高浊度矿井水处理中混凝剂投加方式研究

　第43卷第3期煤炭科学技术Vol．43　No．3　　2015年3月CoalScienceandTechnologyMar.　2015　高浊度矿井水处理中混凝剂投加方式研究高　杰,周如禄,郑彭生(中国煤炭科工集团杭州环保研究院,浙江杭州　311201)摘　要:针对高浊度矿井水胶粒含量大、粒径小、体积质量小等水质特点,开展了混凝剂聚合氯化铝(PAC)与聚丙烯酰胺(PAM)不同投加方式的混凝试验研究,考察了混凝剂各投加方式下的最佳剂量及处理效果,并对PAC与PAM最佳投加间隔时间进行分析。结果表明,原水浊度为2450NTU,采用先投加0．5mg/L浓度PAM,后投加100mg/L浓度PAC及0．4mg/L浓度PAM的混凝剂投加方式,出水浊度取得最低值4．6NTU,总药剂成本最低。PAC与PAM不同投加间隔时间中,PAM的投加点滞后于PAC投加点120s时混凝效果最佳。关键词:矿井水;高浊度;混凝剂;投加方式;间隔时间中图分类号:TD741;X703　　　文献标志码:A　　　文章编号:0253-2336(2015)03-0142-04StudyonfeedingmodeofcoagulantinhighturbidityminewatertreatmentGAOJie,ZHOURu-lu,ZHENGPeng-sheng(HangzhouEnvironmentalResearchInstitute,ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup,Hangzhou　311201,China)Abstract:Accordingtohighcolloidalparticlecontents,smallparticlediameter,smallvolumequantityandotherwaterqualityfeaturesofthehighturbidityminewater,acoagulationteststudywasconductedondifferentfeedingmodesofacoagulantwithPACandPAM.Anop-timumdosageandtreatmenteffectofthecoagulantundereachfeedingmodewasinvestigatedandananalysiswasconductedonanopti-mumfeedingintervaltimeofPACandPAM.Theresultsshowedthataturbidityoftheoriginalwaterwas2450NTU,afirstPAMfeedingwithaconcentrationof0.5mg/LwasappliedandthenasecondPACfeedingwithaconcentrationof100mg/LandaPAMfeedingwithaconcentrationof0.4mg/Lwasapplied,aminturbidityof4.6NTUwasmeasuredinthewateroutletandthetotalcostofcoagulantwasthelowest.IndifferentfeedingintervaltimeofPACandPAM,whenafeedingpointofPAMwas120sdelaythenthefeedingpointofPAC,thecoagulationeffectwouldbethebest.Keywords:minewater;highturbidity;coagulant;feedingmode;intervaltime收稿日期:2014-10-28;责任编辑:赵　瑞　　DOI:10.13199/j.cnki.cst.2015.03.033基金项目:科技部科研院所技术开发研究专项资助项目(2013EG122133)作者简介:高　杰(1981—),男,安徽庐江人,工程师。Tel:[phone],E-mail:[e-mail]引用格式:高　杰,周如禄,郑彭生.高浊度矿井水处理中混凝剂投加方式研究[J].煤炭科学技术,2015,43(3):142-145.GAOJie,ZHOURu-lu,ZHENGPeng-sheng.Studyonfeedingmodeofcoagulantinhighturbidityminewatertreatment[J].CoalScienceandTechnology,2015,43(3):142-145.0　引　　言　　我国高浊度矿井水分布较广,在煤炭主产区的一些西北矿区尤为常见[1-2]。有些煤矿虽然平时浊度不高,但在井下清理水仓时,矿井水中的悬浮物含量每升能高达上万毫克[3-4]。高浊度矿井水中的悬浮物以粉煤和岩粉为主,并含有一定量的机油及乳化油,感官性能较差,水中悬浮物含量大,粒径小,体积质量小,与絮凝剂亲和能力弱,是含悬浮物矿井水中比较难处理的一种水质[5-6],常给地面矿井水净化处理系统中的加药、排泥、压滤及混凝等功能单元造成极大冲击负荷,增大了矿井水净化处理设施的管理难度,影响了矿井水净化处理出水水质的稳定性,制约了矿井水的复用途径[7-10]。国内目前在高浊度矿井水的净化处理领域,核心工艺基本采用城市给水处理中的混凝法,其中混凝剂聚合氯化铝(PAC)与聚丙烯酰胺(PAM)应用最为广泛[11-13]。笔者通过将混凝剂PAC与PAM组合成不同的投加方式,分别考察了PAC与PAM不同投加方式下的最佳剂量及处理效果,并对PAC与PAM不同投加241高　杰等:高浊度矿井水处理中混凝剂投加方式研究2015年第3期间隔时间对混凝出水的影响进行研究,为高浊度矿井水在混凝处理过程中,混凝剂的合理利用提供技术参考。1　试验仪器与方法　　试验所用矿井水取自某煤矿矿井水处理站总进水口,矿井水原水水质指标如下:浊度2450~2670NTU,CODcr为208~252mg/L,悬浮物浓度为1328~1570mg/L,pH值为8．90~9．18。　　试验所用仪器为ZR4-6型智能混凝试验搅拌器,1900C型便携式浊度计。试验所用试剂为聚合氯化铝(PAC),工业级,有效铝含量30%;阴离子聚丙烯酰胺(PAM),工业级,有效分子量460万。　　将混凝剂PAC与PAM划分成单独投加PAM、单独投加PAC、先投加PAC后投加PAM、先投加PAM后投加PAC及先投加PAM后投加PAC和PAM五种混凝剂投加方式,分别以一定的搅拌转速及时间安排混凝试验,沉淀15min后取上清液进行3次浊度测定,并取平均值[14-15]。试验中投加PAC的搅拌转速及时间安排如下:以300r/min快速混合30s,100r/min快速搅拌2min,70r/min中速搅拌4min,40r/min慢速搅拌6min。试验中投加PAM,以40r/min慢速搅拌5min。2　试验结果与分析2．1　单独投加PAM的脱浊效果　　以0．1mg/L等分依次投加PAM溶液,结果如图1所示。由图1可知,当PAM投加量在低于0．5mg/L时,浊度去除率变化较为明显,此后随着PAM投加量的增加,上清液浊度虽继续下降,但幅度已变得很小。试验中PAM投加量达到0．8mg/L时,上清液浊度取得最低值254NTU,此后上清液浊度呈上升趋势。这是因为阴离子电性的PAM在与矿井水中的胶粒絮凝时,主要作用并非通过电性中和来完成,而是起着一种桥连作用。当PAM投加量逐渐提高时,胶粒表面被PAM大分子所饱和,胶粒表面的吸附空位越来越少,PAM桥连作用逐渐减弱,胶粒间因高分子的阻碍很难再次接近而产生聚集,胶粒重新处于稳定分散状态。单独投加PAM脱浊能力有限,但控制其投加量为0．5mg/L可以取得较好的预处理效果。2．2　单独投加PAC的脱浊效果　　以100mg/L等分依次投加PAC溶液,结果如图1　单独投加PAM的脱浊效果图2所示。由图2可知,当PAC投加量小于200mg/L时,上清液浊度下降较快,水中的胶粒与PAC充分混合,絮凝反应随PAC投加量的增加逐渐变得完善;继续增加PAC投加量至350mg/L,上清液浊度取得最低值10．4NTU,去除率的变化趋势趋于平稳。这是因为原水中投加的PAC量已接近发生凝聚的临界浓度,水中的AL3+水合作用逐渐增强,吸附作用逐渐减弱。此后再继续增加PAC投加量,上清液浊度无显著变化,反有上升趋势,分析认为是PAC投加量太高而发生再稳现象,使水质呈现乳浊色,水质开始恶化。单独投加PAC的脱浊效果有限,最低只能将原水浊度降至10．4NTU,但优于单独投加PAM的脱浊效果。图2　单独投加PAC的脱浊效果2．3　先投加PAC后投加PAM的脱浊效果　　先投加PAC后投加PAM是矿井水混凝处理常见的混凝剂投加方式。将PAC以50mg/L等分依次加入试验水样,快速混合后,依次交叉投加0．25、0．50、0．75、1．00mg/L的PAM溶液,结果如图3所示。由图3可知,PAC与PAM投加量分别为200和0．25mg/L时,试验出水浊度为6．8NTU,优于单独投加PAC或PAM的脱浊效果,且总药剂使用成本得到降低。继续增加PAC与PAM投加量,出水上清液浊度虽进一步降低,但变化不是很明显。试验中PAC投加量为150mg/L时,上清液浊度出现明显拐点值,此后随着PAC与PAM投加量的增大,浊度始终呈下降趋势,与单独使用PAC脱浊的情况不同,这是因为:先利用PAC的吸附电中和作用,可将3412015年第3期煤炭科学技术第43卷水中胶体表面电荷中和到一定程度,使得胶体的ξ电位降低,增加了胶粒间的碰撞概率,再加入PAM可进一步提高胶粒吸附架桥和网捕卷扫作用,使被部分中和的胶粒迅速凝聚成大的絮体。因此,采用PAC与PAM联合投加的方法不会产生胶体再稳现象,并且联合投加后生成的絮体大而密实。图3　先投加PAC后投加PAM的脱浊效果　　试验发现,随着PAM投加量的提高,出水浊度在开始时随着PAM投加量的增加逐渐降低,当PAC投加量超过150mg/L时,PAM投加量对出水浊度的影响不再明显,这是因为水中胶体颗粒表面被过量投加的PAM水解分子覆盖后,高分子间因相互排斥使胶体颗粒之间难以接近,不能形成聚集作用,从而发生胶粒保护现象。因此,PAM投加量并不是一次投加,投加量越多越好,而是应采取分批次投加的方式,尽量降低高分子间的相互排斥作用。2．4　先投加PAM后投加PAC的脱浊效果　　先进行单独投加0．5mg/L浓度PAM的试验,重复收集10cm以上上清液后,测得上清液混合后的浊度为513NTU,再以50mg/L等分依次投加PAC溶液,结果如图4所示。由图4可知,试验水样在PAC投加量为200mg/L时取得出水浊度为8．2NTU的效果,不及先投加PAC后投加PAM的脱浊效果好,但优于单独投加PAC取得的脱浊效果。图4　先投加PAM后投加PAC的脱浊效果2．5　先投加PAM后投加PAC和PAM的脱浊效果　　先进行单独投加PAM试验,重复收集10cm以上上清液后,测定上清液混合后的浊度,再依次交叉投加PAC与PAM,PAC、PAM分别按50、0．1mg/L等分依次增加,结果如图5所示。由图5可知,原水投加0．5mg/L的PAM溶液后,当PAC、PAM投加量分别超过100、0．3mg/L时,试验出水浊度均取得了小于10NTU的脱浊效果,且随着PAC投加量的提高,脱浊效果越发明显。与图3中采用PAC投加200mg/L,PAM投加0．25mg/L投加方式相比,只需PAC投加100mg/L,PAM投加0．9mg/L(PAM初始投加0．5mg/L,后续投加0．4mg/L)就能取得4．6NTU的脱浊效果,PAC的投加量节约了50%,总药剂成本得到有效降低。图5　先投加PAM后投加PAC与PAM的脱浊效果　　试验发现,PAC投加量为50mg/L,PAM投加量超过0．2mg/L时,上清液出水浊度呈上升趋势,此后随着PAC投加量的提高,这种趋势越来