印染染色废水制备水煤浆的实验研究

煤炭加工与综合利用No.1,2016COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATION61印染染色废水制备水煤浆的实验研究崇立芹,徐志强2(1.北京中煤阳光矿业技术有限公司;2.中国矿业大学(北京)化环学院,北京100083)摘要:研究了印染染色工艺常用的直接染料、酸性染料、活性染料及常用助剂食盐、元明粉对水煤浆性能的影响;实验表眀,在不加添加剂的情况下染色废水可与煤样直接制浆;加入少量分散剂可提高制浆浓度,三种常用染料可以起到常规分散剂的作用,常用化学助剂起到了类似稳定剂的作用。关键词:水煤浆;染色废水;染料;化学助剂中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:1005-8397(2016)01-0061-04印染染色工艺排出的废水中含有大量染料和助剂。废水色度高,COD含量高达300~700mg/L,1实验用原料BOD/COD一般小于0.2,可生化性较差。笔者利用染色废水制备了水煤浆,实验探讨了染色废水及1实验用煤样性质废水中主要染料、化学助剂等组分对水煤浆性能的制浆用煤性质如表1所示。表1制浆用煤样的工业分析与元素分析工业分析/%元素分析/%HGIMJ·kg1,607,0935,1456.131.5676.141.451.2实验用染料及化学助剂同量的印染促染剂NaCl、缓染剂Na2SO4探讨对采用三种常用染料作为制备水煤浆的添加剂水煤浆性能的影响进行实验,主要结构如表2所示,并通过加入不表2试验选用的染料结构主要活性基团实验代号NH2直接耐H○ N-NO-N-NYN-N○N○晒黑GANaOsYNH酸性粒入Nm子元青--SO3NaNaoSNH活性艳NaOS-SON-N橙K=GNSO3NaSO3NaYH中国煤化工CNMHG收稿日期:2015-06-16DOI:10.16200/j,cnki.11-2627/td.2016.01.020作者简介:崇立芹(1979—),女,安徽天长人,200年毕业于中国矿业大学(北京)环境工程专业,工学博士,北京中煤阳光矿业技术有限公司总经理助理,工程师。引用格式:崇立芹,徐志强.印染染色废水制甾水煤浆的实验硏究[。煤炭加工与综合利用,2016(1):61-64煤炭加工与综合利用2016年第1期1.3染色废水2.2分散剂用量对染色废水制水煤浆成浆性能试验用染色废水取自天津某印染厂,水质如的影响表3所示。通过加人少量萘磺酸盐分散剂,观察分散剂表3试验用印染废水水质对染色废水制水煤浆性能的影响。分散剂用量分废水悬浮物BOD5COD别取0.1%干煤量和0.2%干煤量,与不添加分散浓度色度浓度/值/mg·值/mg:pH值剂时所制水煤浆相比,结果见图3。色液体稀不加分散剂142释200倍300→添加0.1%分散剂添加0.2%分散剂2500数20002染色废水制水煤浆的性能15002.1染色废水直接制浆1000采用染色废水与实验煤样直接混合搅拌制浆,在不同制浆浓度(5%~60%)下,观察煤浆成浆性,浓度对成浆性的影响如图1所示。煤浆浓度2000图3分散剂用量对成浆性的影响1500数1000由图3可以看出,制浆浓度相同时,少量分散剂可使浆体的粘度大幅下降。如在浆体浓度为60%,无分散剂时,粘度为1830mPa·s;添加0.1%干煤量的分散剂时,表观粘度仅为398制浆浓度%mPa·s。分散剂的加入也明显提高了制浆浓度。图1制浆浓度对染色废水制水煤浆性能的影响如表观粘度约1200mPa·s时,未加分散剂时制浆浓度为59%,加入0.1%干煤量的分散剂后,由图1可以看出,较理想的制浆浓度是浓度即可增加到63%。59%,此时100s-剪切率下水煤浆的表观粘度是1263mPa·s,水煤浆的流变性曲线如图2所示3染料对制浆性能的影响设定制浆浓度为62%,仅采用A、B、C三4000种染料作为分散剂,观察不同浓度染料对制浆性3000能的影响,结果如图4~6所示。1000250010s1010203040506070809010剪切率/s12000图2染色废水制水煤浆的流变性曲线1000从图1可以看出,染色废水能与煤样直接搅中国煤化工拌成浆,无需加任何添加剂,且煤浆有很好的流CNMHG动性和稳定性,可见染色废水中存在起分散和稳定作用的物质。随着制浆浓度的提高,水煤浆的直接染料浓度gL粘度增加。图2表明,染色废水所制水煤浆为剪图4A染料制浆的试验结切变稀的屈服假塑性流体。从图4~6可知2016年第1期崇立芹,等:印染染色废水制备水煤浆的实验研究632500度为63%,A染料用量20g/L,不加添加剂条件10s12000下,化学助剂NaCl添加量对水煤浆性能的影响如图7所示。15002500副卖100s1000酸性染料浓度/gL图5B染料制浆的试验结果25002000NaC]浓度/gL图7NaCl用量对A染料煤浆性能的影响由图7可以看出,加入NaCl对染料煤浆的1000性质影响较大。增加NaCl用量,浆体粘度在低剪切率时上升很快,高剪切率时变化幅度很小。0未加NaCl时,在10s-剪切速率下,浆体粘度为活性染料浓度/gL860mPa·s;在100s剪切速率下,浆体粘度为图6C染料制浆的试验结果809mPa· s. NaC用量为20g/L时,在10s剪切速率下,浆体粘度为2020mPa·s;在100(1)A、B、C染料都可与煤样直接成浆,说剪切速率下,浆体粘度为700mPa·s。可见明这些染料能起到良好的分散作用NaCl主要影响了低剪切率的表观粘度,使浆体稳(2)增加三种染料的用量,煤浆粘度均呈现定性得到了改善。下降趋势,且低剪切率下的表观粘度值下降很A染料的萘核上有—SO3Na基团,在水中易快,浆体表现较差的稳定性解离,会产生一SO3阴离子。加入NaCl,一方(3)通过实验发现,染料与水煤浆常用分散剂的作用类似,在一定用量时效果最佳,过多或面,Na'压缩了双电层,使煤粒絮凝;另一方面,A染料的结构中还含有羟基(—OH)和多个胺基过少都会影响成浆效果。选择A、B、C染料制(一NH2),易形成氢键,在氢键和Na的共同作浆时,最佳用量分别为10g/L、3g/L和2.5g/L,可见每种染料的性能不尽相同。用下,染料与煤粒之间容易络合形成结构体3染料的分散性能与其结构密切相关,染料的分子间运动阻力大,因而煤浆的粘度会增加。但萘酚核上含有一SO3,为亲水性基团,疏水基团煤浆受到高速剪切时,强剪切力的作用远远大于是苯核和萘核,与煤粒作用时,疏水基团吸附在分子间氢键作用,致使结构被破坏,因此,NaCl煤的主体上,亲水基团朝向水,并吸附水形成水用量对高剪切速率下煤浆粘度值影响不大化膜,起到分散作用,所以这些染料可与实验煤4.2Na2SO4(元明粉)对水煤浆性能的影响样直接制浆。可见染色废水中染料的存在对制备rV凵中国煤化工缓染剂,设水煤浆是有利的定制浆浓度CNMHG不同元明粉(Na2SO4)添加量对煤浆性能的影响如图8所示。4化学助剂对染料煤浆性能的影响由图8可知,随着Na2SO4浓度的增加,浆体4.1NaCl(食盐)对水煤浆性能的影响粘度增加,且低剪切率时粘度的上升幅度比高剪NaCl是直接染料常用的促染剂,设定浆体浓切率时大,因此浆体的稳定性变好;粘度增加到4煤炭加工与综合利用2016年第1期2000出来,所以煤浆的粘度会大幅上升。1500(1)染色废水可以直接用于实验煤样制浆,1000最佳的制浆浓度可达59%;少量分散剂的加入可以大幅提高制浆浓度(2)染色废水中主要组分染料可以代替常规分散剂制备水煤浆,即染料对水煤浆的制备是有Na2SO浓度/gL利的。图8Na2SO4浓度对B染料水煤浆粘度的影响(3)染色工艺常用NaCl作促染剂,缓染剂Na2SO4主要影响煤浆低剪切率下的粘度值,因一定值后,再增加Na2SO4用量,粘度变化很小。而影响浆体的稳定性。Na2SO4在水溶液中电离出硫酸根离子(4)从染色废水、染料和化学助剂对水煤浆(SO),SO)2和染料阴离子与煤分子中的阳离子性能的影响发现,染色废水中存在起到分散和稳产生静电吸引力,SO体积小、运行速度快,会定作用的组分,对制备水煤浆是有利的,因此采优先被煤中阳离子吸附。染料阴离子体积大,运用水煤浆技术处理此类废水是可行的。行速度慢,靠近煤分子时,染料中存在的羟基和参考文献胺基还会与煤颗粒之间产生范德华力和氢键等其[1]李家珍.染料染色工业废水处理[M].北京:化学工业他作用力,作用力大于SO2与煤粒之间的静电出版社,1997引力,因此可以取代SO与煤粒结合,SO2延2]何瑾馨,染料化学[M].北京:中国纺织出版社,2004缓了染料与煤粒之间的作用。若SO2浓度增[3]邢风兰,徐群,贾丽华.印染助剂[M].北京:化学工业出版社,2008加,大量的SO覆盖在煤粒表面,阻碍了染料[4]沈志平.染整技术(第二册)[M].北京:中国纺织出版分子与煤粒的接近,这样染料的分散作用发挥不社,2005(上接第60页)表2改造后生产数据参考文献序号上料时加热时卸料时加工每日总蒸汽压量/t力/MPa[1]陈文敏,刘淑云.煤质及化验知识问答[M].北京:化2.24.02.19.0620学工业出版社,20083.72]韩锦德,高俊,徐桂芹.工业型煤的现状与开发应用J.洁净煤技术,2000,6(1):22-242.23.89.25.2[3]闭武勤,李华燕.型煤工艺在我厂的技术实践[J].化工461.89.06555技术与开发,2004,33(3):48-51[4]张少锋,李启平.喷雾干燥器的煤粉热风炉系统的设计2.73.91.86.2[J].陶瓷工程,1998,32(6):32-35.2.24.2[5]胡传鼎.通风除尘设备设计手册[M].北京:化学工业平均值2.434.071.768.82635.25.42出版社,2003[6]李师伦,等.工业型煤发屐现状及研究方向[J].煤炭加6总结工与综合中国煤化工对蒸汽加热器技术进行有效改进后用于规模[7]顾飞,CNMHG付煤粉燃烧率的化生产型煤过程中,在辽宁某煤业公司的运行实影响[C.中国钢铁年会论文集,2001,261-264践表明,改造后提高了型煤生产效率,节约了生[8]常勇.提高煤粉燃烧率降低除尘灰中含碳量[C]·第十届全国高炉炼铁学术年会论文集,2009,6:223-225产时间,降低了生产成本,提高了产品质量,值9]杨雪.单通道滚筒干燥机内温度场和流场数值模拟得推广使用。[D].沈阳:东北大学,2011