煤化工廢水制備水煤漿的應用研究

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.陜西省工業水處理工程技術研究中心，陜西 西安 710054)

煤化工生產環節中產生各種工藝廢水，包括細渣過濾液、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，被認為是最難處理的工業廢水之一[1]。

煤化工廢水的處理工藝主要分為預處理、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，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]，以期實現煤化工廢水的資源化利用，為工業化應用提供理論依據。

1 實驗部分

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、火炬冷凝液的水質分析見表1；魏強煤，煤質分析見表2。

表1 廢水水質分析 Table 1 The analysis of wastewater quality

XPC-60×100破碎機；XLBE-GJ-1研磨制樣機；ZBSX-92A標準振篩機；JB500D電動攪拌器；MA35型快速水分測試儀；ZNN-D6電動旋轉粘度計；BT-2002型激光粒度分布儀。

表2 煤質分析數據 Table 2 The analysis data of coal quality

1.2 實驗方法

利用破碎機將全部煤粉碎至小顆粒，取部分煤，利用研磨制樣機將其研磨至更小顆粒，使用標準振篩機過20,40,120,200,325目篩，將所有煤粉充分篩分至不同目數級別后備用。

將不同目數級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，用電動攪拌機充分攪拌剪切20 min，使漿體充分混捏、熟化，制得水煤漿樣品。分析氣化水煤漿的控制指標，主要有固含量、旋轉粘度、靜態穩定性、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行測定，測試溫度105 ℃，測試樣品質量2～3 g， 當水分測定儀的讀數顯示恒重時即為水煤漿的固含量。

1.3.2 水煤漿旋轉粘度的測定 使用電動旋轉粘度計，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,計算剪切速率100 s-1時的表觀粘度平均數，即為水煤漿的旋轉粘度。

1.3.3 水煤漿穩定性評價 水煤漿穩定性從靜態穩定性和析水率兩方面分析測定。

水煤漿靜態穩定性通過“落棒法”進行評價。室溫條件下將水煤漿倒入量筒中，管內漿體高度大于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。

析水率評價是指將水煤漿在量筒中密閉放置一定時間，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行測定。

1.3.5 水煤漿pH測定 參考GB/T 18856.14實驗方法進行測定。

2 結果與討論

根據煤化工現場的生產實際和廢水量，設定變換冷凝液、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‰，研究廢水加入量對制漿效果的影響。檢測氣化水煤漿要求的各項技術指標，結果見表3和表4。

表3 水煤漿的各項性能指標Table 3 The performance indexes of coal water slurry

表4 水煤漿的粒度分析數據Table 4 Coal water slurry particle size analysis data

由表3和表4可知，當水煤漿添加劑SWF-1用量為1.6‰時，使用魏強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,水煤漿各粒度區間的分布均符合工藝技術要求。

由表3可知，隨著廢水占比的增加，水煤漿固含量呈現先增大后緩慢減小的趨勢，而旋轉粘度表現為逐漸增加的過程。分析認為，廢水加入量較小時，對成漿性能影響不大，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，廢水中的污染物質如氨氮、堿、油及COD等，則對制漿產生的影響趨勢越發明顯[6]，水煤漿固含量降低、旋轉粘度增大，超過900 mPa·s時，水煤漿流動性變差。水煤漿24 h穿透率均較高,72 h析水率均≤6.4%，波動范圍較小，水煤漿穩定性好。結合本研究的實驗結果和氣化工藝對水煤漿性能指標的要求，建議制漿水中廢水與新鮮水的最優摻配比為7∶3。

3 結論

(1)成漿性能實驗表明，摻配煤化工廢水可制備出水煤漿，技術路線可行。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，水煤漿的各項指標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，該技術路線不僅降低了廢水處理量,減輕了處理成本，同時開辟了廢水資源化利用的新途徑，實現了煤化工廢水變廢為寶，對實際生產具有指導意義。