煤化工废水制备水煤浆的应用研究

姚彬 ，王新 ，张玉荣，雷珂

(1.陕西化工研究院有限公司，陕西 西安 710054；2.陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西 西安 710054)

煤化工生产环节中产生各种工艺废水，包括细渣过滤液、变换冷凝液、低温甲醇洗废水、MTO废水、废碱液、火炬冷凝液等，主要污染物有氨氮、酚、氰、硫化氢、酸碱、重金属等，COD含量高、降解难度大、可生化性差，被认为是最难处理的工业废水之一[1]。

煤化工废水的处理工艺主要分为预处理、生化处理及深度处理[2-3]。整套处理工艺流程长,处理难度大,且成本高。从资源利用的角度出发，本文考虑将煤化工废水替代部分制浆水，用于制备水煤浆[4-5]，以期实现煤化工废水的资源化利用，为工业化应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

水煤浆添加剂SWF-1；新鲜水；变换冷凝液、低温甲醇洗废水、MTO废水、火炬冷凝液的水质分析见表1；魏强煤，煤质分析见表2。

表1 废水水质分析 Table 1 The analysis of wastewater quality

XPC-60×100破碎机；XLBE-GJ-1研磨制样机；ZBSX-92A标准振筛机；JB500D电动搅拌器；MA35型快速水分测试仪；ZNN-D6电动旋转粘度计；BT-2002型激光粒度分布仪。

表2 煤质分析数据 Table 2 The analysis data of coal quality

1.2 实验方法

利用破碎机将全部煤粉碎至小颗粒，取部分煤，利用研磨制样机将其研磨至更小颗粒，使用标准振筛机过20,40,120,200,325目筛，将所有煤粉充分筛分至不同目数级别后备用。

将不同目数级别的煤粉按一定比例混合后倒入烧杯中，加入混合好的制浆水，随后加入水煤浆添加剂SWF-1，用电动搅拌机充分搅拌剪切20 min，使浆体充分混捏、熟化，制得水煤浆样品。分析气化水煤浆的控制指标，主要有固含量、旋转粘度、静态稳定性、析水率、pH值和粒度分布。

1.3 分析检测

1.3.1 水煤浆固含量的测定 使用快速水分测定仪进行测定，测试温度105 ℃，测试样品质量2～3 g， 当水分测定仪的读数显示恒重时即为水煤浆的固含量。

1.3.2 水煤浆旋转粘度的测定 使用电动旋转粘度计，测试温度25 ℃,在剪切速率逐渐从0 s-1上升到100 s-1再下降到0 s-1时,计算剪切速率100 s-1时的表观粘度平均数，即为水煤浆的旋转粘度。

1.3.3 水煤浆稳定性评价 水煤浆稳定性从静态稳定性和析水率两方面分析测定。

水煤浆静态稳定性通过“落棒法”进行评价。室温条件下将水煤浆倒入量筒中，管内浆体高度大于20 cm，24 h后将直径5 mm的玻璃棒从浆体表面处自然落下，直至玻璃棒不再下降，触到硬沉淀为止。玻璃棒在水煤浆中移动的距离与能插入浆体的最大距离之比即为穿透率。

析水率评价是指将水煤浆在量筒中密闭放置一定时间，水煤浆中析出的水量与水煤浆总体积之比即为析水率。

1.3.4 水煤浆粒度测定 使用水煤浆专用粒度分布仪进行测定。

1.3.5 水煤浆pH测定 参考GB/T 18856.14实验方法进行测定。

2 结果与讨论

根据煤化工现场的生产实际和废水量，设定变换冷凝液、低温甲醇洗废水、MTO废水与火炬冷凝液的掺配比例为3∶2∶1∶1，再将掺配好的上述废水与新鲜水以不同的比例混合作为制浆水。使用魏强煤样掺配制浆水共同制备水煤浆，水煤浆添加剂SWF-1的用量为1.6‰，研究废水加入量对制浆效果的影响。检测气化水煤浆要求的各项技术指标，结果见表3和表4。

表3 水煤浆的各项性能指标Table 3 The performance indexes of coal water slurry

表4 水煤浆的粒度分析数据Table 4 Coal water slurry particle size analysis data

由表3和表4可知，当水煤浆添加剂SWF-1用量为1.6‰时，使用魏强煤掺配不同配比的废水均可制备出固含量为60%～61%的水煤浆，水煤浆旋转粘度为721.4～1 184.6 mPa·s，24 h穿透率为96.1%～98.0%，72 h析水率≤6.4%，pH在8.1～8.4之间,水煤浆各粒度区间的分布均符合工艺技术要求。

由表3可知，随着废水占比的增加，水煤浆固含量呈现先增大后缓慢减小的趋势，而旋转粘度表现为逐渐增加的过程。分析认为，废水加入量较小时，对成浆性能影响不大，随着废水加入量增加，尤其是废水占制浆总水量的比例大于70%时，废水中的污染物质如氨氮、碱、油及COD等，则对制浆产生的影响趋势越发明显[6]，水煤浆固含量降低、旋转粘度增大，超过900 mPa·s时，水煤浆流动性变差。水煤浆24 h穿透率均较高,72 h析水率均≤6.4%，波动范围较小，水煤浆稳定性好。结合本研究的实验结果和气化工艺对水煤浆性能指标的要求，建议制浆水中废水与新鲜水的最优掺配比为7∶3。

3 结论

(1)成浆性能实验表明，掺配煤化工废水可制备出水煤浆，技术路线可行。废水组成为变换冷凝液、低温甲醇洗废水、MTO废水与火炬冷凝液的掺配比例3∶2∶1∶1。制备出的水煤浆固含量60%～61%,旋转粘度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，水煤浆的各项指标均符合气化工艺要求。

(2)推荐新鲜水与废水的掺配比例为3∶7，制备的水煤浆固含量61.0%,旋转粘度784.7 mPa·s，24 h穿透率98.0%，72 h析水率6.1%，pH值8.1，水煤浆粒度分布合理。

(3)将不同工段的煤化工废水混合后，与新鲜水按一定比例掺配制备水煤浆，该技术路线不仅降低了废水处理量,减轻了处理成本，同时开辟了废水资源化利用的新途径，实现了煤化工废水变废为宝，对实际生产具有指导意义。