焦化废水制备的煤泥水煤浆的成浆性

第20卷第1期黑龙江科技学院学报Vol 20 No. 12010年1月Journal of Heilongjiang Institute of Science& TechnologyJan.2010文章编号:1671-0118(2010)01-0018-05焦化废水制备的煤泥水煤浆的成浆性周国江,王彦彪(黑龙江科技学院资源与环境工程学院,哈尔滨150027)摘要:针对焦化废水中污染物浓度高、难以处理的现状,利用蒸氨废水和煤泥制备水煤浆,并与自来水、不同处理阶段的焦化废水制备的煤泥浆进行对比,分析煤泥水煤浆的威浆性。结奡表明:蒸氨废水与煤泥制备的水煤浆的稳定性、流变性、发热量均优于自来水,且前者添加剂用量比后者减少0.4个百分点;焦化废水中酚类物质和氩氦对煤泥的成浆性有一定的分散稳定作用;添加剂用量一定时,厌氧池出口水样与煤泥制备的浆体的流变性最优。该硏究为焦化废水的回收利用提供了参考。关键词:水煤浆;焦化废水;煤泥;成浆性图分类号:X784;TQ534.4文献标识码:ASlurryability of coalslime water slurry with coking waste waterZHOU Guojiang, WANG YanbCollege of Resources and Environment Engineering, Heilongjiang Institute of Science and TechnologyHarbin 150027, China)Abstract: Aimed at a better treatment of challenging pollutant of high concentration in coking waste wa-ter, this paper introduces SCWM prepared by using ammonia wastewaler and sludge and offers an analysis ofthe slurryability of SCWM and comparison with tap water and coking waste water at different stage. The resultshows that ammonia wastewater and SCWM have much better stability, rheology and calorific value than tawater and use 0. 4 percentage points less additive than tap water. The research also indicates that benzene series and ammonia nitrogen in coking waste water have a definite dispersion and stability impact on slurryabilityof SCWM, and the application of a certain amount of additive yields a best rheology in the export water of an-aerobic tank. This study offers reference for recovery and utilization of coking waste waterKey words: coal water slurry; coking waste water; sludge; slurryability成本的问题,还可解决煤泥对环境的污染问题,给焦0引言化生产带来良好的社会效益和经济效益。因此利用焦化废水与煤泥进行成浆研究具有现实意义。焦化废水中含有大量的酚类物质和氨氮。这些近年来,众多学者对水煤浆技术进行研究,但物质浓度高、难处理、污染环境进而增加生产成本,是,基于工业废水方面研究的并不多,且这些研究降低了焦化厂的生产效益。水煤浆与其他燃料一主要集中在造纸黑液方面2-5,利用焦化废水制样燃烧时会产生污染物但与直接燃煤相比,其污备水煤浆的技术很少见16-,而且研究尚处于初染物排放少,还可有效控制。利用焦化废水与煤步阶段。基于此,文中选用蒸氨废水和煤泥进行泥制备水煤浆不仅可解决焦化废水高污染和高处理水煤浆成浆实验研究焦化废水对水煤浆成浆性收稿日期:2009-12-21黑龙江省哈尔滨人,教授博士,研究方向:煤化工工艺和洁净煤技术,E-mail:gi1963@tom,com第1期周国江,等:焦化废水制备的煤泥水煤浆的成浆性能的影响。1.1.2煤泥实验用煤泥选自宝泰隆公司洗煤厂浮选尾煤,1实验其工业分析及元素分析见表2。表2煤泥的工业分析及元素分析1.1.1焦化废水Table 2 Sludge sample proximate and elemental实验所用焦化废水为宝泰隆公司的蒸氨废水,analysis of slime其处理工艺为A2/0方式,流程如图1所示。M/% A./% V/% Fca/% Q-a/Jkg-238.130.229745637634621480.12蒸氨废水焦炭人过谜器一酚塔}一[调节袍卜[厌氧池该煤泥的粒度分析曲线如图2所示。由图2可外排一1沉沉淀池□二沉池好氧池「见,粒度分析曲线上出现两个比较明显的波峰,分别集中在10-11μm、30~60μm;煤泥最小粒径小于图1焦化废水处理工艺流程0.1μm,最大粒径小于200μm;当粒径达到1.77rg1 Flow of coking waste water treatment techniqueμm时,筛下率达到10%;粒径达到18.90μm时,筛下率达到50%;粒径达到87.64μm时,筛下率达蒸氨废水是混合剩余氨水蒸馏后所排出的废到90%。水。废水中含有高浓度的酚类和氨氮物质。根据焦化废水处理工艺,废水首先在焦炭过滤器中过滤焦油后,进入萃取脱酚塔,与轻油逆流接触,其中的酚被轻油所萃取,然后进入调节池进行预处理,经预处理后的废水进入生化处理阶段。废水首先进入厌氧池,通过厌氧菌将其中难以生物降解的有机物酸化、水解,在此处理阶段,水中酚类10010005000得到进一步的降解;此后废水进入缺氧处理阶段微生物通过反硝化反应将污水中的NO2和NO3还原为N2气并从废水中逸出,达到脱氮目的;然图2煤泥的粒度分布后废水进入好氧池,通过微生物的降解作用,酚Fig. 2 Size distributing curve of sludge氰及其他有害物质得到了去除,并通过硝化反应将NH:氧化为NO2和NO3-,氨氮和有机物得到根据研究,制备水煤浆的固体煤粒需具有双峰很好的降解。混凝沉淀池通过物理化学方法对二分布特征,粒度上限大于300μm、小于200μm的含次沉淀池出水进行处理,目地是进一步降低二次量不低于75%。由图2可知,该煤泥满足制备水煤沉淀池出水中的悬浮物和COD浆的粒度要求。取不同处理阶段焦化废水,分析其中主要污染1.1.3添加剂物氨氮酚类、COD的质量浓度,结果如表1所示。实验选取的添加剂为木质素磺酸钠,其用量按干基煤计算为0.6%。表1焦化废水水质1.2实验方法Table 1 Water quality of coking waste water1.2.1水煤浆制备将一定质量的添加剂和焦化废水混合于烧杯样品PppcoD中,待添加剂溶解后,加入煤泥,手动搅拌至三者混蒸氨废水598.0835,0041l8合,再在匀浆机上以1200r/min的转速搅拌15min,调节池出口水样540.0取下静止15min后测定水煤浆的性质。厌氧池出口水样1.2.2水煤浆性能测定好氧池出口水样35.0水煤浆表观黏度采用NXS-11型旋转黏度计混凝沉淀池口水样量分数采用差减法测黑龙江科技学学报第20卷3-mI为了进一步观察蒸氨废水和自来水在添加剂情况下制备浆体的流变性能,选择制浆质量分数为式中:m1—称量瓶质量;60%的煤浆样品进行不同速率下的剪切,得到黏度m2煤浆质量;与剪切速率的关系,如图3所示。m3烘干样品和称量瓶质量。水煤浆的稳定性可由观察法和析水率获得。观3000察法是实验室最常用的评价水煤浆稳定性的方法。方法如下:将少量水煤浆样品放在密封容器中,静置自来水定时间,观察其变化情况。水煤浆稳定性可分成蒸氨废水A、B、C、D四个等级。A级:浆体稳定性最好,保持初始状态,物性均匀,无析水,无沉淀;B级:浆体的406080100稳定性尚好(或一般),存在少量的析水或少许软沉淀;C级:浆体稳定性较差,流动性能好,物性均匀,图3自来水和蒸氨废水与煤泥的成浆流变性有析水,有沉淀产生,产生的软沉淀经搅拌可再生,Fig 3 SCWM with ammonia wastewater and tap可满足应用要求;D级:浆体稳定性最差,物性分布water about rheology明显不均匀,产生硬沉淀,且无法通过搅拌再生。测定析水率时,将煤泥水煤浆静置于量筒中,由图3可见,随着剪切速率的增大,自来水和蒸定时间后,观察量筒上部析水情况测定析水量占原氨废水制备的煤泥水煤浆黏度均降低,但后者制备水量的百分率。的浆体具有更强的剪切变稀特性。从浆体的运输和燃烧雾化方面看,蒸氨废水制备出的浆体较自来水2结果与讨论具有更好的实用性从流变性和稳定性方面来看,蒸氨废水与煤泥2.1蒸氨废水和自来水与煤泥的成浆性的成浆性要优于自来水,蒸氨废水中的污染因子对选取原煤泥分别与自来水和蒸氨废水在添加剂用煤泥水煤浆的性能会产生一定的影响。量为06%(按干基煤计算)的条件下进行成浆实验。2.2不同处理阶段焦化废水与煤泥的成浆性水煤浆的质量分数黏度以及稳定性如表3所示为进一步研究焦化废水中不同污染物对煤泥水煤浆成浆性的影响,取不同处理阶段的焦化废水制备不表3蒸氨废水和自来水与煤泥的成浆性同质量分数的煤泥水煤浆,分析其性能结果见表4。Table 3 SCwM with ammonia wastewater and tap water水w%/mPa*稳定性析水率/%Q=/Jkg表4不同水质制备的煤泥水煤浆的成浆性3945Table 4 SCWM features with different quality自来水coking waste water631365B1284012%nmP沉淀情况稳定性析水率4267蒸氨废水6247软沉淀蒸氨废水6598660324调节池出口水样62428软沉淀由表3可以看出,自来水和蒸氨废水制得的煤软沉淀泥水煤浆黏度均随质量分数的增大而升高,在质量60289软沉淀厌氧池出口水样62386软沉淀分数较低时,黏度随其增加得缓慢;当制浆质量分数65698软沉淀较高时,前者制得煤泥水煤浆黏度急剧增长;当浆体质量分数相同时,前者的煤泥水煤浆黏度和析水率好氧池出口水样62687软沉淀均高于后者,但其发热量低于后者。原因是焦化废651086水中存在有机物,提高了水煤浆的发热量。可见,自来水与蒸氨废水均可与煤泥制备出稳定性良好的浆混凝沉淀池口水样621120软沉淀651887少许硬沉淀183体,但后者制得的煤泥水煤浆的稳定性优于前者。周国江,等:焦化废水制备的煤泥水煤浆的成浆性由表4可以明显看出,在制浆质量分数和添加酸钠参与自来水、蒸氨废水与煤泥的制浆实验,所得剂用量不变的情况下,不同处理阶段的焦化废水制煤浆质量分数为60%。添加剂用量与水煤浆黏度备的煤泥水煤浆在性能上存在明显差别。根据焦化的关系如图5所示。废水的处理工艺,焦化废水中酚类物质、氨氮质量浓度依次降低,但所制备浆体的黏度并没有随着酚类4500物质氨氮的质量浓度的降低而呈现升高或降低的自来水规律性,其黏度由大到小依次为混凝沉淀池口水样、好氧池出口水样、蒸氨废水、调节池出口水样、厌氧蒸氨废水1500池出口水样。并且在制浆质量分数为65%时,混凝沉淀池口水样制备的浆体流变性变差,析水率有很大提高添加剂用量>图4给出了制浆质量分数为60%时的剪切黏度关系曲线。由图4可以看出,制浆质量分数添加图5添加剂用量与水煤浆黏度的关系剂用量一定时,各阶段焦化废水制备浆体的流变性Fig. 5 Relationship between apparent viscosity of有明显差别。混凝沉淀池水样制备的浆体黏度随剪SCWM and additives dosage切速率的增大而升高,且出现剪切变稠的特征;其他各阶段焦化废水制备的浆体黏度均随剪切速率的增由图5可见,自来水和蒸氨废水两种水质水煤大而降低,但降低的幅度不同厌氧池水样制备的浆浆黏度均随添加剂用量的增加而降低,当其降低到体在剪切变稀性能上优于其他水样,表现出优越的定程度后,黏度变化趋于平缓;当添加剂用量为流变性。0.6%左右时,蒸氨废水与煤泥可制备性能稳定的浆体,而前者与煤泥的成浆性良好的添加剂用量需达3000混凝沉淀池口水样到1%,这证明蒸氨废水制备水煤浆较自来水优越。2000好氧池出口水样3结论蒸氨废水1000调节池出口水样(1)采用蒸氨废水和自来水制备相同质量分数厌氧池出门厂的水煤浆时,前者制备的浆体黏度低于后者,但其发剪切速率/s热量高于后者浆体的稳定性和流变性均优于后者。(2)存在于焦化废水中的酚类物质和氨氮无机图4不同阶段焦化废水与煤泥的成浆流变性物对煤泥的成浆性产生一定的分散稳定作用。焦化Fig. 4 SCWM with different quality waste water废水与煤泥制备水煤浆所需的添加剂用量比自来水减少0.4个百分点(3)不同阶段焦化废水与煤泥制备水煤浆,在由于焦化废水成分复杂研究其中污染因子对质量分数达到65%时除混凝沉淀池出口水样与煤煤泥成浆性的影响非常困难,但可以确定的是,焦化泥制备的浆体出现少量硬沉淀外,其他水样与煤泥废水中酚类物质和氨氮无机物的存在对煤泥的成浆制备出的浆体均表现出了良好的性能,但厌氧池出性产生一定的分散稳定作用,这使得不同阶段的焦口水样与煤泥制备的浆体的流变性优于其他出口水化废水制备的浆体在性能方面差别很大。样,且随剪切速率增大明显变稀。观察质量分数为65%时蒸氨废水与煤泥的成浆性,虽然在流变性能上不如厌氧池出口水样制备参考文献:的浆体,但若是制备的浆体直接用于锅炉燃烧,不需[周长丽,王春玉,煤泥浆的制备及燃烧特性的分析[,贵州要长距离的输送或长时间的储备,是满足应用要求化工,2005,30(4):5-6的;反之厌氧池出口水样制备的浆体则可满足(21白成志,李寨旭利用造纸黑液制备水煤浆添加剂门]化工要求。环保,2002,22(1):423]徐志强,王凤寅,崇立芹,等.用碱性造纸黑液制备水煤浆的2.3添加剂用量对水煤浆性能的影响研究[门].中国煤炭,2005,31(5):49-51黑龙江科技学院学报第20卷动力学分析[打].煤炭转化,2007,30(3):49-52.学院学报,2000,20(4):50-55[5]班文霞.碱法草类造纸黑液煤浆技术的研究[J.内蒙古石油[8]木沙江,朱书全.焦化废水制备水煤浆的技术研究[刀.中国化工,2008,(3):17-煤炭,2006,32(2):57-58[6]张明旭,闵凡飞.工业废水水煤浆燃烧特性的热分析综合研究[].中国矿业大学学报:自然科学版,2001,30(3):285(编辑荀海鑫)[7]闵凡飞,张明旭工业废水水煤浆性能的研究[J].淮南工业(上接第17页)(4)zn的掺入促使HA易分解,使其热稳定性ization and structural analysis of zinc substituted hydroxyapatites较差。[]. 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