多种絮凝剂在准能选煤厂的应用研究

2022-10-13

神华集团准格尔能源有限责任公司选煤厂是一座设计能力为12Mt/a的大型动力煤选煤厂。经过几次改造和扩建后, 到2005年底设计能力可达到22Mt/a。其工艺为跳汰机主选13mm~100mm, 0mm~13mm末煤直接入产品仓;次选为重介旋流器和重介浅槽选, 旋流器入选50mm~0.75mm, -0.75mm入旋流器组进行分级, +0.25mm进入离心机脱水后入产品仓, -0.25mm进入浓缩池。浅槽入选200mm~13mm块煤, -13mm直接入产品仓。随着产量的增加, 煤泥水量也在不断增加, 特别是准格尔选煤厂一期改造工程新增了重介选煤系统, 该系统的运行会增加大量的煤泥, 致使煤泥水浓度居高不下, 最高时浓度达到320g/L。这样选择适合准格尔煤泥水特性的絮凝剂就显得非常重要。为此, 我厂为了降低成本, 使煤泥水的浓度降低到理想境界, 我们对各种絮凝剂进行了实验和现场运用对比。

1 各种絮凝剂在我厂使用效果

按其化学成分, 絮凝剂可分为无机盐类絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。无机盐类絮凝剂的品种较少, 主要是铝盐、铁盐、水解聚合物等低分子盐类以及无机高分子等絮凝剂。有机高分子絮凝剂主要有合成的有机高分子絮凝剂和天然改性有机高分子絮凝剂。

1.1 无机絮凝剂

无机低分子絮凝剂主要分为铝盐和铁盐, 无机低分子絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等, 其中硫酸铝最早是由美国开发的, 并一直沿用至今的一种重要的无机絮凝剂。常用的铝盐有硫酸铝AL2 (SO4) 3·18H2O和明矾AL2 (SO4) 3·K2SO4·24H2O, 另一类是铁盐有三氯化铁水合物FeCL3·6H2O.硫酸亚铁水合物FeSO4·17H2O和硫酸铁。无机絮凝剂的优点是比较经济、用法简单;但用量大、絮凝效果低, 而且存在成本高、腐蚀性强的缺点。它们存在很大的缺点:残留在水中的铝离子会导致二次污染;铁离子本身有颜色, 并对设备有腐蚀作用, 会增加成本;加入量大, 煤泥产量高, 运行费用高。为了克服以上缺点, 我们又使用无机盐聚合物类絮凝剂, 这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物。如聚合氯化铝 (PAC) 、聚合硫酸铝 (PAS) 、聚合氯化铁 (PFC) 以及聚合硫酸铁 (PFS) 等。无机聚合物絮凝剂之所以比其它无机絮凝剂效果好, 其根本原因在于它能提供大量的络合离子, 且能够强烈吸附胶体微粒, 通过吸附、桥架、交联作用, 从而使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化, 中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷, 降低了电位, 使胶体微粒由原来的相斥变为相吸, 破坏了胶团稳定性, 使胶体微粒相互碰撞, 从而形成絮状混凝沉淀, 沉淀的表面积可达 (200~1000) m2/g, 极具吸附能力。絮凝效果较好, 残留在水中的铝、铁离子少, 对加药设备腐蚀小。

1.2 高分子絮凝剂

有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比, 具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类pH值及温度影响小, 生成污泥量少, 并且容易处理等特点, 因而有着广阔的应用前景。目前使用的有机高分子絮凝剂主要有天然改性的高分子絮凝剂和合成的高分子絮凝剂两类。

1.2.1 有机合成高分子絮凝剂

合成高分子絮凝剂投加量少, 一般在2%以下, 效果好, 形成的絮团大, 而且强度大, 不易破碎, 不增加泥量, 降低热值, 无腐蚀性。它分非离子型、阳离子型、阴离子型和两性四种。常用有机絮凝剂有:聚丙烯酰胺 (PAM) 、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等, 其中聚丙烯酰胺的应用最多, 占合成高分子絮凝剂的80%左右。然而这一类絮凝剂由于存在着一定量的残余单体丙烯酰胺, 不可避免的带来一些毒性, 所以限制了它的应用。聚丙烯酰胺中的酰胺基团是氮或胺的酰基衍生物。由于酰胺基团中氮原子的未共用电子对与羟基双键中的Л电子形成共轭体系, 使氮原子的电子层密度降低, 与之相连的氢原子也变得活泼, 较易质子化。因此, 在一定条件下通过曼尼期反应, 在聚丙烯酰胺上引如胺类分子, 生成季胺型阳离子。聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂与絮凝体不仅有桥连作用, 而且还有包络作用。发生桥连和包络的高分子还能相互作用形成三维网状结构, 有助于沉降分离。而我厂主要选用聚丙烯酰胺 (PAM) 干粉和乳液型两种絮凝剂, 现对两种絮凝剂进行比较。

聚丙烯酰胺干粉絮凝剂, 该絮凝剂呈白色, 其分子量为1000万, 阴离子型。该絮凝剂的特点为溶解速度较慢, 添加时较容易, 而且需要放置一定时间 (约7~8小时) 效果才好。另一种为内蒙古河西航天工业总公司生产的乳液型聚丙烯酰胺絮凝剂, 该絮凝剂呈乳胶状, 乳白色, 分子量为1000万, 其特点是溶解速度快, 溶解效果很好, 搅拌时间短, 15分钟即可使用。

两种絮凝剂对比实验如下。

用200mL烧杯配制1‰浓度的干粉聚丙烯酰胺絮凝剂溶液, 用电磁搅拌器搅拌一小时, 静置半小时。再用200mL烧杯配制1‰浓度的液体聚丙烯酰胺絮凝剂溶液, 用电磁搅拌器搅拌15分钟。现场采集煤泥水试样并测其浓度, 其值为45.69g/L, 分装在两个500mL量筒内, 每只量筒内煤泥水的量均为500mL。将配置好的两种絮凝剂用注射器分别吸取2mL、2.5mL、3mL注入量筒内, 盖上橡胶塞, 上下自然翻转五个循环, 做好记录, 实验结果如下表所示 (见表1) 。

从以上结果可以看出, 乳液型聚丙烯酰胺絮凝剂比干粉聚丙烯酰胺絮凝剂效果稍好一些, 而且最佳用量均为5mL (1000mL煤泥水量) 。按照煤泥水小时入料量1500m3计算, 则每班需加60kg絮凝剂。

1.2.2 水溶性两性高分子絮凝剂

水溶性两性高分子絮凝剂是指在高分子链节上同时含有正、负两种电荷基团的水溶性高分子, 与仅含有一种电荷的水溶性阴离子或阳离子聚合物相比, 它的性能较为独特。作为絮凝剂不仅可除去废水中的悬浮物和胶体, 而且可除去一般絮凝剂所不能及的范围——废水中的溶解物 (如有色物质及表面活性剂等) 。将两性高分子絮凝剂用于污泥脱水的实践表明:经过两性高分子絮凝剂处理的污泥, 沉降性能良好、泥饼含水量少。又由于两性高分子内阴、阳基团能与金属离子发生螯合作用, 在等电点时又可将其释放出来, 因此可利用这一性质将金属离子分离回收。两性高分子又可反复使用, 这在重金属污染的治理中将起到积极作用。因此, 水溶性两性高分子絮凝剂在废水处理方面具有较广泛的应用前景。国内虽然对两性高分子絮凝剂的产品有报道, 但仅限于实验室合成和对性能的初步研究, 并没有成熟的、性能良好的产品供应市场

1.2.3 天然高分子絮凝剂

天然高分子絮凝剂易生物降解, 本身或中间降解产物对人体无毒, 具有选择性大、价廉、产泥量少等优点。淀粉衍生物作为工业絮凝剂的研究始于60年代。乙烯基单体与淀粉的接枝共聚反应是淀粉改性制备可生物降解的高分子材料的重要途径之一, 其关键问题在于引发剂的筛选。在生化系统中投加该类絮凝剂, 可为城市污水处理后的回用提供符合要求的水质。另外淀粉磷酸酯和淀粉黄原酸脂也是良好的絮凝剂。壳聚糖、甲壳素类絮凝剂作为水处理剂在工业上已大量应用, 美国主要用于给水及饮用水处理;日本主要用于水处理及污水处理, 其中用于水处理的壳聚糖每年达1000吨之多;目前清华大学着手壳聚糖作絮凝剂的中试生产研究, 获得了一套适合我国国情的工业化生产的最佳工艺路线, 其主要性能指标均达到了或超过国内外同类产品的水平。壳聚糖除了对水中的固体悬浮物有较好的絮凝作用外, 还对水中的COD、色度和重金属离子等有较好的去除效果。由于该类聚合物具有无毒无味、抗菌、可生物降解等优点使其被大量应用于食品工业废水处理中, 壳聚糖可使各种食品加工废水的固形物减少70%~98%。其絮凝机理主要是复合絮凝剂, 复合型絮凝剂是近年才开始研制的新型絮凝剂, 能克服使用单一絮凝剂的许多不足, 适应范围广, 对低浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净水效果, 脱污泥性好, pH使用范围大。然而复合在有机合成制备上手续复杂, 成本较高, 并有可能存在二次污染。目前还未见复合絮凝剂有工业化生产和使用的报道。污水或活性污泥中, 有机固体颗粒带负电荷, 无机固体颗粒带正电荷, 混合固体颗粒呈电中性, 所以有机污水或污泥加阳离子型絮凝剂, 对无机污水或污泥加阴离子型絮凝剂, 对混合污水或污泥加非离子型絮凝剂。带有PAM的聚合氯化铝、聚合氯化铁, 为无机有机高分子聚合物, 它们具有无机、有机的双重优点, 又避免了两者的不足, 还具有某些独特的优点, 使净水效果得到高度发挥。无机离子使悬浮颗粒发生絮凝并沉淀, 高分子有机阳离子的高度架桥又促进了絮凝吸附速度, 故能达到快速净水的目的。基于上述原因, 我厂没有采用过该类絮凝剂。

1.3 复合型絮凝剂

复合絮凝剂复合型絮凝剂是近年才开始研制的新型絮凝剂, 能克服使用单一絮凝剂的许多不足, 适应范围广, 对低浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净水效果, 脱泥性好, pH使用范围大。然而复合在有机合成制备上手续复杂, 成本较高, 并有可能存在二次污染, 无机固体颗粒带正电荷, 混合固体颗粒呈电中性, 所以有机污水或污泥加阳离子型絮凝剂, 对无机污水或污泥加阴离子型絮凝剂, 对混合污水或污泥加非离子型絮凝剂。带有PAM的聚合氯化铝、聚合氯化铁, 为无机有机高分子聚合物, 它们具有无机、有机的双重优点, 又避免了两者的不足, 还具有某些独特的优点, 使净水效果得到高度发挥。无机离子使悬浮颗粒发生絮凝并沉淀, 高分子有机阳离子的高度架桥又促进了絮凝吸附速度, 故能达到快速净水的目的。目前, 我厂使用的复合絮凝剂其主要成份为聚丙烯酰胺和聚合氯化铝, 使用情况如下 (见表2) 。