活性污泥掺混水煤浆的成浆性能实验研究 活性污泥掺混水煤浆的成浆性能实验研究

活性污泥掺混水煤浆的成浆性能实验研究

  • 期刊名字:煤化工
  • 文件大小:306kb
  • 论文作者:张宏科,孙少文,徐辉,张彦,姚雨,王海峰,孙得浩
  • 作者单位:万华化学(宁波)有限公司
  • 更新时间:2020-06-12
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第44卷第2期煤化工ol. 44 No. 22016年4月Coal Chemical IndustryApr.2016活性污泥摻混水煤浆的成浆性能实验研究张宏科,孙少文,徐辉,张彦,姚雨,王海峰,孙得浩(万华化学(宁波)有限公司,浙江宁波315800摘要将活性污泥(干基)以不同的比例与煤粉掺混制备污泥水煤浆研究污泥掺混量、添加剂用量、温度以及剪切速率对污泥水煤浆成浆特性的影响,并对掺混活性污泥煤浆进行流变特性和黏温特性分析研究。结果表明:污泥摻混量增加时,污泥水煤浆的最大成浆浓度有下降趋势,添加剂用量可提高污泥掺混水煤浆的整体性能;浆体温度在20℃-60℃时,水煤浆表观黏度降低,整体煤浆性能提升;掺混污泥水煤浆呈假塑性流体特征污泥掺混量增大,浆体的假塑性特征变化并不明显;污泥添加量1%以下时,活性污泥加人对原煤黏温特性无影响。关键词水煤浆,活性污泥,添加剂,掺混,成浆特性,流变特性,黏温特性文章编号:10059598(2016)-02030-04中图分类号:TQ534.4文献标识码:A污泥是废水处理后的终端产物,其成分复杂,含气化以及燃烧因此有必要对污泥掺混水煤浆的成浆有大量的挥发性固体、碳水化合物、脂肪、蛋白质及灰特性进行研究。研究结果可为活性污泥处理及其他工分,还有各种有毒、有害、难降解的有机物重金属病业应用提供实验依据。原菌及寄生虫(卵)等,如不进行合适处理,会对生态环境造成严重危害。目前常用的污泥处理方法有堆肥1实验农用、卫生填埋、焚烧和高温气化。将污泥直接和煤混合,制备成污泥水煤浆,实现污11实验材料泥与煤的共气化,既能处理大量污泥,又能回收利用实验煤种采用神华精煤,活性污泥取自万华工业污泥的热量,节约原煤,还能有效地避免二次污染2。园区污水处理装置,添加剂采用亚甲基萘磺钠一苯乙李伟东等{已进行了有关研究,从燃烧性能来说,利烯磺酸钠一马来酸钠(NF)复配分散剂。实验用煤和用污泥直接掺混水煤浆是可行的。污泥掺入对浆体燃污泥(干基)的工业分析和元素分析列于表1。由表1可烧的稳定性影响不大,在某些方面还优于污泥和水煤见,污泥的发热量7.51MJ/kg,相对于神华煤来说是浆的单—燃烧。另外,污泥水煤浆有较低的煤灰熔融很低的,污泥的灰分很高(达48.98%),固定碳含量很性温度,因此可以延长水煤浆气化装置中耐火材料的低(仅2.14%)。由此可知,单独燃烧污泥非常困难,将寿命,保证成渣的性能,提髙煤气化运行经济性与安污泥与煤等燃料掺混燃烧,可对其热量加以利用。全性。制备水煤浆时,既要尽可能地提高浆体浓度,又1.2污泥水煤浆的制备要保证煤浆流动性能较好,以便于其制备、管道输送、实验采用干法制浆技术:根据每小时污泥产生量表1实验用煤和污泥的工业分析及元素分析工业分析/%Q元素分析/%样品MJ·kg实验用煤9.327.3432.6750.6724.1568.124.12.17活性污泥5.4048.9843.482.147.5111.940.6629.001.912.1l收稿日期:2015-12-26中国煤化工作者简介:张宏科(1970—),男,陕西扶风,教授级高工,硕士,1992年本科毕CNMHG专业,主要从事装置工艺优化工作,E-mail:hezhang@whchem.com2016年4月张宏科等:活性污泥掺混水煤浆的成浆性能实验研究及造气装置每小时负荷,计算出最大污泥掺混量即污由表2可见,随着污泥掺混量增加,污泥水煤浆的泥干基与煤粉的质量之比为0.5%。按照相应配比,设计最大成浆浓度呈现下降趋势,从67.1%降至6.3%。这实验,将污泥与煤粉混合,加入定量的去离子水及分散是由于污泥碳含量很低、孔隙率发达,这种表面结构剂,使用电动搅拌器,混合搅拌,搅拌速率设定为1500具有很强吸附能力,随着污泥掺混量的增加,煤浆中r/min,搅拌时间为20min。停止搅拌后,将均匀浆体有更多的自由水被固定到污泥的絮状结构中,引起表静置5min,以释放搅拌过程中带入浆体内的空气观黏度增加,因此,掺混污泥后,浆体黏度升高。从13成浆特性参数的测定表2可知,浆体最大成浆浓度范围66.3%67.1%,都达污泥水煤浆表观黏度和流变特性按照GB/T1856.4到GB/T18856.42002I级浓度要求(>66.0%),说明2002规定的方法,采用MJ-1型黏度计测定。将适加入适量活性污泥,对最大成浆浓度影响并不明显量水煤浆样品倒入测量容器中,(20±0.1)℃恒温水2.1.2添加剂用量的影响浴,使剪切速率从0升至100s,在剪切速率为100s添加剂的用量对煤的成浆性影响很大,总的来时,每隔30s,记录1次实验数据,共计10次,然后看,煤的成浆性随添加剂的添加量增加而变好,添加将所有数据取平均值即为水煤浆的表观黏度T。量越大,成浆性越好,但并非越多越好,当添加量达到采用GB/T18856.2—2002规定的干燥法,进行定时,煤的成浆性变化很小。不同添加剂用量对水煤浆浓度测量。不同污泥掺混量下水煤浆性能影响列于表3。水煤浆流动性采用目测法,根据其流动性状,分表3不同添加剂用量对不同污泥掺混量下水煤浆性能影响为A、B、C、D4个等级,每个等级的标准是:A不间断(a)添加剂加入量煤(干基)=3%流动;B间断流动,呈稠流状;C间断流动,呈稀糊状;D不流动。煤浆质量黏度析水率分数/%/mPa·s流动性稳定性水煤浆稳定性的测定:用静止析水法和落棒实验065软沉淀1.5来表征,即24h后测量试管中析出的水高占水煤浆1145B软沉淀1.5总高的百分率,然后用直径为4m的圆头玻璃棒轻0.5l187B软沉淀1.6轻插入试管中,若能直接到达底部,则表明无沉淀;若1.0651221B软沉淀1.7需轻轻拨动,才能到达底部,为软沉淀;若用力也插不进,为硬沉淀。(b)添加剂加入量/煤(干基)=4%o0/%媒浆质量黏度流动性稳定性析水率2实验结果及分析A软沉淀1.32.1摻混污泥对水煤浆成浆特性的影响A软沉淀2.1.1污泥掺混量的影响1077A软沉淀1.4污泥掺混量即污泥干基与煤粉的质量之比,用ω1.0651104A软沉淀1.5表示。实验中分别取a为0、0.1%、0.5%和1.0%,研究(c)添加剂加入量/煤媒(干基)=5%污泥掺混量对污泥水煤浆最大成浆浓度的影响。污泥水煤浆的最大成浆浓度定义为剪切速率为100s1、表/%煤浆质量黏度流动性稳定性析水率分数/%/mPa·s%观黏度达到1000mPa·s时,污泥水煤浆所含固体的A软沉淀1.1质量分数。不同污泥掺混量下污泥水煤浆的最大成浆0.1815软沉淀1.1浓度列于表2。0.565840A软沉淀1.2表2不同污泥摻混量下水煤浆的最大成浆浓度1.0A软沉淀1.4污泥掺混量a/%最大成浆煤浆质量分数/%从表3可以看出,随着添加剂用量增加,整体煤浆性能越来越好,添加剂从3‰增至5‰,黏度从1130mPa·sDn. 4 810 mDa'S-880 mPas,0.566.7中国煤化工流动性能从剂对浆体的作1.0用是通过添长山以,加了煤粒表面煤化工2016年第2期的势能,使得煤粒之间的静电排斥力增加,从而增加(d)污泥摻混量a=1.0%了浆体的稳定性,降低了体系表观黏度。从表3中还「水煤浆煤浆质量添加剂表观黏度流动稳定析水可以看出,活性污泥掺混量即使增加到1.0%,对于煤温度/℃分数/%用量/%/mPas性性率/%浆整体性能基本无影响。63.070.31299BB0.72.1.3温度的影响3063.040.31105BB1.0不同温度时,不同活性污泥掺混量下,水煤浆整4063.050.3体性能情况列于表4。63.1811AB1.4从表4可以看出,在不同活性污泥掺混量下,煤63.110.3AB1.97063.130.3695BC3.0浆的性能都随着温度的提高而变好,从20℃升至60℃时,煤浆的黏度变小,流动性变优但当温度继续提中的分子运动加快,这样更容易打开煤粒之间的团聚升至70℃时,煤浆稳定性急剧下降,由B降至C。主结构,使煤粒的分散更均匀。当浆体温度高于60℃要有两方面原因:水煤浆的温度在20℃-60℃,温度后,吸附在煤表面的添加剂活性降低容易脱附,离子升高,会增加添加剂活性,更加有利于其在煤表面吸型的表面活性剂凝聚,在水煤浆中的表面活性剂量减附,分散降黏性能强;同时温度的升高使煤粒在浆体少,煤粒互相团聚,从而整体稳定性下降。表4温度对不同污泥掺混量下水煤浆性能的影响22掺混污泥对水煤浆流变特性的影响(a)污泥摻混量ω=0水煤浆的流变特性对于其工业应用非常重要,既水煤浆煤浆质量添加剂表观黏度流动稳定析水1关系到浆体的稳定性,又直接影响到泵送雾化和燃温度/℃分数/%用量%/mPas性性率/%烧。理想的水煤浆流型呈假塑性,并且具有一定的触0.31265BB0.5变性4。以亚甲基萘磺钠一苯乙烯磺酸钠一马来酸3063.050.31022BB0.6钠为分散剂加入到污泥摻混水煤浆中表现出的流变AB0.7特性(表观黏度与剪切速率的关系)见图15063.070.3770AB0.9从图1可看出,随着剪切速率增加,煤浆表观黏6063.10.3AB1.5度呈现下降趋势,不同污泥掺混量的浆体均表现出明7063.150.3630BC2.8显的“剪切变稀”,表现为假塑性流体特征。其原因在(b)污泥掺混量ω=0.1%于:煤浆中存在一定的自由水,在搅拌成浆后,煤颗粒水煤浆煤浆质量添加剂表观黏度流动稳定析水之间相互连接并形成“煤包水”的特征,随剪切速率的温度/℃分数/%用量/%/mPas性性率/%增加,这种状态被打破,自由水释放,使浆体黏度降63.050.31258BB0.5低卬0。从图1还可以看出,污泥掺混量越大,表观黏63.070.31011BB0.6度η随剪切速率γ变化的程度越大。当剪切速率从104063.030.3AB0.8s1增加到100s1,污泥掺混量ω=0、0.1%、0.5%及1%5063.070.376AB0.9时,表观黏度均呈现下降趋势;污泥掺混量ω=0.5%6063.100.3AB1.6及1%时,掺混污泥并不会改变原水煤浆的流变特性。7063.110.3650BC2.723摻混污泥对煤浆黏温特性的影响(c)污泥摻混量ω=0.5%原煤灰渣的黏温特性直接决定气化炉的操作温水煤浆煤浆质量添加剂表观黏度流动稳定析水度,并影响耐火砖的寿命排渣及灰水中固含量等,从温度/℃分数%用量%/mPas性性率/%而影响到气化炉装置能否稳定运行。因此依托华63.030.31279B东理工大学,考察了不同污泥掺混量的煤样黏温特性63.050.31066BB0.9情况,原煤以及原煤与活性污泥不同掺混量下的灰渣63.033876黏温特性见图2。从图2可以看出,1%以下的污泥添5063.090.3790AB1.1加量时,污泥掺混对原煤灰渣黏温特性几乎没有影63.120.3760AB1.8响。这也说明了活性污泥适量的掺入煤浆燃烧,对气7063.140.390BC2.9化反应灰渣TH中国煤化工CNMHG2016年4月张宏科等:活性污泥掺混水煤浆的成浆性能实验研究3500300025002500(b)c=0.1%200015001500100010000204060801000204060801007/s3500300(c)c=0.5%(d)c=1.0%250020001000020406080100020406080100一煤浆质量分数62%·一煤浆质量分数63%—▲—煤浆质量分数64%图1不同活性污泥掺混下煤浆表观黏度q与剪切速率γ的关系180[2]朱妙军.污泥水煤浆的成浆、燃烧及燃烬特性研究[D].150杭州:浙江大学,2008120[3]刘海峰,李伟峰,周晶武,等.一种高浓度污泥煤浆及其制备方法:中国,200610030071.1[P.2007-0207.[4]李伟东,李明,李伟峰,等.改性污泥与无烟煤成浆性的研究[J].燃料化学学报,2009,37(1):26-30.1100115012001250130013501400温度/℃[5] 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Alterna-■—O=0O=0.1%tive Fuel Comprised of Sewage Sludge and a Partic-late Solid Fuel: United States, 4405332 [P].1981-图2不同活性污泥掺混下原煤灰渣黏温特性曲线07-28结论[6]David G B, Vincent M G. Slurry Fuel Comprised of aHeat Treated, Partially Dewatered Sludge with aParticulate Solid Fuel and Its Method of Manufac-31在普通水煤浆中加入污泥时,浆体表观黏度增ture: United States, 4762527 [PJ. 1986-12-16加。当污泥摻混量增加时,污泥水煤浆的最大成浆浓[7]王睿坤,刘建忠胡亚轩等.水煤浆掺混湿污泥对浆体度下降,但下降趋势不明显。成浆特性的影响[J].煤炭学报,2010,35(9):199-2043.2加入添加剂,可提高污泥掺混水煤浆的整体性[8]邹立壮,朱书全,支献华,等.不同水煤浆添加剂与煤能;适当升高温度,有利于水煤浆表观黏度的降低,提之间的相互作用规律研究一分散剂用量对水煤浆流高煤浆性能,然而过高的制浆温度不利于制浆。变特性的影响(Ⅳ)[J].中国矿业大学学报,2004,333、3不同污泥掺混量的水煤浆呈假塑性,掺混污泥(4):370-374并不会改变原水煤浆的流变特性[9]但盼,邱学青,周明松.温度及剪切时间对水煤浆表3.4活性污泥加入对原煤黏温特性无影响,说明了观黏度及流变性影响[J].煤炭科学技术,2008,36(6):活性污泥适量的掺煤浆燃烧对成渣性能无影响。103-106[10]赵卫东.低阶煤水热改性制浆的微观机理及燃烧特参考文献性研究[D].杭州:浙江大学,2009.[11]李明[]房井新,汪文生,张仁鹏.浅谈城市污水厂污泥的处置影响[J]iH中国煤化工府煤灰熔点的CNMHG:416-420[J].中国资源综合利用,2009,27(3):28-29.(下转第46页)煤化工2016年第2期[J].煤炭学报,2003,28(6):636-640[7]邱学青,周明松,王卫星,等.聚苯乙烯磺酸钠磺化度[4] Atesok G, Dincer H, Ozer M. et al. 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Datang International Chemical Technology Research Institute Co, Ltd, Beijing 100013, China)Abstract The paper introduces the process of coal water slurry preparation with lignite of Datang Hulunbuir ChemicalFertilizer Co, Ltd and analyzes in detail the influence of temperature on the slurryability of lignite coal water slurry, i.e. theeffect of temperature on the apparent viscosity and rheological property of coal water slurry and additive The results show thatwhen the coal slurry temperature is controlled in the range of 40C to 70 C, the activity of the additive is high, the fluidity ofwater coal slurry is good, and the slurryability of lignite is good. Moreover, this paper also introduces control measures of cewater slurry temperature in the actual production: adjusting the water temperature, increasing the temperature of the additiveand ensuring the temperature of the raw coal. The concentration of coal water slurry can be effectively improvedKey words lignite, coal water slurry, temperature, additive, slurryability(上接第33页)Experimental Study of the Influence of Activated Sludge on the Slurryability of Coal Water SlurryZhang Hongke, Sun Shaowen, Xu Hui, Zhang Yan, Yao Yu, Wang Haifeng and Sun Dehao(Wanhua Chemical(Ningbo) Co, Ltd, Ningbo Zhejiang 315800, China)Abstract Mix the activated sludge(dry basis)and coal dust in different proportions to make sludge coal water slurry. Thispaper studies the influence of sludge dosage, additive dosage, temperature and shear rate on the slurryability of coal water slurry(CWS), and analyzes the viscosity-temperature characteristic of the coal slurry blended with activated sludge. The results showthat the maximum slurry concentration of CWS decreases when the sludge dosage increases. The dosage of additive can improvehe overall performance of CWS. The apparent viscosity of CWS is dropped and overall slurry performance is improved when theslurry temperature is at 20 C-60C. The rheological properties of CWS blended with sludge are pseudoplastic and thepseudoplasticity has no obvious change when sludge dosage increases. When the sludge dosage is less than 1%, theviscosity-temperature characteristic of raw coal has no obvious changeKey words coal water slurry(CWS), activated sludge, additive, mixing/blending, slurryability, rheological properties,iscosity-temperature characteristic中国煤化工节能珍惜资源,减排CNMHGcEH rerefeeerefsfAr界e界 RcPerefer

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