利用高浓度印染废水制备水煤浆的研究

2012年第2期煤炭工程研究探讨利用高浓度印染废水制备水煤浆的研究郑福尔1,刘以凡2,刘明华12(1.福州大学环境与资源学院,福建福州350108;2.福建省生物质资源化技术开发基地,福建福州350108;3.福建省石狮市清源精细化工有限公司,福建泉州362700摘要:采用神华集团的神华配煤和高浓度卬染废水制备水煤浆,研究其成浆性能,并与自来水制备的水煤浆进行性能比较,结果表明:当添加剂LS-A的用量为0.7%时,能够制备出浓度合理、剪切黏度小于1200mPa·s的水煤浆,且浆体流动性妤;随着卬染废水pH值的增大,水煤浆的静态稳定性越好,制浆性能基本没变;用印染废水制备的水煤浆主要表现为宾汉塑性流体和屈服假塑性流体,具有剪切变稀的流动特性,能够满足实际生产和运输的需要。关键词:水煤浆;神华配煤;印燊废水;流变性能中图分类号:TQ534.4文献标识码:B文章编号:1671-0959(2012)02008504Study on High Density Dyeing and Printing Waste WaterApplied to Preparation of Coal Water SlurryZHENG Fu-er, LIU Yi-fan LIU Ming-hua"2(1. School of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350108,China2. Fujian Provincial Biological Resource Technology and Development Base, Fuzhou 350108, China3. Fujian Shishi Qingyuan Fine Chemical Company Ltd, Quanzhou 362700, ChinaAbstract: Shenhua blended coal from Shenhua Group and high density dyeing and printing waste water were applied toprepare the coal water slurry. The slurry performances were studied and the performance comparison was conductedbetween the coal water slurry prepared with the high density dyeing and printing waste water and the tap-water. Theresults showed that when the IS-A additive was applied as 0. 7%, the coal water slurry with rational density and theshearing viscosity bellow 1200mPa.s could be prepared with a good flowability of the slurry liquid. With a pH value of thedyeing and printing waste water was increased, the static stability of the coal water slurry would be better and the slurryperformances would be not changed basically. The coal water slurry prepared with dyeing and printing waste water would bethe Bingham plastic fluid and the yield false plastic fluid mainly, would have the shearing diluting flow feature and comeet the requirements of the actual production and transportationKeywords: coal water slurry: Shenhua blended coal; dyeing and printing waste water; rheology performance印染废水具有水量大、有机污染物浓度高、种类多、扩充。含有毒有害成分、色度深、碱性大、水质变化大、成分复水煤浆(CWS)作为一种新型燃料,因其良好的流动性、杂等特点,属难处理的工业废水之一。一般印染废水pH值稳定性以及环保节能的优势,已成为最具竞争力的以煤代为6~13,色度可高达1000倍,COD为400~4000mg/L,油技术之-121。水煤浆是由55%~70%的煤粉、30%BOD2为100-100mg/L。目前国内外常用的印染废水处45%的水和少量的添加剂经物理混合制备而成,其中理方法主要有混凝沉淀法、氧化法、物理化学法、生物处30%左右的水是影响水煤浆性能和成本不可忽略的因素。理法等。然而,经过此类方法处理的印染废水只能当作废利用工业废水直接制备水煤浆,不仅能够简单可靠地处理水排放,尚未实现综合利用,浪费大量的水资源,且现有废水,降低印染厂废水处理成本,实现印染废水达标排放的处理工艺投资大、成本高,制约着纺织印染企业产能的或零排放,而且能节约大量制浆所需的工业用水,具有良收稿日期:2011-03-30件H中国煤化工基金项目:福建省高校产学合作科技重大项目(2010H6011);福建省企业技CNMH〔,福建省发改委小发明小创造专项作者简介:郑福尔(1981-),男,福建莆田人,工程师、硕士,从事环境友好材料的研究。研究探讨煤炭工程2012年第2期好的环境、经济和社会效益。基于此,本文利用高浓度印细浆、水量和添加剂量,进行高浓度磨矿。染废水进行水煤浆成浆实验,研究印染废水对水煤浆成浆1.4水煤浆性能测试方法性能的影响。1)水煤浆浓度。以实测的水煤浆质量分数计。2)水煤浆表观黏度和浆体流变性。采用1水煤浆制备实验水煤浆粘度计,表观黏度取剪切速率为1008-时黏度的平1.I试验主要仪器均值,测试温度为怛温20℃。浆体流变性由NXS-4C型水主要仪器有XMB-68型棒磨机,MA10水分快速测定煤浆粘度计测出各个剪切速率下的剪切黏度,由此绘制流仪,NXS-4C型水煤浆粘度计,Rw20数显机械搅拌器,变曲线来判定水煤浆的流变特性。PHS-3型精密pH计。3)目测流动性。目测水煤浆配制时的流动特性,分连1.2试验材料续流动、问歇流动和不流动三个级别。1)印染废水。印染废水由福建清源科技发展有限公司4)稳定性。用插棒法探测浆体的沉淀状态,每天观察提供,废水的各项组分指标见表1次,直至杯底出现不可恢复的硬沉淀的存放天数即为水2)煤样。选取煤样为神华配煤(榆家梁煤:保德煤=3煤浆稳定性指标。:1,下同),煤样的工业分析结果见表22结果与讨论表1印染废水水质CoDc,′BOD51ss2.1添加剂用量对水煤浆成浆性能的影响项目(mg·L-)L)(m·L“)越度/倍水煤浆添加剂的主要作用是改变煤粒表面的亲水性印染废水5651~98611071231612.34增强静电斥力,促进煤粒均匀地分散在水中,防止煤粒聚结,提高水煤浆的流动性,其用量约为煤的1%”。添加2神华配煤煤质工业分析剂不仅直接决定着水煤浆的质量,还影响着水煤浆成本,其费用是制浆成本的第二大因素。项目含量项目含量内在水分M分别取自来水和印染废水,加入少量自制新型水煤浆硫分S4%添加剂IS-A,按照上述制浆方法进行成浆实验,探讨水低位发热量灰分A/%5920煤浆添加剂的用量对高浓度印染废水制备水煤浆性能的影挥发分A%32.60灰熔融性ST/T1250响。实验中控制制浆浓度为64.5%,制备出的水煤浆表观固定碳FCd%57.45哈氏可磨HCI55~黏度随添加剂LS-A用量的变化情况如图1所示。由表2可知,神华配煤内在水含量偏高,煤种的可磨月来水性指数偏低,煤粒表面亲水性强、疏水性差,影响添加剂一印染废水在煤粒表面的吸附,但煤种属于低灰、低硫,发热量高低变质程度的优质动力煤种,按成浆性的难易程度分,煤种属于难制浆煤种。000.3040.50.60.70.8091.03)试验试剂。自制新型水煤浆添加剂IS-A,10%添加剂的用量/%HCl溶液(质量分数)。图1添加剂用量对浆体黏度的影响1.3制浆方法制浆有干法和湿法两种,目前主要用湿法制浆。根从图1可以看出,在水煤浆浓度为64.5%的情况下据以上煤质分析的结果,结合制浆用煤性质、煤样价格和对于印染废水,使用添加剂LS-A能够制取黏度小于国内水煤浆生产实践等因素,经过比选和论证,采用分级10ma,,且流动性较好的水煤浆。随着添加剂用量的研磨湿法制浆。整个制浆T艺过程分如下几步:增大,水煤浆黏度呈下降的趋势,在添加址为0.7%时,其1)煤粉的制备:为了降低磨矿功耗和满足高浓度磨矿黏度为1219mPa·s,随着添加剂用址的继续增大,黏度变制浆的需要,将煤样用破碎机破碎至粒度3mm以下占80%化不明显,因此,从降低成本上考虑,确定添加剂的用量以上为0.7%2)中浓度水煤浆的制备:按设定的水煤浆产量和质量22水样pH值对水煤媒浆成浆性能的影响(浓度和粒度),给入设定的煤量、水量和添加剂量,进行为考察中国煤化工实验中用10%的中浓度磨矿。磨机的排料即为细浆。H2SO4溶液iCNMHG按照上述制浆方3)高浓度水煤浆成品的制备:按设定的水煤浆产量和法,在维持相同水煤浆浓度、添加剂用址下,对不同pH值质量(浓度、黏度、粒度等),在棒磨机中给入设定的煤量、的印染废水水样以及自来水进行成浆实验,同时观察其制2012年第2期煤炭工程研究探讨备出的浆体在静态条件下出现硬沉淀的时间。实验中制浆3400浓度设为64.5%,添加剂用量为0.7%,制备出的水煤浆2800一臼来水的表观黏度和稳定性随水样pH值的变化情况见表3。一印染废水从表3中的数据可以看出,在同等条件以及相同制浆浓度和添加剂用量下,水样pH值对水煤浆的制浆性能影响不大,但对水煤浆静态稳定性有较大的影响,印染废水的pH值越高,水煤浆的静态稳定性越好。其原因是水煤浆在存放过程中,由于受到介质水的影响,煤中的活性基团可剪切速率s1逐渐水化、离解或小分子溶出,造成水煤浆体系中煤颗粒图2水质对水煤浆流变特性的影响表面的物理化学性能发生变化,促进煤颗粒沉降朝有序堆积方向发展,形成硬沉淀。而随着水样pH值的升高,相应水煤浆,其剪切黏度随剪切速率的变化如图3所示。的就调节了水煤浆体系的pH值,从而使其减缓了由含氧活4000性基团逐渐水化、离解或小分子溶出对水煤浆体系暂时平63.0衡状态所造成的破坏,使所制水煤浆静态稳定性有所提63.59640高200064.5%表3不同pH值废水水煤浆的流动性和静态稳定性650%浆体实测黏度/稳定水样pH值流动性1000L浓度%(mPa:s)性/d1211连续流动15剪切速率8.17061235连续流动15图3浓度对水煤浆流变特性的影响印染9.0564.981268连续流动1565.091222连续流动16从图3可以看出,浓度对印染废水水煤浆流变性的影废水65.221230连续流动16响也较为明显,当剪切速率较小时,浆体的剪切黏度较高,2.34(原样)65.011212连续流动19随着剪切速率的逐渐增大,浆体黏度明显下降,最终趋于自来水65.131225连续流动17稳定,且不同水煤浆浓度下的浆体流变曲线具有相似性,浆体呈现出明品的剪切稀化即为假塑性流体;在低浓度下2.3废水水煤浆的流变性黏度随剪切速率增大而减小的速度小于高浓度,且在适当水煤浆的流变性对浆体的输送和燃烧起决定作用,影浓度范围内,浓度越高,屈服假塑性越明显,这是由于水响着水煤浆的配制、储存、运输以及雾化燃烧。影响水煤煤浆中的固体含址增高时,煤粒间的颗粒相互作用力增大浆流变性的因素很多,不同的煤种、水质、添加剂及其而煤粒之间的空隙减少,尤其是当煤粒之间的堆积密度接加量以及制备工艺等都可能对浆体的流变性产生影响。近最大堆积密度时,此时黏度及屈服应力也急剧增加,浆以印染废水制备水煤浆,水煤浆浆体在流变性上的特点直体越显示出屈服假塑性接影响到制备出来的水煤浆能否满足实际生产的需要。在3.3水煤浆添加剂的用量对废水水煤浆流变性的影响相同的煤种、添加剂下,研究水质、水煤浆浓度以及添加实验采用印染废水作为制浆用水,制浆浓度设为剂的用量对水煤浆流变性的影响。64.5%,按照上述制浆方法进行成浆实验,研究水煤浆添2.3.1水质对水煤浆流变性的影响加剂用量对废水水煤浆流变性的影响,结果如图4所示。采用印染废水和自来水作为制浆用水,按照上述制浆方法进行成浆实验,实验中制浆浓度设为64.5%,添加剂-0.5%0.6%用量为0.7%,研究水煤浆浆体剪切速率与黏度的变化关3000系,结果如图2所示从图2可以看出,用印染废水制备的水煤浆与用自来水制备的水煤浆一样,随着剪切速率的增大,黏度都逐渐减小,说明印染废水水煤浆与自来水水煤浆的流型一样均为屈服假塑性流体。剪切速率/s2.3.2浓度对废水水煤浆流变性的影响图4V凵中国煤化工的影响水煤浆的流变性不仅与煤本身性质有关,还与水煤浆CNMHG浓度有关。采用印染废水作为制浆用水,添加剂用量为从图4可以看出,随看水爆豕添加刑用量的增大,浆0.7%,按照上述制浆方法进行成浆实验,制备不同浓度的(下转第91页2012年第2期煤炭工程研究探讨结果可以看出,添加阻化剂后湖西褐煤、大佛寺不粘煤、化能力变弱,从而使临界温度升高。袁庄气肥煤、新丰贫煤的临界温度不同程度的升髙,CaC3)不同阻化剂对煤临界温度的影响是不同的,即阻化阻化剂使得煤的临界温度最髙,低温阶段能更好的抑制煤剂对煤的阻化效果不同,临界温度越高,阻化效果越好,与氧的反应,较大的提高了反应活化能,对实验四种煤样阻化能力CaCl2>凝胶>S(OH)4的阻化效果最好表3添加阻化剂后不同煤样的临界温度℃参考文献:煤种1]仲晓星,王德明,尹晓丹,基于程序升温的煤自燃临界温度阻化剂一湖西褐煤大佛寺不粘煤袁庄气肥煤新丰贫煤测试方法[].煤炭学报,2010,35(S1)原煤68.2869.6578.36[2】单亚飞,王继仁,邓存宝,等.不同阻化剂对煤自燃影响的实验研究[J].辽宁工程技术大学学报,2008,27(1CaCl2110.49103.05l13.94116.32[3]陆伟,王德明,陈舸,等,煤自燃阻化性能评价的程序凝胶103.l3I08.7497.67升温氧化法研究[].矿业安全与环保,2005,32(6)[4]王德明.矿井火灾学[M].徐州:中国矿业大学出版社20083结论[5]刘吉波,煤炭的阻燃机理分析和氯化盐类气雾阻化剂的应用1)40~180范围内CO浓度随着温度的升高呈现指数[刀].华北科技学院学报,2002,4(2):8-10.的递增规律,添加阻化剂后CO浓度有所降低,这是由于阻[6]张国枢,通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社2004化剂在煤的自由基链式反应过程中,提高了煤表面活性自[7]田兆君,王德明,徐永亮,等.凝胶泡沫的阻化特性研究由基与氧气之间化学反应活化能,使煤表面活性自由基团[冂].煤矿安全,2009,(6)与氧气的反应受到抑制。(責任编辑赵巧芝)2)四种煤样经阻化剂处理后,使得煤初期反应阶段氧(上接第87页)体黏度随剪切速率的增大而减小的幅度变小,从而表现出水煤浆浆体的屈服假塑性参考文献:由此可知,废水水煤浆的流变特性主要表现为宾汉塑[】]奚日立,马春燕.印染废水的分类、组成及性质[冂.印性流体和屈服假塑性流体,其表观黏度是剪切速率的减染,2010,(14):51-53函数,即废水水煤浆是具有“剪切变稀”性能的宾汉塑性2]余学海,刘建忠,赵卫东,等.一种优化煤成浆特性的方法流体和屈服假塑性流体,其与自来水制备出来的水煤浆冂].热力发电,2009,38(4):14~21.样,能够满足实际生产和运输的需要。[3]周俊虎,李艳吕,程军,等.神华煤微波改性提高成浆性能的研究[玎].煤炭学报,2007,32(6):617~6213结论[4]李智伟.我国水煤浆燃烧技术与工业发展前景[J].云南冶金,2002,31(6):43-441)用印染废水制备水煤浆是可行的,在实验用煤为神[5]周长丽.水煤浆添加剂在高浓度水煤浆生产中的应用[华配煤(榆家梁煤:保德煤=3:1),添加剂为自制的新型水贵州化工,2006,31(2):10-11煤浆添加剂凵S-A下,按照分级研磨湿法制浆工艺,能够(6]朱宗军,邓成刚,李方柱,等pH值对水煤浆静态稳定性制备出浓度合理且黏度小于1200mPa·s的水煤浆,且浆体的彯响[J.洁净煤技术,2001,7(2):22-23流动性好。[7]陈良勇,段钰锋,王秋粉,等.高浓度水煤浆的流变特性和2)通过不同pH值印染废水水样和自来水的成浆对比流动规律研究进展[J].锅炉技术,2007,38(1):59-实验发现,不同pH值的废水水样和自来水对制浆性能的影响不大;通过制备出来的浆体稳定性的观察对比实验可知,[8] 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Rheological behavior of水样pH值越髙,水煤浆的静态稳定性越好coal-water slurry [J]. Energy Source, 2002, 24(2):1593)用印染废水制备的水煤浆主要表现为宾汉塑性流体167和屈服假塑性流体,其表观黏度是剪切速率的减函数,即9]张明,吕水康,利用煤泥与焦化废水制备煤泥浆的试验研废水水煤浆是具有“剪切变稀”性能的宾汉塑性流体和屈究[中国煤化工编辑赵巧芝)服假塑性流体,能够满足实际生产和运输的需要CNMHG91