1＃與4＃兩種藥劑的沉降速度差別不大，但1＃透光率遠(yuǎn)好于4＃透光率，因此1＃CPAM 處理高灰細(xì)泥型煤泥水效果優(yōu)于4＃。

4 結(jié)論

（1）不同特性粘數(shù)的CPAM 絮凝效果不同，通常特性粘數(shù)越大其絮凝沉降效果越好，因而提倡采用高分子量的CPAM；隨著CPAM 用量增加，絮凝效果提高，最佳藥劑添加量為10g／m3，藥劑添加量超過(guò)最佳用量，絮凝效果反而下降。

（2）CPAM 對(duì)不同性質(zhì)的煤泥水絮凝效果不同，對(duì)于處理高灰細(xì)泥含量多的煤泥水效果更為顯著，并且優(yōu)于工業(yè)陰離子型聚丙烯酰胺。

（3）pH 值對(duì)CPAM 的絮凝效果也有影響，CPAM 對(duì)酸性煤泥水的處理效果優(yōu)于堿性和中性煤泥水。

［1］ 陳輝，尹慧，強(qiáng)穎懷.ATP／PAM 接枝聚合物對(duì)煤泥水的絮凝研究 ［J］.中國(guó)煤炭，2011 （2）

［2］ 蓋春燕，樊民強(qiáng).pH 值對(duì)煤泥水處理的影響 ［J］.選煤技術(shù)，2010 （2）

［3］ 陳開(kāi)玲，錢坤.淺析煤泥水的特點(diǎn)及治理方法［J］.潔凈煤技術(shù)，2008 （2）

［4］ 徐初陽(yáng)，羅慧，聶容春等.聚丙烯酰胺的性質(zhì)對(duì)煤泥水絮凝效果的影響 ［J］.煤炭技術(shù)，2004 （1）

［5］ 郭立穎.陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能的研究 ［D］.淮南：安徽理工大學(xué)，2006

［6］ 聶容春，賈榮仙，徐初陽(yáng)等.陽(yáng)離子型PAM 絮凝劑的光引發(fā)合成表征及絮凝效果 ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2006 （5）

［7］ 申秀梅，聶容春，張東杰.陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的光引發(fā)合成及絮凝性能研究 ［J］.選煤技術(shù)，2011（1）

［8］ 羅慧.陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的絮凝性能的影響［J］.應(yīng)用化工，2006 （11）

［9］ 許寧，馬強(qiáng)，陶秀祥等.pH 值對(duì)煤泥水凝聚沉降效果影響的研究 ［J］.潔凈煤技術(shù)，2009 （6）

［10］ 馬青山，賈瑟，孫麗珉等 .絮凝化學(xué)和絮凝劑［M］.北京：中國(guó)環(huán)境出版社，1988

［11］ 張景，王澤南，宋樹(shù)磊等.煤泥水pH 值對(duì)絮凝沉降效果的影響 ［J］.潔凈煤技術(shù)，2011 （5）