洗煤廢水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合組成的一種多項體系。洗煤廢水中包含有煤泥顆粒（粗煤泥顆粒0.5～1mm，細煤泥顆粒0～0.5mm），礦物質，粘土顆粒等。洗煤廢水一般具有SS、CODcr、BOD5濃度高、ζ電位極負的特點，因此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質，還往往帶有膠體的性質；細煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，這些性質決定了該類廢水污染重、處理難度大。
過去選煤廠采用煤泥水直接排入煤泥沉淀池中進行沉淀處理，澄清水循環使用或外排。由于洗煤廢水中的細煤泥顆粒、粘土顆粒很難靜沉，煤泥顆粒在循環過程中不斷細化，造成循環水SS濃度提高，影響甚至破壞選煤工藝。這時就不得不外排一部分高濃度洗煤廢水或加入大量的清水進行稀釋，從而造成洗水不平衡，無法實現清洗水的閉路循環，既造成環境污染又導致煤泥流失、資源浪費。
結團凝聚機理及原水水質
結團絮凝作為一種新型水處理技術，主要是通過提高絮凝體的密度實現固液的高速分離。結團凝聚工藝是以絮凝動力學為原理的一種水處理技術，此工藝通過控制物理化學條件、動力平衡條件使洗煤廢水中的煤泥顆粒在實驗裝置中或在實際工藝的設備中形成結構緊密的結團絮體（Pellet Floc），從而達到高效去除懸浮物的目的。此工藝可省去預處理構筑物，處理后的水質可達到澄清要求，水力停留時間短，表面負荷高，處理效果好。
實驗水樣采用西安霸橋電廠從燃煤輸送帶飛落在通道地面的煤粉，經篩分，取400μm以下的細煤粒，用自來水充分浸泡，配制的濃度為10g/L，洗煤廢水的pH值為8.86，ζ電位為-32.8mV，且煤泥顆粒粒度細小（30μm以下的煤粉占52%），無機碳含量大（占總碳量的90%）。
實驗結果及分析
結團工藝有兩個控制過程，一是理想的初始粒子的形成階段，二是結團體的形成階段，每一個階段又由物理化學條件和動力學條件來控制。實驗中通過控制PAC、PAM的投量，以及水流上升速度UW和攪拌轉速n，得出結團凝聚發生的最佳條件。
①PAC的作用是通過壓縮雙電層使水中顆粒脫穩后發生凝聚，PAC投量要以滿足形成理想的初始粒子的要求為前提，在實驗條件為ρ(PAM)=1.1mg/L，ω=38r/min，UW=18.6cm/min的情況下，改變PAC投量、結團體的有效密度ρe、粒徑dp、出水濁度SS的實驗結果見表1。實驗中得出PAC的適宜投量范圍為1.78～3.00mg/L。
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表1PAC投量對結團凝聚的影響 |
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PAC投量/
(mg·L-1) |
ρe/
(kg·m-3) |
dp/
mm |
SSt/
NTU |
|
0.57 |
85.40 |
0.544 |
54.8 |
|
1.84 |
69.75 |
0.672 |
24.3 |
|
2.60 |
50.00 |
0.839 |
18.5 |
|
3.30 |
49.05 |
0.956 |
16.6 |
|
4.02 |
40.12 |
1.136 |
16.5 |
|
4.78 |
34.42 |
1.266 |
16.3 | |
②PAM的主要作用是靠高分子的強烈作用，實現架橋凝聚，增大結團體的內部結合力，使之致密化，這樣可以實現初始粒子在核絮體表面的逐個附著，在ρ(PAM)=2.6mg/L，N＝38r/min，UW=18.6cm/min的條件下，結團體的ρe、和的SSt隨PAM投量變化的實驗結果見表2。本實驗條件下PAM適宜的投量為1.10～2.90mg/L。
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表2PAM投量對結團凝聚的影響 |
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PAM投量/
(mg·L-1) |
ρe/
(kg·m-3) |
dp/
mm |
SSt/
NTU |
|
0.84 |
40.32 |
0.890 |
52.0 |
|
1.10 |
42.86 |
1.046 |
27.1 |
|
1.78 |
48.25 |
1.175 |
26.4 |
|
2.39 |
53.14 |
1.139 |
22.5 |
|
2.90 |
62.74 |
1.034 |
20.6 |
|
.41 |
84.50 |
0.900 |
20.1 | |
③增大上升流速UW，即增大水力負荷，提高了懸浮顆粒的去除效率，但增大上升流速UW，結團流化床中懸浮層體積濃度會降低，從而削弱了煤泥結團體的致密作用，使顆粒有效密度ρe降低。實際工程中，既要得到最大程度的上升流速，又要使結團體致密、有效密度大、出水濁度低，得出適宜的上升流速范圍。在實驗為ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，ω=38r/min的條件下，改變上升流速UW，分析指標ρe、dp、SSt的實驗數據見表。本實驗條件下，上升流速UW=50cm/min為宜。
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表3 UW對結團凝聚的影響 |
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UW/
(cm·min-1) |
ρe/
(kg·m-3) |
dp/
mm |
SSt/
NTU |
|
19.1 |
74.87 |
0.742 |
22.1 |
|
29.4 |
69.34 |
0.803 |
26.2 |
|
40.7 |
46.78 |
0.887 |
29.5 |
|
49.2 |
37.83 |
1.043 |
31.6 |
|
59.7 |
36.50 |
1.104 |
43.3 | |
④攪拌轉速的作用是為結團體的致密提供動力，同時保證流化床中結團體成長粒度及布水的均勻性，使系統持續穩定運行。轉速n的提高，致使剪切作用發生變化，結團體致密作用增強，但強烈的剪湖作用會使dp減小，在實際工程中，為降低能耗，也要選擇適宜的轉速值。攪拌轉速對結團凝聚的影響較實驗的結果見表。在實驗條件為ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，UW=22cm/min時，適宜的轉速值n為40～80r/min。
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表4 轉速對結團凝聚的影響 |
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轉速/
(r·min-1) |
ρe/
(kg·m-3) |
dp/
mm |
SSt/
NTU |
|
20 |
40.46 |
1.301 |
50.2 |
|
40 |
41.71 |
1.264 |
41.3 |
|
60 |
53.53 |
1.123 |
30.2 |
|
80 |
73.29 |
0.978 |
22.4 |
|
100 |
83.01 |
0.882 |
21.5 |
|
120 |
108.34 |
0.702 |
20.3 | |
針對不同的水質條件，通過改變PAC、PAM的投量以及UW、n的值，可對該工藝操作條件進行優化。實驗結果證明，該工藝與傳統工藝相比，水處理表面負荷提高5～10倍，懸浮物去除率高達99%以上。
