正在加载图片...
.846 北京科技大学学报 第30卷 于稳定状态，这也是矿井水中悬浮物不能自然沉降 同时还能适当降低色度、硬度、细菌总数、硫酸盐等 的一个重要原因， 一般通过混凝实验来考察矿井水的混凝沉降特性， 2.2.2矿井水中悬浮物的润湿性 实际生产过程中的混合、反应、沉淀可以在烧杯中模 煤表面疏水性实质上是煤表面上的气体被水取 拟出现.由于不同煤种的表面特性不同，使得不同 代的难易程度，一般用接触角的大小来表示，煤表 煤种与混凝剂的亲和能力有很大的差别，本实验考 面为一非均相结构，其中无机物与有机物非常复杂 察了两种不同煤化阶段（褐煤、焦煤，分别进行了三 地结合在一起，共同影响着煤的润湿性，对几种典 组实验)的煤矿矿井水的混凝沉降特性：含焦煤矿井 型煤化阶段煤种的煤粉润湿接触角的统计结果分别 水原水浊度范围为152~160NTU,Ss含量为195~ 为：褐煤4061°，长焰煤60~63°，气煤65~72°，肥 230mgL;含褐煤矿井水原水浊度范围为148~ 煤71~75°，焦煤86~90°，无烟煤84~93°.可以看 163NTU,SS含量为180~210mgL1.两个水样 出：在褐煤阶段，由于表面极性官能团较多，因而对 悬浮物含量均很高，浊度和悬浮物含量相差不大，所 水的润湿性较好，接触角较小.随着煤阶的增高， 选药剂是常用的无机高分子混凝剂PAC和有机高 表面极性官能团的数量逐渐减少，芳香度增加，润湿 分子絮凝剂PAM.实验搅拌参数如下：先以 性下降，接触角逐渐变大，无烟煤的润湿性最差，煤 300rmin-1快速搅拌1min,再以150rmin-1中速 的表面结构是影响煤粉颗粒润湿性的内因，煤的润 搅拌1min,最后以50rmin1慢速搅拌l5min.搅 湿性主要取决于煤化阶段，一旦煤种确定，则润湿 拌结束后静置沉淀l5min取上清液测定浊度，实验 性主要取决于疏水的有机碳含量和亲水的灰分含 结果如图2和图3所示，从图2可知：PAC处理含 量，煤的润湿性直接影响混凝剂与矿井水中悬浮物 焦煤矿井水的最佳投药量范围为20~40mgL-1, 的亲和能力 达到的上清液浊度为0.8~1.0NTU;PAC处理含 2.3矿井水中悬浮物与混凝剂的亲和能力 褐煤矿井水的最佳投药量范围为4~6mgL,达 利用混凝剂可以有效去除矿井水中的悬浮物， 到的上清液浊度为0.2~0.9NTU,PAC对两种水 14 (a) (b) 州一焦煤1 12 “一褐煤 IN/ 4-焦煤2 -褐煤2 一焦煤3 煤3 6 10152025303540 23 50 PAC投药量mgL-月 PAC投药量(mgL) 图2PAC最佳投药量曲线 Fig.2 Curves of optimum dosage for PAC 42 上清液浊度为22NTU;PAM处理含褐煤矿井水的 37 最准投药量是1mgL-1,达到的上清液浊度为 ⊙一焦煤 合一褐煤 32 15.5NTU.PAM对两种水样均具有一定的处理效 27 果，加药后形成的矾花较大，但静置后上清液依然浑 22 浊，且固液分界面不清，处理效果不是很好 > 比较同种混凝剂对不同矿井水的处理效果可以 发现，不论是无机混凝剂还是有机混凝剂，在处理过 0 0.5 1.0 1.5 2.0 PAC投药量/(mgL) 程中对褐煤的亲和能力都比较强，而对焦煤的亲和 能力较弱，这与煤的表面特性有很密切的关系：低 图3PAM最佳投药量曲线 阶段煤的大分子芳香缩合环周边有较多活性基团 Fig-3 Curves of optimum dosage for PAM (主要为羧基、羟基等)，煤粒表面与水、混凝剂的亲 样均具有较好的处理效果，从图3可知：PAM处理 和能力强：随着煤化程度增高，活性基团逐渐减少， 含焦煤矿井水的最佳投药量是0.6mgL-1,达到的 无烟煤阶段芳香族稠环周围的侧链几乎消失，煤向于稳定状态这也是矿井水中悬浮物不能自然沉降 的一个重要原因． 2∙2∙2 矿井水中悬浮物的润湿性 煤表面疏水性实质上是煤表面上的气体被水取 代的难易程度一般用接触角的大小来表示．煤表 面为一非均相结构其中无机物与有机物非常复杂 地结合在一起共同影响着煤的润湿性．对几种典 型煤化阶段煤种的煤粉润湿接触角的统计结果分别 为：褐煤40～61°长焰煤60～63°气煤65～72°肥 煤71～75°焦煤86～90°无烟煤84～93°．可以看 出：在褐煤阶段由于表面极性官能团较多因而对 水的润湿性较好接触角较小．随着煤阶的增高 表面极性官能团的数量逐渐减少芳香度增加润湿 性下降接触角逐渐变大无烟煤的润湿性最差．煤 的表面结构是影响煤粉颗粒润湿性的内因煤的润 湿性主要取决于煤化阶段．一旦煤种确定则润湿 性主要取决于疏水的有机碳含量和亲水的灰分含 量．煤的润湿性直接影响混凝剂与矿井水中悬浮物 的亲和能力． 2∙3 矿井水中悬浮物与混凝剂的亲和能力 利用混凝剂可以有效去除矿井水中的悬浮物 同时还能适当降低色度、硬度、细菌总数、硫酸盐等． 一般通过混凝实验来考察矿井水的混凝沉降特性 实际生产过程中的混合、反应、沉淀可以在烧杯中模 拟出现．由于不同煤种的表面特性不同使得不同 煤种与混凝剂的亲和能力有很大的差别．本实验考 察了两种不同煤化阶段（褐煤、焦煤分别进行了三 组实验）的煤矿矿井水的混凝沉降特性：含焦煤矿井 水原水浊度范围为152～160NTUSS 含量为195～ 230mg·L —1 ；含褐煤矿井水原水浊度范围为148～ 163NTUSS 含量为180～210mg·L —1．两个水样 悬浮物含量均很高浊度和悬浮物含量相差不大所 选药剂是常用的无机高分子混凝剂 PAC 和有机高 分子 絮 凝 剂 PAM．实 验 搅 拌 参 数 如 下：先 以 300r·min —1快速搅拌1min再以150r·min —1中速 搅拌1min最后以50r·min —1慢速搅拌15min．搅 拌结束后静置沉淀15min 取上清液测定浊度实验 结果如图2和图3所示．从图2可知：PAC 处理含 焦煤矿井水的最佳投药量范围为20～40mg·L —1 达到的上清液浊度为0∙8～1∙0NTU；PAC 处理含 褐煤矿井水的最佳投药量范围为4～6mg·L —1达 到的上清液浊度为0∙2～0∙9NTU．PAC对两种水 图2 PAC 最佳投药量曲线 Fig．2 Curves of optimum dosage for PAC 图3 PAM 最佳投药量曲线 Fig．3 Curves of optimum dosage for PAM 样均具有较好的处理效果．从图3可知：PAM 处理 含焦煤矿井水的最佳投药量是0∙6mg·L —1达到的 上清液浊度为22NTU；PAM 处理含褐煤矿井水的 最佳投药量是1mg·L —1达到的上清液浊度为 15∙5NTU．PAM 对两种水样均具有一定的处理效 果加药后形成的矾花较大但静置后上清液依然浑 浊且固液分界面不清处理效果不是很好． 比较同种混凝剂对不同矿井水的处理效果可以 发现不论是无机混凝剂还是有机混凝剂在处理过 程中对褐煤的亲和能力都比较强而对焦煤的亲和 能力较弱．这与煤的表面特性有很密切的关系：低 阶段煤的大分子芳香缩合环周边有较多活性基团 （主要为羧基、羟基等）煤粒表面与水、混凝剂的亲 和能力强；随着煤化程度增高活性基团逐渐减少 无烟煤阶段芳香族稠环周围的侧链几乎消失煤向 ·846· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷