洗煤废水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合组成的一种多项体系。洗煤废水中包含有煤泥颗粒（粗煤泥颗粒0.5～1mm，细煤泥颗粒0～0.5mm），矿物质，粘土颗粒等。洗煤废水一般具有SS、CODcr、BOD5浓度高、ζ电位极负的特点，因此，煤泥水不仅具有悬浊液的性质，还往往带有胶体的性质；细煤泥颗粒、粘土颗粒等粒度非常小，不易静沉，这些性质决定了该类废水污染重、处理难度大。
过去选煤厂采用煤泥水直接排入煤泥沉淀池中进行沉淀处理，澄清水循环使用或外排。由于洗煤废水中的细煤泥颗粒、粘土颗粒很难静沉，煤泥颗粒在循环过程中不断细化，造成循环水SS浓度提高，影响甚至破坏选煤工艺。这时就不得不外排一部分高浓度洗煤废水或加入大量的清水进行稀释，从而造成洗水不平衡，无法实现清洗水的闭路循环，既造成环境污染又导致煤泥流失、资源浪费。
结团凝聚机理及原水水质
结团絮凝作为一种新型水处理技术，主要是通过提高絮凝体的密度实现固液的高速分离。结团凝聚工艺是以絮凝动力学为原理的一种水处理技术，此工艺通过控制物理化学条件、动力平衡条件使洗煤废水中的煤泥颗粒在实验装置中或在实际工艺的设备中形成结构紧密的结团絮体（Pellet Floc），从而达到高效去除悬浮物的目的。此工艺可省去预处理构筑物，处理后的水质可达到澄清要求，水力停留时间短，表面负荷高，处理效果好。
实验水样采用西安霸桥电厂从燃煤输送带飞落在通道地面的煤粉，经筛分，取400μm以下的细煤粒，用自来水充分浸泡，配制的浓度为10g/L，洗煤废水的pH值为8.86，ζ电位为-32.8mV，且煤泥颗粒粒度细小（30μm以下的煤粉占52%），无机碳含量大（占总碳量的90%）。
实验结果及分析
结团工艺有两个控制过程，一是理想的初始粒子的形成阶段，二是结团体的形成阶段，每一个阶段又由物理化学条件和动力学条件来控制。实验中通过控制PAC、PAM的投量，以及水流上升速度UW和搅拌转速n，得出结团凝聚发生的最佳条件。
①PAC的作用是通过压缩双电层使水中颗粒脱稳后发生凝聚，PAC投量要以满足形成理想的初始粒子的要求为前提，在实验条件为ρ(PAM)=1.1mg/L，ω=38r/min，UW=18.6cm/min的情况下，改变PAC投量、结团体的有效密度ρe、粒径dp、出水浊度SS的实验结果见表1。实验中得出PAC的适宜投量范围为1.78～3.00mg/L。
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表1PAC投量对结团凝聚的影响
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PAC投量/
(mg·L-1)
|
ρe/
(kg·m-3)
|
dp/
mm
|
SSt/
NTU
|
|
0.57
|
85.40
|
0.544
|
54.8
|
|
1.84
|
69.75
|
0.672
|
24.3
|
|
2.60
|
50.00
|
0.839
|
18.5
|
|
3.30
|
49.05
|
0.956
|
16.6
|
|
4.02
|
40.12
|
1.136
|
16.5
|
|
4.78
|
34.42
|
1.266
|
16.3
|
|
②PAM的主要作用是靠高分子的强烈作用，实现架桥凝聚，增大结团体的内部结合力，使之致密化，这样可以实现初始粒子在核絮体表面的逐个附着，在ρ(PAM)=2.6mg/L，N＝38r/min，UW=18.6cm/min的条件下，结团体的ρe、和的SSt随PAM投量变化的实验结果见表2。本实验条件下PAM适宜的投量为1.10～2.90mg/L。
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表2PAM投量对结团凝聚的影响
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PAM投量/
(mg·L-1)
|
ρe/
(kg·m-3)
|
dp/
mm
|
SSt/
NTU
|
|
0.84
|
40.32
|
0.890
|
52.0
|
|
1.10
|
42.86
|
1.046
|
27.1
|
|
1.78
|
48.25
|
1.175
|
26.4
|
|
2.39
|
53.14
|
1.139
|
22.5
|
|
2.90
|
62.74
|
1.034
|
20.6
|
|
.41
|
84.50
|
0.900
|
20.1
|
|
③增大上升流速UW，即增大水力负荷，提高了悬浮颗粒的去除效率，但增大上升流速UW，结团流化床中悬浮层体积浓度会降低，从而削弱了煤泥结团体的致密作用，使颗粒有效密度ρe降低。实际工程中，既要得到最大程度的上升流速，又要使结团体致密、有效密度大、出水浊度低，得出适宜的上升流速范围。在实验为ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，ω=38r/min的条件下，改变上升流速UW，分析指标ρe、dp、SSt的实验数据见表。本实验条件下，上升流速UW=50cm/min为宜。
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表3 UW对结团凝聚的影响
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UW/
(cm·min-1)
|
ρe/
(kg·m-3)
|
dp/
mm
|
SSt/
NTU
|
|
19.1
|
74.87
|
0.742
|
22.1
|
|
29.4
|
69.34
|
0.803
|
26.2
|
|
40.7
|
46.78
|
0.887
|
29.5
|
|
49.2
|
37.83
|
1.043
|
31.6
|
|
59.7
|
36.50
|
1.104
|
43.3
|
|
④搅拌转速的作用是为结团体的致密提供动力，同时保证流化床中结团体成长粒度及布水的均匀性，使系统持续稳定运行。转速n的提高，致使剪切作用发生变化，结团体致密作用增强，但强烈的剪湖作用会使dp减小，在实际工程中，为降低能耗，也要选择适宜的转速值。搅拌转速对结团凝聚的影响较实验的结果见表。在实验条件为ρ(PAM)=1.1mg/L，ρ(PAC)=2.6mg/L，UW=22cm/min时，适宜的转速值n为40～80r/min。
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表4 转速对结团凝聚的影响
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转速/
(r·min-1)
|
ρe/
(kg·m-3)
|
dp/
mm
|
SSt/
NTU
|
|
20
|
40.46
|
1.301
|
50.2
|
|
40
|
41.71
|
1.264
|
41.3
|
|
60
|
53.53
|
1.123
|
30.2
|
|
80
|
73.29
|
0.978
|
22.4
|
|
100
|
83.01
|
0.882
|
21.5
|
|
120
|
108.34
|
0.702
|
20.3
|
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针对不同的水质条件，通过改变PAC、PAM的投量以及UW、n的值，可对该工艺操作条件进行优化。实验结果证明，该工艺与传统工艺相比，水处理表面负荷提高5～10倍，悬浮物去除率高达99%以上。
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