活性污泥摻混水煤漿的成漿性能實(shí)驗研究

第44卷第2期煤化工Vol 44 No. 22016年4月Coal Chemical IndustryApr.2016活性污泥摻混水煤漿的成漿性能實(shí)驗研究張宏科,孫少文,徐輝,張彥,姚雨,王海峰,孫得浩(萬(wàn)華化學(xué)(寧波)有限公司,浙江寧波315800)摘要將活性污泥(干基)以不同的比例與煤粉摻混,制備污泥水煤漿,研究污泥摻混量、添加劑用量、溫度以及剪切速率對污泥水煤漿成漿特性的影響,并對摻混活性污泥煤漿進(jìn)行流變特性和黏溫特性分析研究。結果表明:污泥摻混量增加時(shí),污泥水煤漿的最大成漿濃度有下降趨勢,添加劑用量可提高污泥摻混水煤漿的整體性能;漿體溫度在20℃-60℃時(shí),水煤漿表觀(guān)黏度降低,整體煤漿性能提升;摻混污泥水煤漿呈假塑性流體特征,污泥摻混量增大,漿體的假塑性特征變化并不明顯;污泥添加量1%以下時(shí)活性污泥加入對原煤黏溫特性無(wú)影響關(guān)鍵詞水煤漿,活性污泥,添加劑,摻混,成漿特性,流變特性,黏溫特性文章編號:10059598(2016)-02-0030-04中圖分類(lèi)號:1Q534.4文獻標識碼:A污泥是廢水處理后的終端產(chǎn)物,其成分復雜,含氣化以及燃燒,因此有必要對污泥摻混水煤漿的成漿有大量的揮發(fā)性固體、碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)及灰特性進(jìn)行研究。研究結果可為活性污泥處理及其他工分,還有各種有毒、有害、難降解的有機物、重金屬、病業(yè)應用提供實(shí)驗依據。原菌及寄生蟲(chóng)(卵)等,如不進(jìn)行合適處理,會(huì )對生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。目前常用的污泥處理方法有堆肥1實(shí)驗農用、衛生填埋、焚燒和高溫氣化將污泥直接和煤混合制備成污泥水煤漿,實(shí)現污11實(shí)驗材料泥與煤的共氣化,既能處理大量污泥,又能回收利用實(shí)驗煤種采用神華精煤,活性污泥取自萬(wàn)華工業(yè)污泥的熱量,節約原煤,還能有效地避免二次污染123。園區污水處理裝置,添加劑采用亞甲基萘磺鈉一苯乙李偉東等已進(jìn)行了有關(guān)研究,從燃燒性能來(lái)說(shuō),利烯磺酸鈉一馬來(lái)酸鈉(NDF)復配分散劑。實(shí)驗用煤和用污泥直接摻混水煤漿是可行的。污泥摻入對漿體燃污泥(干基)的工業(yè)分析和元素分析列于表1。由表1可燒的穩定性影響不大,在某些方面還優(yōu)于污泥和水煤見(jiàn),污泥的發(fā)熱量7.51MJ/kg,相對于神華煤來(lái)說(shuō)是漿的單一燃燒。另外,污泥水煤漿有較低的煤灰熔融很低的,污泥的灰分很高(達48.98%),固定碳含量很性溫度,因此可以延長(cháng)水煤漿氣化裝置中耐火材料的低(僅2.14%)。由此可知,單獨燃燒污泥非常困難,將壽命,保證成渣的性能,提高煤氣化運行經(jīng)濟性與安污泥與煤等燃料摻混燃燒,可對其熱量加以利用。全性。制備水煤漿時(shí),既要盡可能地提高漿體濃度,又1.2污泥水煤漿的制備要保證煤漿流動(dòng)性能較好,以便于其制備、管道輸送、實(shí)驗采用干法制漿技術(shù):根據每小時(shí)污泥產(chǎn)生量表1實(shí)驗用煤和污泥的工業(yè)分析及元素分析T業(yè)分析/%元素分析/%樣品MJ·kg2實(shí)驗用煤9.327.3432.6750.6712.170.970.41活性污泥5.4048.9843.482.147.5111.940.66l.912.11收稿日期:2015-12-26作者簡(jiǎn)介:張宏科(1970—),男,陜西扶風(fēng)教授級高工,碩士,992年本科畢業(yè)于南京化工學(xué)院化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)主要從事裝置工藝優(yōu)化工作,E-mail:hkzhang@whchem.coma2016年4月張宏科等:活性污泥摻混水煤漿的成漿性能實(shí)驗研究及造氣裝置每小時(shí)負荷,計算出最大污泥摻混量即污由表2可見(jiàn),隨著(zhù)污泥摻混量增加,污泥水煤漿的泥干基與煤粉的質(zhì)量之比為0.5%。按照相應配比,設計最大成漿濃度呈現下降趨勢,從67.1%降至6.3%這實(shí)驗,將污泥與煤粉混合,加入定量的去離子水及分散是由于污泥碳含量很低、孔隙率發(fā)達,這種表面結構劑,使用電動(dòng)攪拌器,混合攪拌,攪拌速率設定為1500具有很強吸附能力,隨著(zhù)污泥摻混量的增加,煤漿中r/min,攪拌時(shí)間為20min。停止攪拌后,將均勻漿體有更多的自由水被固定到污泥的絮狀結構中,引起表靜置5min,以釋放攪拌過(guò)程中帶入漿體內的空氣。觀(guān)黏度增加,因此,摻混污泥后,漿體黏度升高。從13成漿特性參數的測定表2可知,漿體最大成漿濃度范圍66.3%67.1%,都達污泥水煤漿表觀(guān)黏度和流變特性按照GB/T1856.4到GB/T18856.4-2002I級濃度要求(>66.0%),說(shuō)2002規定的方法,用NDJ-1型黏度計測定。將適加入適量活性污泥,對最大成漿濃度影響并不明顯量水煤漿樣品倒入測量容器中,(20±0.1)℃恒溫水2.1.2添加劑用量的影響浴,使剪切速率從0升至100s1,在剪切速率為100s1添加劑的用量對煤的成漿性影響很大,總的來(lái)時(shí),每隔30s,記錄1次實(shí)驗數據,共計10次,然后看,煤的成漿性隨添加劑的添加量增加而變好,添加將所有數據取平均值即為水煤漿的表觀(guān)黏度η量越大,成漿性越好,但并非越多越好,當添加量達到采用GB/T18856.2—2002規定的干燥法,進(jìn)行定時(shí),煤的成漿性變化很小圖。不同添加劑用量對水煤漿濃度測量。不同污泥摻混量下水煤漿性能影響列于表3。水煤漿流動(dòng)性采用目測法,根據其流動(dòng)性狀,分表3不同添加劑用量對不同污泥摻混量下水煤漿性能影響為A、B、C、D4個(gè)等級,每個(gè)等級的標準是:A不間斷(a)添加劑加入量/煤(干基)=3%流動(dòng);B間斷流動(dòng),呈稠流狀;C間斷流動(dòng),呈稀糊狀;D不流動(dòng)。/%煤漿質(zhì)量黏度流動(dòng)性穩定性析水率水煤漿穩定性的測定:用靜止析水法和落棒實(shí)驗分數/%/mPa·s1130B軟沉淀1.5來(lái)表征,即24h后測量試管中析出的水高占水煤漿0.11145B軟沉淀1.5總高的百分率,然后用直徑為4mm的圓頭玻璃棒輕1187B軟沉淀1.6輕插入試管中,若能直接到達底部,則表明無(wú)沉淀;若1221B軟沉淀1.7需輕輕撥動(dòng),才能到達底部,為軟沉淀;若用力也插不進(jìn),為硬沉淀(b)添加劑加入量/煤(干基)=4%煤漿質(zhì)量黏度析水率%流動(dòng)性穩定性2實(shí)驗結果及分析分數/%/mPa·s1020A軟沉淀1.32.1摻混污泥對水煤漿成漿特性的影響A軟沉淀1.32.1.1污泥摻混量的影響0.5651077A軟沉淀1.4污泥摻混量即污泥干基與煤粉的質(zhì)量之比,用1.01104軟沉淀1.5表示。實(shí)驗中分別取a為0、0.1%、0.5%和1.0%,研究(c添加劑加入量煤(干基)=5%污泥摻混量對污泥水煤漿最大成漿濃度的影響。污泥水煤漿的最大成漿濃度定義為剪切速率為100s表u/%煤漿質(zhì)量黏度析水率分數/%/mPas流動(dòng)性穩定性/%觀(guān)黏度達到1000mPa·s時(shí),污泥水煤漿所含固體的810A軟沉淀1.1質(zhì)量分數。不同污泥摻混量下污泥水煤漿的最大成漿0.1815A軟沉淀1.1濃度列于表20.5840A軟沉淀1.2表2不同污泥摻混量下水煤漿的最大成漿濃度80A軟沉淀1.4「污泥摻混量/%最大成漿煤漿質(zhì)量分數/偉從表3可以看出,隨著(zhù)添加劑用量增加,整體067煤漿性能越來(lái)越好,添加劑從3‰增至5‰,黏度從1130mPa·s-122lmPa·s降至810mPa·s-880mPa·s,0.566.7流動(dòng)性能從B變?yōu)锳。主要是由于添加劑對漿體的作1.066.3用是通過(guò)添加劑在煤粒表面的吸附,增加了煤粒表面煤化工2016年第2期的勢能,使得煤粒之間的靜電排斥力增加,從而增加(d)污泥摻混量c=1.0%了漿體的穩定性降低了體系表觀(guān)黏度。從表3中還水煤漿煤漿質(zhì)量添加劑表觀(guān)黏度流動(dòng)穩定析水可以看出,活性污泥摻混量即使增加到1.0%,對于煤溫度/℃分數/%用量/%/mPa·s性性率/%漿整體性能基本無(wú)影響。2.1.3溫度的影響3063.040.31105BB1.0不同溫度時(shí),不同活性污泥摻混量下,水煤漿整0.3AB1.1體性能情況列于表4。63.100.3811從表4可以看出,在不同活性污泥摻混量下,煤63.110.3AABB1.963.130.3695漿的性能都隨著(zhù)溫度的提高而變好,從20℃升至60℃時(shí),煤漿的黏度變小流動(dòng)性變優(yōu)但當溫度繼續提中的分子運動(dòng)加快,這樣更容易打開(kāi)煤粒之間的團聚升至70℃時(shí)煤漿穩定性急劇下降,由B降至C。主結構,使煤粒的分散更均勻。當漿體溫度高于60℃要有兩方面原因:水煤漿的溫度在20℃60℃,溫度后,吸附在煤表面的添加劑活性降低容易脫附離子升高,會(huì )增加添加劑活性更加有利于其在煤表面吸型的表面活性劑凝聚,在水煤漿中的表面活性劑量減附,分散降黏性能強;同時(shí)溫度的升高使煤粒在漿體少煤?；ハ鄨F聚,從而整體穩定性下降。表4溫度對不同污泥摻混量下水煤漿性能的影響2.2摻混污泥對水煤漿流變特性的影響(a)污泥摻混量o=0水煤漿的流變特性對于其工業(yè)應用非常重要,既水煤漿煤漿質(zhì)量添加劑表觀(guān)黏度流動(dòng)穩定析水關(guān)系到漿體的穩定性,又直接影響到泵送、霧化和燃溫度/℃分數/%用量%/mPas性性率/%」燒。理想的水煤漿流型呈假塑性并且具有一定的觸2063.010.31265BB0.5變性(。以亞甲基萘磺鈉一苯乙烯磺酸鈉一馬來(lái)酸3063.050.31022BB0.6鈉為分散劑加入到污泥摻混水煤漿中表現出的流變4063.030.3820AB0.7特性(表觀(guān)黏度與剪切速率的關(guān)系)見(jiàn)圖1。063.070.3770AB0.9從圖1可看出,隨著(zhù)剪切速率增加,煤漿表觀(guān)黏6063.I10.3AB1.5度呈現下降趨勢,不同污泥摻混量的漿體均表現出明63.150.3630BC2.8顯的“剪切變稀”,表現為假塑性流體特征。其原因在(b)污泥摻混量ω=0.1%于:煤漿中存在一定的自由水在攪拌成漿后,煤顆粒水煤漿煤漿質(zhì)量添加劑表觀(guān)黏度流動(dòng)穩定析水之間相互連接并形成“煤包水”的特征,隨剪切速率的溫度/℃分數/%用量/(%/mPas性性率/%增加,這種狀態(tài)被打破,自由水釋放,使漿體黏度降63.050.312588B0.5低m。從圖1還可以看出,污泥摻混量越大,表觀(guān)黏0.31011BB0.6度n隨剪切速率y變化的程度越大。當剪切速率從104063.030.3AB0.8s增加到100s·,污泥摻混量∞0.1%、0.5%及1%5063.070.3時(shí),表觀(guān)黏度均呈現下降趨勢;污泥摻混量ω=0.5%750AB1.6及1%時(shí),摻混污泥并不會(huì )改變原水煤漿的流變特性。7063.110.3650BC2.723摻混污泥對煤漿黏溫特性的影響(c)污泥摻混量a=0.5%原煤灰渣的黏溫特性直接決定氣化爐的操作溫水煤漿煤漿質(zhì)量添加劑表觀(guān)黏度流動(dòng)穩定析水度,并影響耐火磚的壽命排渣及灰水中固含量等,從溫度/℃分數/%用量/%/mPa·s性性率/%而影響到氣化爐裝置能否穩定運行。因此,依托華2063.030.31279B東理工大學(xué),考察了不同污泥摻混量的煤樣黏溫特性3063.050.31066BB0.9情況,原煤以及原煤與活性污泥不同摻混量下的灰渣4063.030.3876AB1.0黏溫特性見(jiàn)圖2。從圖2可以看出,1%以下的污泥添5063.090.3AB1.1加量時(shí),污泥摻混對原煤灰渣黏溫特性幾乎沒(méi)有影63.120.3760響。這也說(shuō)明了活性污泥適量的摻入煤漿燃燒,對氣7063.140.3690BC2.9化反應灰渣性能無(wú)影響。016年4月張宏科等:活性污泥摻混水煤漿的成漿性能實(shí)驗研究33350035002500夏2000150010001000020406010002040608010035003500(c)c=0.5%3000(d)o=1.0%252500自200100010000204080100一煤漿質(zhì)量分數62%—·一煤漿質(zhì)量分數63%—▲一煤漿質(zhì)量分數64%圖1不同活性污泥摻混下煤漿表觀(guān)黏度q與剪切速率γ的關(guān)系180[2]朱妙軍.污泥水煤漿的成漿、燃燒及燃燼特性研究[D]杭州:浙江大學(xué),2008[3]劉海峰,李偉峰,周晶武,等.一種高濃度污泥煤漿及90其制備方法:中國,200071.1[P.2007-02[4]李偉東,李明,李偉峰,等.改性污泥與無(wú)煙煤成漿性的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2009,37(1):26-301100115012001250130013501400[5] Larry AR, Antonio A P, Robert AA, et al. Alterna溫度/℃lel Comprised=0.5%ulate Solid Fuel: United States, 4405332 [P].1981圖2不同活性污泥摻混下原煤灰渣黏溫特性曲線(xiàn)3結論[6] David G B, Vincent M G. Slurry Fuel Comprised of aHeat Treated, Partially Dewatered Sludge with aParticulate Solid Fuel and Its Method of Manufac31在普通水煤漿中加入污泥時(shí),漿體表觀(guān)黏度增ture:United States, 4762527 [P]. 1986-12-16加。當污泥摻混量增加時(shí),污泥水煤漿的最大成漿濃[η王睿坤,劉建忠,胡亞軒,等,水煤漿摻混濕污泥對漿體度下降,但下降趨勢不明顯。成漿特性的影響[J].煤炭學(xué)報,2010,35(9):199-20432加入添加劑,可提高污泥摻混水煤漿的整體性[8]鄒立壯,朱書(shū)全,支獻華,等.不同水煤漿添加劑與煤能;適當升高溫度,有利于水煤漿表觀(guān)黏度的降低,提之間的相互作用規律研究一分散劑用量對水煤漿流高煤漿性能,然而過(guò)高的制漿溫度不利于制漿。變特性的影響(Ⅳ)[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,333、3不同污泥摻混量的水煤漿呈假塑性,摻混污泥(4):370-374并不會(huì )改變原水煤漿的流變特性。[9]但盼,邱學(xué)青,周明松.溫度及剪切時(shí)間對水煤漿表3.4活性污泥加入對原煤黏溫特性無(wú)影響,說(shuō)明了觀(guān)黏度及流變性影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008,36(6)活性污泥適量的摻煤漿燃燒對成渣性能無(wú)影響。103-1[10]趙衛東.低階煤水熱改性制漿的微觀(guān)機理及燃燒特參考文獻:性研究[D].杭州:浙江大學(xué),2009[11]李明,李偉東,李偉峰,等.污泥對神府煤灰熔點(diǎn)的[]房井新,汪文生,張仁鵬淺談城市污水廠(chǎng)污泥的處置影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2009,37(4):416-420[J].中國資源綜合利用,2009,27(3):28-29(下轉第46頁(yè))煤化工2016年第2期J].煤炭學(xué)報,2003,28(6):636-640.[7]邱學(xué)青,周明松,王衛星,等.聚苯乙烯磺酸鈉磺化度[4] Atesok G, Dincer H, Ozer M, et al. 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Datang International Chemical Technology Research Institute Co, Ltd, Beijing 100013, China)Abstract The paper introduces the process of coal water slurry preparation with lignite of Datang Hulunbuir ChemicalFertilizer Co, Ltd. and analyzes in detail the influence of temperature on the slurryability of lignite coal water slurry, i.etheeffect of temperature on the apparent viscosity and rheological property of coal water slurry and additive. The results show that,when the coal slurry temperature is controlled in the range of 40C to 70 C, the activity of the additive is high, the fluidity ofwater coal slurry is good, and the slurryability of lignite is good. Moreover, this paper also introduces control measures of coalwater slurry temperature in the actual production: adjusting the water temperature, increasing the temperature of the additiveand ensuring the temperature of the raw coal. The concentration of coal water slurry can be effectively improvKey words lignite, coal water slurry, temperature, additive, slurryability(上接第33頁(yè))Experimental Study of the Influence of Activated Sludge on the Slurryability of Coal Water SlurryZhang Hongke, Sun Shaowen, Xu Hui, Zhang Yan, Yao Yu, Wang Haifeng and Sun Dehao(Wanhua Chemical(Ningbo)Co., Ltd, Ningbo Zhejiang 315800, China)Abstract Mix the activated sludge(dry basis)and coal dust in different proportions to make sludge coal water slurry.Thispaper studies the influence of sludge dosage, additive dosage temperature and shear rate on the slurryability of coal water slurry(CWS), and analyzes the viscosity-temperature characteristic of the coal slurry blended with activated sludge. The results showthat the maximum slurry concentration of CWS decreases when the sludge dosage increases. The dosage of additive can improvethe overall performance of CWS. The apparent viscosity of CWS is dropped and overall slurry performance is improved when theslurry temperature is at 20C-60C. The rheological properties of CwS blended with sludge are pseudoplastic and thepseudoplasticity has no obvious change when sludge dosage increases. When the sludge dosage is less than 1%,theviscosity-temperature characteristic of raw coal has no obvious changeKey words coal water slurry(CWS), activated sludge, additive, mixing/blending, slurryability, rheological properties,scosity-temperature characteristi4·中以水出出8攜節能珍惜資源,減排愛(ài)護環(huán)境