姚彬 ，王新 ，張玉榮，雷珂

(1.陜西化工研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.陜西省工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054)

煤化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生各種工藝廢水，包括細(xì)渣過濾液、變換冷凝液、低溫甲醇洗廢水、MTO廢水、廢堿液、火炬冷凝液等，主要污染物有氨氮、酚、氰、硫化氫、酸堿、重金屬等，COD含量高、降解難度大、可生化性差，被認(rèn)為是最難處理的工業(yè)廢水之一[1]。

煤化工廢水的處理工藝主要分為預(yù)處理、生化處理及深度處理[2-3]。整套處理工藝流程長,處理難度大,且成本高。從資源利用的角度出發(fā)，本文考慮將煤化工廢水替代部分制漿水，用于制備水煤漿[4-5]，以期實(shí)現(xiàn)煤化工廢水的資源化利用，為工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

水煤漿添加劑SWF-1；新鮮水；變換冷凝液、低溫甲醇洗廢水、MTO廢水、火炬冷凝液的水質(zhì)分析見表1；魏強(qiáng)煤，煤質(zhì)分析見表2。

表1 廢水水質(zhì)分析 Table 1 The analysis of wastewater quality

XPC-60×100破碎機(jī)；XLBE-GJ-1研磨制樣機(jī)；ZBSX-92A標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)；JB500D電動(dòng)攪拌器；MA35型快速水分測試儀；ZNN-D6電動(dòng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；BT-2002型激光粒度分布儀。

表2 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù) Table 2 The analysis data of coal quality

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用破碎機(jī)將全部煤粉碎至小顆粒，取部分煤，利用研磨制樣機(jī)將其研磨至更小顆粒，使用標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)過20,40,120,200,325目篩，將所有煤粉充分篩分至不同目數(shù)級(jí)別后備用。

將不同目數(shù)級(jí)別的煤粉按一定比例混合后倒入燒杯中，加入混合好的制漿水，隨后加入水煤漿添加劑SWF-1，用電動(dòng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杓羟?0 min，使?jié){體充分混捏、熟化，制得水煤漿樣品。分析氣化水煤漿的控制指標(biāo)，主要有固含量、旋轉(zhuǎn)粘度、靜態(tài)穩(wěn)定性、析水率、pH值和粒度分布。

1.3 分析檢測

1.3.1 水煤漿固含量的測定 使用快速水分測定儀進(jìn)行測定，測試溫度105 ℃，測試樣品質(zhì)量2～3 g， 當(dāng)水分測定儀的讀數(shù)顯示恒重時(shí)即為水煤漿的固含量。

1.3.2 水煤漿旋轉(zhuǎn)粘度的測定 使用電動(dòng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，測試溫度25 ℃,在剪切速率逐漸從0 s-1上升到100 s-1再下降到0 s-1時(shí),計(jì)算剪切速率100 s-1時(shí)的表觀粘度平均數(shù)，即為水煤漿的旋轉(zhuǎn)粘度。

1.3.3 水煤漿穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 水煤漿穩(wěn)定性從靜態(tài)穩(wěn)定性和析水率兩方面分析測定。

水煤漿靜態(tài)穩(wěn)定性通過“落棒法”進(jìn)行評(píng)價(jià)。室溫條件下將水煤漿倒入量筒中，管內(nèi)漿體高度大于20 cm，24 h后將直徑5 mm的玻璃棒從漿體表面處自然落下，直至玻璃棒不再下降，觸到硬沉淀為止。玻璃棒在水煤漿中移動(dòng)的距離與能插入漿體的最大距離之比即為穿透率。

析水率評(píng)價(jià)是指將水煤漿在量筒中密閉放置一定時(shí)間，水煤漿中析出的水量與水煤漿總體積之比即為析水率。

1.3.4 水煤漿粒度測定 使用水煤漿專用粒度分布儀進(jìn)行測定。

1.3.5 水煤漿pH測定 參考GB/T 18856.14實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)煤化工現(xiàn)場的生產(chǎn)實(shí)際和廢水量，設(shè)定變換冷凝液、低溫甲醇洗廢水、MTO廢水與火炬冷凝液的摻配比例為3∶2∶1∶1，再將摻配好的上述廢水與新鮮水以不同的比例混合作為制漿水。使用魏強(qiáng)煤樣摻配制漿水共同制備水煤漿，水煤漿添加劑SWF-1的用量為1.6‰，研究廢水加入量對(duì)制漿效果的影響。檢測氣化水煤漿要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果見表3和表4。

表3 水煤漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)Table 3 The performance indexes of coal water slurry

表4 水煤漿的粒度分析數(shù)據(jù)Table 4 Coal water slurry particle size analysis data

由表3和表4可知，當(dāng)水煤漿添加劑SWF-1用量為1.6‰時(shí)，使用魏強(qiáng)煤摻配不同配比的廢水均可制備出固含量為60%～61%的水煤漿，水煤漿旋轉(zhuǎn)粘度為721.4～1 184.6 mPa·s，24 h穿透率為96.1%～98.0%，72 h析水率≤6.4%，pH在8.1～8.4之間,水煤漿各粒度區(qū)間的分布均符合工藝技術(shù)要求。

由表3可知，隨著廢水占比的增加，水煤漿固含量呈現(xiàn)先增大后緩慢減小的趨勢，而旋轉(zhuǎn)粘度表現(xiàn)為逐漸增加的過程。分析認(rèn)為，廢水加入量較小時(shí)，對(duì)成漿性能影響不大，隨著廢水加入量增加，尤其是廢水占制漿總水量的比例大于70%時(shí)，廢水中的污染物質(zhì)如氨氮、堿、油及COD等，則對(duì)制漿產(chǎn)生的影響趨勢越發(fā)明顯[6]，水煤漿固含量降低、旋轉(zhuǎn)粘度增大，超過900 mPa·s時(shí)，水煤漿流動(dòng)性變差。水煤漿24 h穿透率均較高,72 h析水率均≤6.4%，波動(dòng)范圍較小，水煤漿穩(wěn)定性好。結(jié)合本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和氣化工藝對(duì)水煤漿性能指標(biāo)的要求，建議制漿水中廢水與新鮮水的最優(yōu)摻配比為7∶3。

3 結(jié)論

(1)成漿性能實(shí)驗(yàn)表明，摻配煤化工廢水可制備出水煤漿，技術(shù)路線可行。廢水組成為變換冷凝液、低溫甲醇洗廢水、MTO廢水與火炬冷凝液的摻配比例3∶2∶1∶1。制備出的水煤漿固含量60%～61%,旋轉(zhuǎn)粘度721.4～1 184.6 mPa·s，24 h穿透率96.1%～98.0%，72 h析水率均小于7%，pH值8.1～8.4，粒度分布合理，水煤漿的各項(xiàng)指標(biāo)均符合氣化工藝要求。

(2)推薦新鮮水與廢水的摻配比例為3∶7，制備的水煤漿固含量61.0%,旋轉(zhuǎn)粘度784.7 mPa·s，24 h穿透率98.0%，72 h析水率6.1%，pH值8.1，水煤漿粒度分布合理。

(3)將不同工段的煤化工廢水混合后，與新鮮水按一定比例摻配制備水煤漿，該技術(shù)路線不僅降低了廢水處理量,減輕了處理成本，同時(shí)開辟了廢水資源化利用的新途徑，實(shí)現(xiàn)了煤化工廢水變廢為寶，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。