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        微波處理洗煤廢水的效果及作用機(jī)理初探

        2018-12-05 09:11:18黨偉男
        山東煤炭科技 2018年6期
        關(guān)鍵詞:絮凝劑陽(yáng)離子廢水處理

        黨偉男

        (山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)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(jìn)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(guó)傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)之一,會(huì)造成嚴(yán)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(dāng)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(zhì)分析

        1.1.1 分析方法

        分析微波功率及輻射時(shí)間對(duì)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(duì)山煤集團(tuán)煤礦的洗煤廢水進(jìn)行水質(zhì)抽樣,并將其作為本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料。

        表1 洗煤廢水水質(zhì)分析資料

        實(shí)驗(yàn)選用300mL檢測(cè)水樣,將其放入燒杯,并在微波爐內(nèi)進(jìn)行微波處理,期間采用攪拌設(shè)備按照既定速度進(jìn)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(duì)其上清液進(jìn)行pH值、SS等指標(biāo)的測(cè)定,以分析微波處理洗煤廢水的效果與作用。具體的測(cè)量與分析方式如下:pH值分析采用phs酸度計(jì)進(jìn)行檢測(cè);CODcr:采用重鉻酸鉀作為氧化劑化學(xué)耗氧量進(jìn)行檢測(cè),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(jī)碳量:通過燃燒氧化與非分散紅外吸收法進(jìn)行檢測(cè)。

        1.1.2 單因素實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果

        (1)微波輻射功率的影響

        準(zhǔn)備5份300mL洗煤廢水水樣,將溶液pH值調(diào)節(jié)到6,在微波輻射環(huán)境下放置3min,并逐步調(diào)整微波功率,對(duì)上清液中的CODcr與SS進(jìn)行檢測(cè),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(cè)試發(fā)現(xiàn),在相同時(shí)間、不同功率下對(duì)洗煤廢水進(jìn)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(nèi)在原因是微波功率的上升會(huì)增加洗煤廢水中碳物質(zhì)單位面積吸收微波的能量,在碳物質(zhì)表面形成“微波熱點(diǎn)”,能量不斷上升的同時(shí),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(dāng)微波功率達(dá)到800W時(shí),會(huì)在洗煤廢水中造成激烈反應(yīng),不利于洗煤廢水的冷凝。同時(shí),考慮到洗煤廢水成本投入,在實(shí)際應(yīng)用中,山煤集團(tuán)采用了功率為640W的微波對(duì)洗煤廢水進(jìn)行處理。

        圖1 微波功率對(duì)洗煤廢水的處理效果

        (2)微波輻射時(shí)長(zhǎng)的影響

        準(zhǔn)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(jìn)行微波處理,對(duì)微波輻射的時(shí)長(zhǎng)加以調(diào)整,并檢測(cè)上清液中的CODcr與SS。

        經(jīng)過試驗(yàn)與分析可以確定,微波輻射時(shí)間的上升,會(huì)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(shí)間達(dá)到4min時(shí),CODcr與SS的清除率漲幅隨之放緩;當(dāng)微波處理時(shí)間達(dá)到7min左右,廢水水樣中的CODcr可以達(dá)到81%左右的清除率,SS可以達(dá)到74%左右的清除率。

        但同時(shí)也發(fā)現(xiàn),隨著微波輻射時(shí)間的延長(zhǎng),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(zhǎng)時(shí)間的微波處理,洗煤廢水水樣的水分蒸發(fā)情況越嚴(yán)重。結(jié)合洗煤廢水處理的實(shí)踐需求,山煤集團(tuán)最終確定4min為微波處理時(shí)長(zhǎng)[1]。

        圖2 微波輻射時(shí)長(zhǎng)對(duì)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(duì)于洗煤廢水中雜質(zhì)的絮凝效果。選用粒度<80目、相對(duì)分子質(zhì)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(shí)驗(yàn)原料。

        表2 生物絮凝劑原料成分

        對(duì)該原料進(jìn)行預(yù)處理,置于反應(yīng)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(shí)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(diào)整為恒溫水浴,增加環(huán)氧氯丙烷,靜置處理之后,將溶液進(jìn)行蒸發(fā)提純處理,生成陽(yáng)離子醚化劑。

        處理后的原料中增加一定量的陽(yáng)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(cè)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(zhì)量越大,絮凝效果越強(qiáng),在溫度、聚合物與溶劑確定之后,極限黏度會(huì)對(duì)絮凝劑的摩爾質(zhì)量產(chǎn)生影響:

        式中:

        K-比例常數(shù);

        α-擴(kuò)張因子;

        1.2.2 廢水處理分析

        選用兩筒沉降實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),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(shí)間,發(fā)現(xiàn)在生物絮凝劑的作用下,水中的絮體會(huì)少量增加,而PAC進(jìn)行單獨(dú)絮凝處理,則會(huì)產(chǎn)生體積較為細(xì)小的絮體,沉降速度極慢。將PAC與生物絮凝劑混合進(jìn)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(jié)速度與絮團(tuán)沉降速度越快,并將絮體沉降時(shí)間縮短90%左右。

        2 微波處理洗煤廢水的作用機(jī)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(zhǎng)在1~1m之間,當(dāng)微波用于加熱的時(shí)候,通常頻率在2450MHz,與122.4mm波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng),在廢水處理中引進(jìn)微波處理技術(shù),是90年代末期興起的一種廢水處理方法。

        2.2 作用機(jī)理

        2.2.1 微波直接應(yīng)用于洗煤廢水的作用原理

        微波對(duì)洗煤廢水產(chǎn)生輻射時(shí),許多雜質(zhì)會(huì)受到微波的影響,并將這種波動(dòng)傳遞給其他物質(zhì),并產(chǎn)生誘導(dǎo)性的反應(yīng),這些物質(zhì)也被稱作“敏化劑”,通常都具有較強(qiáng)的微波吸收能力。洗煤廢水中,碳物質(zhì)較多,能夠有效地對(duì)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(diǎn)”,微波能量在這些熱點(diǎn)富集,并吸附廢水中的膠體物質(zhì),并對(duì)其進(jìn)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(yáng)離子絮凝劑的作用機(jī)理

        陽(yáng)離子醚化劑的制備可以用以下公式表現(xiàn):

        陽(yáng)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(yáng)離子絮凝劑。現(xiàn)階段的洗煤廢水中許多顆粒與膠體都有負(fù)電性,會(huì)造成較為嚴(yán)重的污染問題,利用微波輻射技術(shù)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(tuán)沉降。復(fù)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(tuán)也正在著手推廣這種新型的復(fù)合絮凝劑[2]。

        3 結(jié)語(yǔ)

        微波在洗煤廢水處理中會(huì)起到重要作用,可以直接應(yīng)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(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響是廢水處理技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

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