原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的保水性能研究?

張 雷劉日鑫張錦洲劉繼義曹廣安焦險峰5

（1.徐州工業職業技術學院，江蘇省徐州市，221140；2.常州工程職業技術學院，江蘇省常州市，213164；3.長江大學，湖北省荊州市，434023；4.江蘇晉煤恒盛化工有限公司，江蘇省徐州市，221400；5.中國礦業大學，江蘇省徐州市，221116）

★節能與環保★

原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的保水性能研究?

張 雷1，4劉日鑫2張錦洲3劉繼義4曹廣安4焦險峰5

（1.徐州工業職業技術學院，江蘇省徐州市，221140；2.常州工程職業技術學院，江蘇省常州市，213164；3.長江大學，湖北省荊州市，434023；4.江蘇晉煤恒盛化工有限公司，江蘇省徐州市，221400；5.中國礦業大學，江蘇省徐州市，221116）

為加強原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的資源化利用，減少其對環境的污染，模擬在不同溫度、不同風速和不同堆積厚度環境下，對三種漿體的保水率進行對比實驗。結果表明，隨著溫度的升高，三種漿體的保水性均下降，原生煤泥保水率隨堆積厚度增加而增高的趨勢比造氣濕煤灰和生活污泥要小，生活污泥保水率的變化與造氣濕煤灰相近；生活污泥保水率隨風速增大下降的程度比造氣濕煤灰大，而造氣濕煤灰保水率下降的幅度比原生煤泥大。

造氣濕煤灰 原生煤泥 生活污泥 保水性

原生煤泥是煤炭洗選加工中的廢棄物，造氣濕煤灰為煤化工行業在造氣過程中產生的廢渣，城市生活污泥是城市污水處理過程中的廢棄物，以上三種廢棄物每年產生量巨大，對環境造成嚴重污染，分析原生煤泥、造氣濕煤灰和城市生活污泥三種漿體在不同環境下的保水性能變化情況，為其在管道輸送工程中的模擬研究提供可靠參數。

1　原材料及實驗方案

1.1 原材料

原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的樣品均來自于徐州某煤化工企業。在每個采樣點上，按層垂直向下切取漿體樣品，且在每個點上所取的漿體量相等，采樣完畢后裝袋保存，每種漿體采集樣品3袋。

1.2 實驗設計

1.2.1 人工環境模擬設計

實驗采用人工形成不同光照、風速和堆積厚度的環境箱，測試在不同模擬條件下各種泥漿的保水率和含水率，如圖1所示。溫度采用碘鎢燈的照射強度來控制環境箱體內部的溫度，照射溫度分別為23℃和35℃；風速通過調節風扇的轉速來提供不同的風速，風速用轉速代替，分別為200 rpm和400 rpm；漿體的堆積厚度為30 mm、40 mm和50 mm。

圖1　模擬環境變化的環境箱

1.2.2 保水率計算

不同條件下漿體的保水率計算公示為：

式中：R——漿體保水率，%；

W0——玻璃器皿的質量，g；

W1——漿體未失水時的初始質量（含玻璃器皿），g；

W2——漿體在不同時間失水后的質量（含玻璃器皿），g；

K——漿體含水率。

1.2.3 含水率測試方法

稱取100 g±10 g漿體試樣，置于干燥并已稱重的盤中，在（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，漿體含水率應按公式（2）計算：

式中：K——漿體含水率，%；

M1——烘干前漿體樣品的質量，g；

M2——烘干后漿體樣品的質量，g。

2　結果分析

2.1 環境對于原生煤泥保水性能的影響

圖2　溫度對原生煤泥保水性的影響

2.1.1 溫度對原生煤泥保水性的影響

如圖2所示，在不同照射溫度下，原生煤泥的保水性隨時間而出現下降現象。溫度為23℃，照射時間為1 h時，原生煤泥保水率為78.5%，35℃時原生煤泥保水率為14.0%。從下降幅度看，溫度為23℃時，下降平均百分比約為5%；溫度為35℃時，下降平均百分比約為29.5%，說明隨著環境溫度的升高，原生煤泥的保水性能明顯降低。

圖3　厚度對原生煤泥保水性的影響

2.1.2 堆積厚度對原生煤泥保水性能的影響

圖3為不同堆積厚度的原生煤泥在無風情況下，于35℃照射溫度時保水率隨時間的變化。堆積厚度對原生煤泥的保水率存在顯著影響。厚度為50 mm的原生煤泥在溫度為35℃，照射l h后保水率仍可達到43.3%，而厚度為30 mm原生煤泥在同樣條件下的保水率僅為14%。照射1.5 h后，厚度為50 mm原生煤泥的保水率仍可達到13.9%，厚度為30 mm原生煤泥保水率已經小于10%，厚度為40 mm原生煤泥保水率在80 min時僅為0.6%，1.5 h已無法正常監測出保水性。由圖3可知，厚度為30 mm、40 mm和50 mm的原生煤泥保水率在不同堆積厚度下隨時間下降的平均百分比分別為29.5%、26.5%和20.5%，因此煤泥的堆積厚度越大，保水率隨時間損失越小。

2.1.3 風速對原生煤泥保水性能的影響

厚度為50 mm的原生煤泥在不同風速情況下，于35℃照射溫度時保水率隨時間的變化如圖4所示。原生煤泥保水率隨著風速的增大而降低，但風速的影響沒有溫度和厚度的影響顯著。風速為200 rpm，溫度為35℃時，照射30 min后的原生煤泥保水率約為18.4%，而在風速為400 rpm，溫度為35℃時，照射30 min后的保水率降至約16.1%。由圖4數據可知，保水率在風速為200 rpm和400 rpm時，下降的平均百分比分別為29.2%和31.0%，兩個數據非常相近，說明風速對原生煤泥的保水率影響不大。

圖4　風速對原生煤泥保水性能的影響

2.2 環境對于造氣濕煤灰保水性能的影響

2.2.1 溫度對造氣濕煤灰保水性能的影響

不同溫度下造氣濕煤灰的保水性與時間的關系曲線如圖5所示。

圖5　照射溫度對造氣濕煤灰保水性能的影響

不同照射溫度對造氣濕煤灰保水性能的影響非常明顯，溫度為23℃，照射時間為90 min時，造氣濕煤灰保水率依然高達68.3%。溫度為35℃，照射時間為60 min時，造氣濕煤灰保水率僅為12.2%。溫度為23℃和35℃時，保水率下降的平均百分比分別為4.4%和31.0%，可見照射溫度越高，造氣濕煤灰的保水率下降越大，該數據與原生煤泥相近。

2.2.2 厚度對造氣濕煤灰保水性能的影響

不同厚度下造氣濕煤灰的保水性隨時間的變化情況如圖圖6所示，其與原生煤泥的變化比較相似。照射時間為60 min，厚度為30 mm和50 mm時的造氣濕煤灰保水性能差別明顯，厚度為40 mm和50 mm的造氣濕煤灰保水性能差別不大。30 mm、40 mm和50 mm造氣濕煤灰保水率下降平均百分比分別為31.0%、16.3%和12.7%，下降速度比原生煤泥要大。

圖6　厚度對造氣濕煤灰保水性能的影響

2.2.3 風速對造氣濕煤灰保水性能的影響

不同風速下，造氣濕煤灰的保水率隨時間變化的曲線圖如圖7所示。

圖7　風速對造氣濕煤灰保水性能的影響

造氣濕煤灰在不同風速下，保水性能存在顯著的差別。風速為200 rpm，照射時間為50 min時，造氣濕煤灰保水率為13.5%，照射時間為55 min時造氣濕煤灰的保水率小于10%。風速為200 rpm 和400 rpm時，濕煤灰保水率下降的平均百分比分別為32.4%和43.0%。風速越高保水率下降越快，但兩者相差較小，說明風速對濕煤灰保水率的影響較小，但比原生煤泥影響要大，這主要是由于濕煤灰內部的濕度比空氣的濕度高很多，煤漿中的水分就會自發的向空氣中擴散，在有風的情況下，就會加速空氣流通，導致濕煤灰中的水分很快隨著時間的延長而散失，保水率下降。

2.3 環境對生活污泥保水性的影響

2.3.1 照射溫度對生活污泥保水性能的影響

圖8為生活污泥在不同的照射溫度下，保水率與時間的關系。溫度為23℃和35℃時，生活污泥保水率下降的平均百分比為4.0%和28.0%。照射溫度對于生活污泥保水率影響與對前兩種煤漿的影響規律相似，即隨著照射溫度的升高，泥漿的保水率的損失較大，原生煤泥在35℃時的保水率比23℃時降低了6倍，造氣濕煤灰和生活污泥都降低了約7倍。

圖8　照射溫度對生活污泥保水性能的影響

2.3.2 厚度對生活污泥保水性能的影響

圖9為生活污泥不同厚度的保水率變化曲線。厚度對于生活污泥保水性能的影響效果沒有溫度對保水性能的影響明顯，但生活污泥在30 mm厚度和50 mm厚度時的保水性能差異還是很明顯的。30 mm、40 mm和50 mm的生活污泥保水率下降平均百分比為28.0%、16.0%和11.8%。比較三種泥漿的平均下降比率，原生煤泥的保水率隨堆積厚度增加而增高的幅度比造氣濕煤灰和生活污泥要小，而生活污泥的變化與造氣濕煤灰相近，這可能是生活污泥顆粒粒徑分布及形態與造氣濕煤灰接近的緣故。

2.3.3 風速對生活污泥保水性能的影響

圖10為風速對生活污泥保水率影響曲線。風速對于生活污泥保水性能的影響明顯，風速為200 rpm，照射時間為60 min時，生活污泥的保水率為16.5%。風速為200 rpm和400 rpm時，生活污泥保水率下降平均百分比為18.6%和30.7%，風速越大，保水率下降的越大，比較以上數據可知，生活污泥保水率隨風速增大下降的幅度較造氣濕煤灰大，而造氣濕煤灰下降的幅度比原生煤泥大。

圖9　厚度對生活污泥保水性能的影響

圖10　風速對生活污泥保水性能的影響

4　結論

（1）三種漿液的保水率都隨著照射溫度的升高，迅速降低；造氣濕煤灰和生活污泥的變化相近，都比原生煤泥降低速度要快。

（2）風速對原生煤泥的保水率影響較小，但對造氣濕煤灰和生活污泥的影響較為明顯。

（3）堆積厚度對保水率的影響，三種漿液的變化規律相似；原生煤泥的保水率隨堆積厚度增加而變化較小，生活污泥和造氣濕煤灰變化8較大。

［1］ 吳傳明，錢覺時，侯鵬坤等.濕排粉煤灰對混凝土性能的影響［J］.土木建筑與環境工程，2009（5）

［2］ 王婕，付曉恒，李珞銘等.煤泥分選超凈煤的藥劑研究［J］.中國煤炭，2016（1）

［3］ 趙學義，付建卓，崔玉江等.煤泥的流變特性實驗研究［J］.中國礦業大學學報，2006（1）

［4］ 杜欣，金宜英，張光明等.城市生活污泥燒結制陶粒的兩種工藝比較研究［J］.環境工程學報，2007 （4）

（責任編輯 孫英浩）

Study on water retention capacity of primary slime，gas making wet coal slime and domestic sludge

Zhang Lei1，4，Liu Rixin2，Zhang Jinzhou3，Liu Jiyi4，Cao Guangan4，Jiao Xianfeng5
（1.Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou，Jiangsu 221140，China；2.Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou，Jiangsu 213164，China；3.Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China；4.Jiangsu Jinmei Hengsheng Chemicals Co.Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221400，China；5.China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

In order to strengthen resource utilization of primary slime，gas making wet coal slime and domestic sludge and reducing environmental pollution，the authors simulated different temperatures，different speeds of wind and different bulking thicknesses.The results shows that when the temperature increased，the water retention capacity of the three slurries all decreased，the tendency of primary slimewater-retention rateincreased by bulking thickness increasing was less than gas making wet coal slime and domestic sludge＇s；the decreasing of domestic sludgewater-retention rate by wind speed increasing was larger than gas making wet coal slime＇s，and the decreasing of gas making wet coal slimewater-retention rate was larger than primary slime＇s.

gas making wet coal slime，primary slime，domestic sludge，water retention capacity

TD997.7

A

江蘇省科技廳項目（BY2014034），徐州市科技局項目（XM13B015）

張雷（1972-），男，江蘇徐州人，副教授，博士，主要從事固體廢棄物資源化研究。