大武口洗煤廠絮凝劑處理煤泥水的效果研究

李昱昉+郭焱

作者簡介：李昱昉（1989—），男，寧夏中衛人,西安交通大學能源與動力工程學院環境工程系碩士研究生。中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05018002

1研究背景

一直以來煤炭都是我國最主要的能源,占我國一次能源超過70%。煤炭在支撐我國經濟的快速發展的同時,也給我國環境造成了不可估量的破壞。為了實現經濟和環境的共同發展,對煤泥水進行回用具有重要的意義。

濕法選煤需要大量的水。比如跳汰選煤,每入選1t原煤需要大概3~5m3的循環水。水的來源除了循環水,還需要添加一部分中途消耗的水,以保持閉路循環系統的水平衡。這些水經過洗選的過程就會攜帶大量的顆粒,包括煤粉顆粒和雜質。對于含有大量粒徑不大于1mm的洗選后的水則稱之為煤泥水。

按照煤泥水處理的難易程度一般分為兩種。一種是由煤質比較好的原煤洗選過后產生的煤泥水,這種煤泥水濃度比較低,含有的煤泥顆粒也比較大,是比較容易處理的煤泥水。另外的一種是屬于品質比較差的煤洗選后所產生的煤泥水,這類煤泥水含有雜質多,帶有大量電荷,濃度很高,煤泥顆粒小且粒徑分布不均,整體形成一種相對比較穩定的膠體體系,比較難處理。而寧夏大武口洗煤廠的煤是屬于煤齡較低的煤,煤化程度低,含泥高,洗選后形成的煤泥水處于難處理煤泥水。

2實驗水樣

本實驗水樣為使用大武口洗煤廠的煤自行配置。配置方案如下:按照100mL自來水投加90g煤粉比例,將煤粉和水加入燒杯,攪拌器攪拌25min,轉速為500r/min。

2.1煤泥水基本特征

由表1可見煤泥水的懸浮物濃度較大,濁度也較高,不容易處理。

表1煤泥水基本特征分析表

項目SS/(g?L)濁度/NTUpH值容重結果90269507.561.03

2.2煤泥水沉降曲線

由表1和圖1可知,開始的時候煤泥水渾液面下降較快,當超過15min時沉降速度減慢,當達到30min時,沉降進入臨界狀態,煤泥水渾液面開始緩慢沉降,直到穩定。

圖1為煤泥水渾液面自然沉降曲線

3實驗方法

投加絮凝劑是我國處理煤泥水最常用的方法,大武口洗煤廠采取的絮凝劑一般為聚丙烯酰胺,主要有陰離子型、陽離子型和非離子型3種類型。聚丙烯酰胺之所以能夠用作絮凝劑,是因為其有很長的分子鏈,在上面有大量的活性基團可以吸附懸浮液中的顆粒,同時也有架橋作用。本文考察3個變量對絮凝效果的影響,分別是投藥量、投藥濃度和相對分子量。

3.1投藥量對絮凝效果的影響

分別在100mL煤泥水中加入不同量的300萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑溶液,溶液濃度為05%,并快速攪拌后轉入100mL量筒中觀察煤泥水渾液面的沉降速度,取上清液測濁度。煤泥水渾液面下降距離用坐標紙貼在量筒上作為坐標,在倒入煤泥水后立即計時,算出煤泥水渾液面的沉降速度。

從圖2和圖3分析得出以下幾個結論。隨著投藥量增加,煤泥水渾液面沉降速度增大,但是當投藥量增加到一定值后,速度的增加變慢,及投藥量對煤泥水沉降速度增加的作用降低。投藥量從低到高增加時,上清液濁度隨著投藥量增加而下降,但是當投藥量繼續增加時,上清液的濁度下降不明顯甚至開始上升。

圖2投藥量與沉降速度關系

圖3投藥量與濁度關系

基于以上實驗數據,投藥量應當處于一個合適的值,過高或過低都會產生浪費,也會對絮凝效果產生影響。投藥量的合適值應當在1~1.5mL。

3.2分子量對絮凝效果的影響

用分子量為300萬的聚丙烯酰胺,分別配置質量濃度為01%、02%、05%、1%、2%的絮凝劑溶液。并投加與煤泥水中,記錄實驗現象,測定出水濁度。

由圖4和圖5可知,隨著投加當濃度較低時,隨著投加濃度的增加,煤泥水渾液面沉降速度增大,出水效果變好;當濃度過高時,沉降速度和出水效果隨著濃度增加而降低。因為當濃度較低時,隨著濃度上升,可以和懸浮顆粒結合的基團變多;當濃度過高,絮凝劑和煤泥水的結合反而減少。

當投加的絮凝劑總量相同時,低濃度的處理效果相當高濃度的好,因此選擇合適投加濃度為02%~05%。

圖4濃度和沉降速度的關系

圖5濃度和出水濁度的關系

3.3相對分子量對絮凝效果的影響

將不同分子量的聚丙烯酰胺配置成濃度0.5%的溶液,分別對100mL煤泥水進行絮凝實驗,記錄實驗現象,測定出水濁度（表2）。

表2分子量與絮凝效果的關系

分子量300萬600萬1200萬沉降速度/(mm/s)5.676.316.83濁度/NTU21.320.420.2

根據表2可知,高分子量的絮凝劑處理效果優于低分子量絮凝劑。

4實驗結果

根據實驗數據,陰離子聚丙烯酰胺的絮凝效果對大武口洗煤廠的煤泥水效果最佳,當選用質量濃度為05%絮凝劑投加量以12mL/L的陰離子聚丙烯酰胺時。能夠對煤泥水具有很好的處理效果,滿足洗水回用標準。2014年5月Journal of Green Science and Technology第5期滕麗：本溪市城鎮集中式飲用水源保護區主要環境問題及保護措施環境與安全

本溪市城鎮集中式飲用水源保護區主要環境問題

及保護措施

滕麗

（遼寧省本溪市環境監測中心站,遼寧 本溪 117021）

摘要：對本溪市城鎮集中式飲用水源進行了調查評估及保護區劃分,指出了由于環境監管不力,保護區內存在點源、面源污染,威脅水源安全的環境問題,針對性地提出了在保護區采取隔離防護、點源清理、非點源防治、水源涵養和生態修復等保護措施。

關鍵詞：集中式飲用水源保護區;環境問題;保護措施

收稿日期：20140328

作者簡介：滕麗（1965—），女，遼寧本溪人,高級工程師,主要從事環境監測工作。中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05018203

1引言

近幾年,由于水源地污染而引起的社會問題相當突出,飲用水水源保護問題已成為關系國計民生的重大問題。因此,黨中央、國務院明確提出了“要科學劃定和調整飲用水水源保護區,切實加強飲用水水源保護,建設好城市備用水源,解決好農村飲水安全問題。堅決取締水源保護區內的直接排污口,嚴防養殖業污染水源,禁止有毒有害物質進入飲用水水源保護區,強化水污染事故的預防和應急處理,確保群眾飲水安全”。

本溪市處于遼河支流太子河的上游,其渾江水庫又是遼寧省最大水源的調蓄水源,飲用水源的保護尤為重要。開展水源污染現狀調查,發現水源保護區潛在風險,及時采取有效的保護措施,才可能保證飲用水源的水質不受污染。這對地方經濟的可持續發展以及確保百姓飲用水安全都具有重要的現實意義。

2水源地基本情況調查

2.1水源地類型

本次調查范圍為本溪地區縣級以上政府所在地,取水能力在1萬m3以上的5個集中式飲用水源地。目前,現用水源有4個,備用水源1個。水源地類型主要為河流型、湖庫型水源地［1］,本溪市集中飲用水水源地基本情況見表1。

表1本溪市集中式飲用水水源地基本情況

水源地名稱所在河流水源地

類型服務人口

/萬人設計取水量

/(萬t/d)實際取水量

/(萬t/d)老官砬子水源太子河河流型78.93515.78本溪縣小市鎮太子河水源太子河河流型733南芬區水源細河河流型5.521.5桓仁水庫水源渾江湖庫型6.563觀音閣水庫水源太子河湖庫型70備用水源

2.2水源地水質狀況

河流型飲用水水源地水質標準執行國家《地表水環境質量標準》(GB3838-2002),水質達標與否以Ⅲ類地表水標準值為限值,采用單因子評價法。湖庫型水源地采用綜合營養狀態指數法評價富營養化程度。

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2012年河流型水源年均值均達Ⅲ類標準,但南芬水源偶有超標現象,糞大腸菌群是河流型水源的主要污染物;觀音閣水庫、桓仁水庫水源綜合營養狀態指數分別為33.12、43.13,介于30~50之間,均屬中營養狀態,總氮、總磷是湖庫型水源的主要污染物［2］。

2.3水源保護區劃分現狀

本溪市水源保護區劃分［1,3］結果見表2。

表2本溪市飲用水水源保護區劃分匯總

序號水源地名稱水源地

類型所在

流域保護區面積/km2一級保護區二級保護區準保護區1老官砬子水源河流型太子河7.015247.8582南芬新水源河流型細河0.1655.0093本溪縣小市鎮太子

河水源河流型太子河0.3364桓仁水庫水源水庫型渾江110.6308.41656.95觀音閣水庫水源水庫型太子河58.1228.292818.96

3水源保護區主要環境問題

3.1水源監管不力造成保護區存在環境安全隱患

3.1.1水源一級保護區缺少物理隔離防護

多數水源一級保護區邊界未設立明確的地理界標和明顯的警示標志。老官砬子水源地取水口在右岸,但左岸是開放的,一級保護區內有農村居民從事農業種植和畜禽養殖等活動,有漫水橋,人、畜、車可通過。桓仁水庫飲用水源一級保護區內有網箱養殖;建有桓龍湖碼頭,船舶可以到達;庫區有萬樂島,對游客開放;水庫周邊小型餐飲點給水庫帶來污染。小市鎮太子河水源地取水口在觀音閣水庫壩下河中央,河兩岸有護堤,但人、畜可到達。南芬區水源地其周邊環境為開放式,鐵路和高速公路跨越水源保護區,距離公路較近,人畜易到,存在著環境安全隱患。

3.1.2水源保護區內污染源對水源構成威脅

四個用飲用水水源二級保護區內均有農村居民從事農業種植和畜禽養殖。老官砬子水源和桓仁水庫水源二級保護區內還有企業和城鎮居民的點源污染,直接威脅飲用水源安全。目前老官砬子水源二級保護區面積過大,內建有小市污水處理廠,也是保護區內的排污口,對飲用水源安全構成潛在威脅。

3.2鄉村工業和旅游業發展產生了點源污染

近年來,由于資源的需求,本溪市許多原材料加工業轉向鄉村,致使飲用水水源地保護區周圍出現許多選礦業和金屬加工業。桓仁水庫上游遼寧界內有37家排污企業,主要為選礦業、金屬加工業和餐飲業,年排污水量68萬t。多數選礦行業由于選礦工藝要求,在生產過程中,需要加入浮選油、硫酸銅、硫酸鋅等多種化學藥劑。選礦污水采用濃縮池、沉淀池、尾礦庫簡易處理,殘留在水中大部分藥劑沒有得到有效處理,沒有進行雨、污分流,只是部分選礦污水得到回用,大部分污水超標排放,通過水庫支流匯入桓仁水庫,是造成水庫污染的主要原因之一。旅游餐飲業的廢水多數未經處理直排入庫。

3.3水源保護區內居住人口給水源帶來了壓力

老官砬子一級保護區內有1100人,二級保護區城鎮和農村人口合計達到10萬余人,生活污水年排放總量達700萬t以上;桓仁水庫水源二級保護區內有農業人口1.5萬人,生活污水年排放總量為28萬t。農村污水排水設施建設與運營無可靠的資金來源,缺少污水處理系統。

3.4不合理的生產模式產生了面源污染

由于追求“高投入、高產出”的生產模式,農民在農田中施入大量化肥,一方面造成土壤肥力過剩,有機氮、無機氮比例失調,氮素轉化率低,雨期大量肥力流失,給水體造成污染。而且農藥的大量使用對土壤和水體造成污染,致使物種多樣性減少,造成生態平衡失調。

近年來,為增加農村經濟收入,農村畜禽養殖迅速發展,產生的大量污染物沒有得到有效的處理,對水體產生污染。使畜禽養殖成為另一主要污染物來源。4個飲用水水源二級保護區內均有農村居民從事農業種植和畜禽養殖。

3.5固體廢物無法得到有效處置

各飲用水水源地保護區內存在生活垃圾隨地亂倒、收集不到位和垃圾臨時堆放點不合理的現象。生活垃圾、農業生產秸桿等廢棄物產生大量污染物隨徑流進入水體,對水體產生直接影響,污染水源地水質。

3.6礦山開采造成了生態破壞和水土流失

本溪市飲用水水源地保護區周邊礦業的發展對保護區的生態環境造成了較大的破壞。礦山的開采在很大程度上改變了礦山原有的環境,耗費過量的土地。開采后破壞的土地,既喪失了原有的自然生態系統又難以直接成為進一步服務于社會的經濟用地。礦山廢棄物堆置場所是周圍環境的污染源,廢石堆在長期氧化、風蝕、溶淋的過程中,使各種有毒有害物質隨水轉入地下、地表水體和農田、土壤,造成水體長期不斷的污染,同時又占用大量的土地面積。礦山的開采還會造成水土流失,桓仁水庫目前水土流失4784hm2。水土流失在造成土地資源的破壞和農業生產條件惡化的同時,對水環境產生了影響,造成了生態失衡,其引發的環境問題已對可持續發展和人民群眾的生產生活帶來了嚴重危害。

4水源保護措施

4.1切實加強保護區的監督管理

嚴格按照地表水源保護區的管理規定執行,對水源一級保護區盡可能采取封閉措施,設置界標、警示牌和宣傳牌。特別是對一級保護區內與供水設施無關的設施要盡快取締、搬遷和拆除,以解決水源安全隱患問題。對近期不能拆除的公路、鐵路、橋梁等要設置警示牌,嚴禁運載有毒有害危險品的車輛通過。對水源安全造成侵害或構成威脅傾向的各類污染源,應采取堅決措施進行搬遷和治理。

4.2實施農村環境連片整治,減輕水源壓力

搬遷水源一級保護區內的人口。在二級、準保護區內人口集中地建設小型分散式污水處理廠,收集處理農村生活污水;在保護區內村莊建設小型垃圾處理場或周邊村莊中設置集中垃圾中轉站,集中堆放和處理農村生活垃圾。

4.3限制超坡度耕種,強化水源涵養林的保護

采取減少徑流產生的保護性耕作措施,嚴格控制≥25°坡度耕種;退耕還林,尋找最佳防止面源污染的樹種,使低矮丘陵的裸露土壤得到覆蓋;依法保護好觀音閣水庫、桓仁水庫上游的水源涵養林,做好水源涵養生態建設。

4.4采取有效措施,防止畜禽養殖有機污染

一是發展生態型規模化畜牧養殖業。保護區內分散零星的粗放飼養,要向規模化、集約化、標準化、生態型養殖轉變,使畜牧養殖產生的非點源污染變為點源加以控制。二是合理布局,科學規劃,對大型畜禽養殖場開展環境影響評價,執行“三同時”制度,使其盡可能遠離飲用水源、河流。三是采用先進工藝,增設污染處理設施,對現有畜禽養殖場的糞便進行處理和綜合利用。要大力推廣畜禽糞便厭氧發酵和商品有機肥生產等成熟的技術,建立大中型能源環境示范工程。制定并落實禽畜糞便處理利用政策。

4.5開展化肥、農藥施用研究,減少農田徑流污染

淹沒地化肥和農藥的使用要嚴格禁止,水田的農藥和化肥的使用要嚴格控制,施肥方法要求采用施底肥的方法,防止肥料隨著水流流失,坡耕地施肥要以底肥為主,施肥季節要在雨季之前,流失嚴重的土地要使用農家肥和有機肥,發展有機食品。嚴禁使用高毒和難降解的農藥。

4.6控制含磷洗衣粉的使用

嚴禁有磷洗衣粉的使用和銷售,對集市上的洗衣粉品種進行調查和整頓,鼓勵不含磷洗衣粉下鄉銷售。

4.7規范桓仁水庫流域礦產資源開發行為

桓仁水庫流域小礦山的綜合整治以選礦為主,主要分布在入庫支流上。要做到選礦污水得到全部回用,否則應予以關閉。做好礦山廢棄地的生態修復。2014年5月Journal of Green Science and Technology第5期李博偉,等：離子交換樹脂法去除PIA廢水中Co2+、Mn2+的研究環境與安全

離子交換樹脂法去除PIA廢水中Co2+、Mn2+的研究

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李博偉1,酈和生1,徐月欣2

（1.中國石油化工股份有限公司北京北化院 燕山分院,北京 102500;2.北京友田之光科技有限公司,

北京 100085）

摘要：研究了D001、D113、116三種離子交換樹脂法去除精間苯二甲酸(PIA)廢水中的Co2+、Mn2+時的交換性能和再生性能,結果表明:三種樹脂均可有效去除廢水中的Co2+、Mn2+,相同體積的濕樹脂交換Co2+、Mn2+總量大小為D113>116>D001,再生后交換性能可恢復。

關鍵詞：離子交換樹脂;PIA廢水;Co2+;Mn2+

中圖分類號：X52文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05018403

1引言

精間苯二甲酸(PIA)是一種重要的石油化工中間產物,其生產過程會產生含有鈷錳催化劑的有機廢水,主要成分有間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、對甲基苯甲酸、間甲基苯甲酸、醋酸甲酯、醋酸以及Co2+、Mn2+等［1］,廢水顯酸性,pH值在2~4之間,溫度一般高于45℃［2］,在實際生產中出于成本核算及現場處理條件的考慮,廢水處理方式通常為調節pH值至中性后與其它污水直接混合排入污水處理廠處理。該方案雖然簡單,運行成本低,但Co2+、Mn2+去除不徹底。隨著國家節水減排政策的出臺,許多企業開展了污水回用工程,雙膜法（超濾-反滲透）為經常采用的方法,Co2+、Mn2+會在膜表面生成難溶化合物從而嚴重影響反滲透膜處理段的制水周期,因此必須對進水中的Co2+、Mn2+進行嚴格的控制。本文采用離子交換樹脂法對PIA生產裝置有機廢水中的Co2+、Mn2+去除進行了研究。2實驗部分

2.1實驗用水

某石化PIA裝置廢水,在調節池經NaOH調節后出水pH值保持在7~8之間,溫度降為30~40℃,COD含量2000~5000mg/L,Co2+ 為15~20mg/L,Mn2+ 為10~15mg/L。

2.2實驗材料和設備

D001樹脂(大孔強酸性苯乙烯系離子交換樹脂),D113樹脂(大孔弱酸性丙烯酸系離子交換樹脂),116樹脂(弱酸性丙烯酸系離子交換樹脂),江蘇蘇青樹脂有限公司；

玻璃離子交換柱,PHS-3C型精密pH值計(上海精密科學儀器有限公司),COD測定裝置,X射線熒光光譜分析儀(XRF),電感耦合等離子體原子發射光譜儀(ICP-AES),蠕動泵BT100-1L (保定蘭格恒流泵有

收稿日期：20140305

作者簡介：李博偉（1982—），男，黑龍江齊齊哈爾人,工程師,主要從事污水及工業水處理領域的相關工作。

參考文獻：

［1］ 本溪市環保局.本溪市集中式飲用水源保護區劃分技術報告［R］.本溪:本溪市環保局,2012.

［2］ 本溪市環境監測中心站.本溪市環境質量報告書［R］.本溪:本溪市環境監測中心站,2012.

［3］ 遼寧省人民政府.

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