黨偉男

（山西煤炭進出口集團有限公司，山西 太原 030000）

隨著環(huán)境問題的愈發(fā)突出，各行各業(yè)都在進行清潔生產(chǎn)的嘗試，工業(yè)生產(chǎn)也不例外。煤炭產(chǎn)業(yè)是我國傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，會造成嚴重的生態(tài)破壞與環(huán)境污染，并產(chǎn)生大量的洗煤廢水，探究綠色的、高效的洗煤廢水處理方法是當前煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

1 微波處理洗煤廢水的效果分析

1.1 廢水水質分析

1.1.1 分析方法

分析微波功率及輻射時間對洗煤廢水的影響，并研究溶液pH值影響下的洗煤廢水處理效果，首先對山煤集團煤礦的洗煤廢水進行水質抽樣，并將其作為本次實驗的實驗材料。

表1 洗煤廢水水質分析資料

實驗選用300mL檢測水樣，將其放入燒杯，并在微波爐內進行微波處理，期間采用攪拌設備按照既定速度進行攪拌，并將經(jīng)過微波處理的水樣裝入量筒中沉淀處理，30min后，對其上清液進行pH值、SS等指標的測定，以分析微波處理洗煤廢水的效果與作用。具體的測量與分析方式如下：pH值分析采用phs酸度計進行檢測；CODcr：采用重鉻酸鉀作為氧化劑化學耗氧量進行檢測，確定其重鉻酸鹽指數(shù)；SS：以重量分析法確定其上清液中的固體懸浮物；有機碳量：通過燃燒氧化與非分散紅外吸收法進行檢測。

1.1.2 單因素實驗分析結果

（1）微波輻射功率的影響

準備5份300mL洗煤廢水水樣，將溶液pH值調節(jié)到6，在微波輻射環(huán)境下放置3min，并逐步調整微波功率，對上清液中的CODcr與SS進行檢測，以分析洗煤廢水在不同微波功率下產(chǎn)生的變化。

經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，在相同時間、不同功率下對洗煤廢水進行微波處理，隨著微波功率的上升，SS與CODcr的清除率也隨之上升，其內在原因是微波功率的上升會增加洗煤廢水中碳物質單位面積吸收微波的能量，在碳物質表面形成“微波熱點”，能量不斷上升的同時，數(shù)量也隨之增加，洗煤廢水中顆粒之間的碰撞頻率上升，交替顆粒的去除條件更好，也就增加了SS和CODcr的清除率。800W是微波功率的上限，當微波功率達到800W時，會在洗煤廢水中造成激烈反應，不利于洗煤廢水的冷凝。同時，考慮到洗煤廢水成本投入，在實際應用中，山煤集團采用了功率為640W的微波對洗煤廢水進行處理。

圖1 微波功率對洗煤廢水的處理效果

（2）微波輻射時長的影響

準備7分300mL洗煤廢水水樣，在pH值為6、微波功率為640W的環(huán)境下進行微波處理，對微波輻射的時長加以調整，并檢測上清液中的CODcr與SS。

經(jīng)過試驗與分析可以確定，微波輻射時間的上升，會增加CODcr與SS的清除率，在微波處理的1～3min之間，CODcr與SS清除率上升速度較為快速；輻射時間達到4min時，CODcr與SS的清除率漲幅隨之放緩；當微波處理時間達到7min左右，廢水水樣中的CODcr可以達到81%左右的清除率，SS可以達到74%左右的清除率。

但同時也發(fā)現(xiàn)，隨著微波輻射時間的延長，水樣中的水體積減少，主要是由于微波處理使洗煤廢水快速沸騰，水分蒸發(fā)的速度加快，越長時間的微波處理，洗煤廢水水樣的水分蒸發(fā)情況越嚴重。結合洗煤廢水處理的實踐需求，山煤集團最終確定4min為微波處理時長[1]。

圖2 微波輻射時長對洗煤廢水的處理效果

1.2 微波環(huán)境下生物絮凝劑的效果分析

1.2.1 原料生成

（1）原料處理

以天然膠粉為原料，在微波環(huán)境下探討天然膠粉對于洗煤廢水中雜質的絮凝效果。選用粒度＜80目、相對分子質量為3×105、華南地區(qū)生產(chǎn)的刨花楠木高分子天然膠粉作為實驗原料。

表2 生物絮凝劑原料成分

對該原料進行預處理，置于反應器中，添加95%濃度的乙醇，確保原料分散，添加濃度為30%的氫氧化鈉溶液，經(jīng)過攪拌后靜置。

（2）生物絮凝劑合成

選擇帶有攪拌裝置的三口燒瓶，將其放置在冰水浴中，添加一定量的高濃度鹽酸與蒸餾水，經(jīng)過一段時間的冷卻處理之后，增加三甲胺醇溶液，制備三甲胺鹽酸鹽。將冰水浴調整為恒溫水浴，增加環(huán)氧氯丙烷，靜置處理之后，將溶液進行蒸發(fā)提純處理，生成陽離子醚化劑。

處理后的原料中增加一定量的陽離子醚化劑，增加一定量的蒸餾水，經(jīng)過微波處理之后生成生物絮凝劑。

（3）測定極限粘度

在洗煤廢水的處理環(huán)節(jié)，要求絮凝劑具備良好的絮凝效果，而摩爾質量越大，絮凝效果越強，在溫度、聚合物與溶劑確定之后，極限黏度會對絮凝劑的摩爾質量產(chǎn)生影響：

式中：

K-比例常數(shù)；

α-擴張因子；

1.2.2 廢水處理分析

選用兩筒沉降實驗方法進行虛擬實驗，各取100mL洗煤廢水，分別注入100mL具塞比色管中，并投放不同劑量的PAC或生物絮凝劑，搖勻靜置后記錄懸浮物沉降時間，發(fā)現(xiàn)在生物絮凝劑的作用下，水中的絮體會少量增加，而PAC進行單獨絮凝處理，則會產(chǎn)生體積較為細小的絮體，沉降速度極慢。將PAC與生物絮凝劑混合進行絮凝處理，則混合絮凝劑的用量越大，洗煤廢水中絮體凝結速度與絮團沉降速度越快，并將絮體沉降時間縮短90%左右。

2 微波處理洗煤廢水的作用機理

2.1 微波特性

微波是一種頻率為300～300GHz的電磁波，通常波長在1～1m之間，當微波用于加熱的時候，通常頻率在2450MHz，與122.4mm波長相對應，在廢水處理中引進微波處理技術，是90年代末期興起的一種廢水處理方法。

2.2 作用機理

2.2.1 微波直接應用于洗煤廢水的作用原理

微波對洗煤廢水產(chǎn)生輻射時，許多雜質會受到微波的影響，并將這種波動傳遞給其他物質，并產(chǎn)生誘導性的反應，這些物質也被稱作“敏化劑”，通常都具有較強的微波吸收能力。洗煤廢水中，碳物質較多，能夠有效地對微波能量加以吸收，并且憑借其凹凸不平的表面形成“微波熱點”，微波能量在這些熱點富集，并吸附廢水中的膠體物質，并對其進行凈化處理，因而微波可以在洗煤廢水處理中起到重要作用。

2.2.2 微波環(huán)境下制備陽離子絮凝劑的作用機理

陽離子醚化劑的制備可以用以下公式表現(xiàn)：

陽離子絮凝劑的制備，是通過帶有氫氧化鈉的催化作用，膠粉發(fā)生變化生成具備高取代度的陽離子絮凝劑?，F(xiàn)階段的洗煤廢水中許多顆粒與膠體都有負電性，會造成較為嚴重的污染問題，利用微波輻射技術輔助新型絮凝材料的合成，并有效提高絮凝劑的極限黏度，在洗煤廢水中可以起到有效的絮凝效果，加速絮團沉降。復合型的絮凝劑中含有天然高分子膠粒，能夠在自然環(huán)境下降解，且不具備毒性，因此山煤集團也正在著手推廣這種新型的復合絮凝劑[2]。

3 結語

微波在洗煤廢水處理中會起到重要作用，可以直接應用于洗煤廢水的處理，也可以通過制備綠色生物絮凝劑的方式，通過絮凝劑起到間接的處理效果。但無論哪種處理方式，在洗煤廢水處理過程中降低對生態(tài)環(huán)境的不利影響是廢水處理技術發(fā)展的一大趨勢。