第44卷第2期煤化工ol. 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驗研究張宏科,孫少文,徐輝,張彥,姚雨,王海峰,孫得浩(萬華化學(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(jié)果表明:污泥摻混量增加時,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,水煤漿表觀黏度降低,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,活性污泥加人對原煤黏溫特性無影響。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)-02030-04中圖分類號:TQ534.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A污泥是廢水處理后的終端產(chǎn)物,其成分復(fù)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(jié)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(jī)物重金屬病業(yè)應(yīng)用提供實驗依據(jù)。原菌及寄生蟲(卵)等,如不進(jìn)行合適處理,會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。目前常用的污泥處理方法有堆肥1實驗農(nóng)用、衛(wèi)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,實現(xiàn)污11實驗材料泥與煤的共氣化,既能處理大量污泥,又能回收利用實驗煤種采用神華精煤,活性污泥取自萬華工業(yè)污泥的熱量,節(jié)約原煤,還能有效地避免二次污染2。園區(qū)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,從燃燒性能來說,利烯磺酸鈉一馬來酸鈉(NF)復(fù)配分散劑。實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(wěn)定性影響不大,在某些方面還優(yōu)于污泥和水煤見,污泥的發(fā)熱量7.51MJ/kg,相對于神華煤來說是漿的單—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(dá)48.98%),固定碳含量很性溫度,因此可以延長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,提髙煤氣化運行經(jīng)濟(jì)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,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性能較好,以便于其制備、管道輸送、實驗采用干法制漿技術(shù):根據(jù)每小時污泥產(chǎn)生量表1實驗用煤和污泥的工業(yè)分析及元素分析工業(yè)分析/%Q元素分析/%樣品MJ·kg實驗用煤9.327.3432.6750.6724.1568.124.12.17活性污泥5.4048.9843.482.147.5111.940.6629.001.912.1l收稿日期:2015-12-26中國煤化工作者簡介:張宏科(1970—),男,陜西扶風(fēng),教授級高工,碩士,1992年本科畢CNMHG專業(yè),主要從事裝置工藝優(yōu)化工作,E-mail:hezhang@whchem.com2016年4月張宏科等:活性污泥摻混水煤漿的成漿性能實驗研究及造氣裝置每小時負(fù)荷,計算出最大污泥摻混量即污由表2可見,隨著污泥摻混量增加,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(yīng)配比,設(shè)計最大成漿濃度呈現(xiàn)下降趨勢,從67.1%降至6.3%。這實驗,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(dá),這種表面結(jié)構(gòu)劑,使用電動攪拌器,混合攪拌,攪拌速率設(shè)定為1500具有很強吸附能力,隨著污泥摻混量的增加,煤漿中r/min,攪拌時間為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(jié)構(gòu)中,引起表靜置5min,以釋放攪拌過程中帶入漿體內(nèi)的空氣觀黏度增加,因此,摻混污泥后,漿體黏度升高。從13成漿特性參數(shù)的測定表2可知,漿體最大成漿濃度范圍66.3%67.1%,都達(dá)污泥水煤漿表觀黏度和流變特性按照GB/T1856.4到GB/T18856.42002I級濃度要求(>66.0%),說明2002規(guī)定的方法,采用MJ-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100s,在剪切速率為100s添加劑的用量對煤的成漿性影響很大,總的來時,每隔30s,記錄1次實驗數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)取平均值即為水煤漿的表觀黏度T。量越大,成漿性越好,但并非越多越好,當(dāng)添加量達(dá)到采用GB/T18856.2—2002規(guī)定的干燥法,進(jìn)行定時,煤的成漿性變化很小。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。水煤漿流動性采用目測法,根據(jù)其流動性狀,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個等級,每個等級的標(biāo)準(zhǔn)是:A不間斷(a)添加劑加入量煤(干基)=3%流動;B間斷流動,呈稠流狀;C間斷流動,呈稀糊狀;D不流動。煤漿質(zhì)量黏度析水率分?jǐn)?shù)/%/mPa·s流動性穩(wěn)定性水煤漿穩(wěn)定性的測定:用靜止析水法和落棒實驗065軟沉淀1.5來表征,即24h后測量試管中析出的水高占水煤漿1145B軟沉淀1.5總高的百分率,然后用直徑為4m的圓頭玻璃棒輕0.5l187B軟沉淀1.6輕插入試管中,若能直接到達(dá)底部,則表明無沉淀;若1.0651221B軟沉淀1.7需輕輕撥動,才能到達(dá)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%o0/%媒漿質(zhì)量黏度流動性穩(wěn)定性析水率2實驗結(jié)果及分析A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2.1.1污泥摻混量的影響1077A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ω1.0651104A軟沉淀1.5表示。實驗中分別取a為0、0.1%、0.5%和1.0%,研究(c)添加劑加入量/煤媒(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100s1、表/%煤漿質(zhì)量黏度流動性穩(wěn)定性析水率分?jǐn)?shù)/%/mPa·s%觀黏度達(dá)到1000mPa·s時,污泥水煤漿所含固體的A軟沉淀1.1質(zhì)量分?jǐn)?shù)。不同污泥摻混量下污泥水煤漿的最大成漿0.1815軟沉淀1.1濃度列于表2。0.565840A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1.0A軟沉淀1.4污泥摻混量a/%最大成漿煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%從表3可以看出,隨著添加劑用量增加,整體煤漿性能越來越好,添加劑從3‰增至5‰,黏度從1130mPa·sDn. 4 810 mDa'S-880 mPas,0.566.7中國煤化工流動性能從劑對漿體的作1.0用是通過添長山以,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a=1.0%了漿體的穩(wěn)定性,降低了體系表觀黏度。從表3中還「水煤漿煤漿質(zhì)量添加劑表觀黏度流動穩(wěn)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?jǐn)?shù)/%用量/%/mPas性性率/%漿整體性能基本無影響。63.070.31299BB0.72.1.3溫度的影響3063.040.31105BB1.0不同溫度時,不同活性污泥摻混量下,水煤漿整4063.050.3體性能情況列于表4。63.1811AB1.4從表4可以看出,在不同活性污泥摻混量下,煤63.110.3AB1.97063.130.3695BC3.0漿的性能都隨著溫度的提高而變好,從20℃升至60℃時,煤漿的黏度變小,流動性變優(yōu)但當(dāng)溫度繼續(xù)提中的分子運動加快,這樣更容易打開煤粒之間的團(tuán)聚升至70℃時,煤漿穩(wěn)定性急劇下降,由B降至C。主結(jié)構(gòu),使煤粒的分散更均勻。當(dāng)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;同時溫度的升高使煤粒在漿體少,煤粒互相團(tuán)聚,從而整體穩(wěn)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22摻混污泥對水煤漿流變特性的影響(a)污泥摻混量ω=0水煤漿的流變特性對于其工業(yè)應(yīng)用非常重要,既水煤漿煤漿質(zhì)量添加劑表觀黏度流動穩(wěn)定析水1關(guān)系到漿體的穩(wěn)定性,又直接影響到泵送霧化和燃溫度/℃分?jǐn)?shù)/%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0.31265BB0.5變性4。以亞甲基萘磺鈉一苯乙烯磺酸鈉一馬來酸3063.050.31022BB0.6鈉為分散劑加入到污泥摻混水煤漿中表現(xiàn)出的流變AB0.7特性(表觀黏度與剪切速率的關(guān)系)見圖15063.070.3770AB0.9從圖1可看出,隨著剪切速率增加,煤漿表觀黏6063.10.3AB1.5度呈現(xiàn)下降趨勢,不同污泥摻混量的漿體均表現(xiàn)出明7063.150.3630BC2.8顯的“剪切變稀”,表現(xiàn)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)量添加劑表觀黏度流動穩(wěn)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?jǐn)?shù)/%用量/%/mPas性性率/%增加,這種狀態(tài)被打破,自由水釋放,使?jié){體黏度降63.050.31258BB0.5低卬0。從圖1還可以看出,污泥摻混量越大,表觀黏63.070.31011BB0.6度η隨剪切速率γ變化的程度越大。當(dāng)剪切速率從104063.030.3AB0.8s1增加到100s1,污泥摻混量ω=0、0.1%、0.5%及1%5063.070.376AB0.9時,表觀黏度均呈現(xiàn)下降趨勢;污泥摻混量ω=0.5%6063.100.3AB1.6及1%時,摻混污泥并不會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ω=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)量添加劑表觀黏度流動穩(wěn)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?jǐn)?shù)%用量%/mPas性性率/%而影響到氣化爐裝置能否穩(wěn)定運行。因此依托華63.030.31279B東理工大學(xué),考察了不同污泥摻混量的煤樣黏溫特性63.050.31066BB0.9情況,原煤以及原煤與活性污泥不同摻混量下的灰渣63.033876黏溫特性見圖2。從圖2可以看出,1%以下的污泥添5063.090.3790AB1.1加量時,污泥摻混對原煤灰渣黏溫特性幾乎沒有影63.120.3760AB1.8響。這也說明了活性污泥適量的摻入煤漿燃燒,對氣7063.140.390BC2.9化反應(yīng)灰渣TH中國煤化工CNMHG2016年4月張宏科等:活性污泥摻混水煤漿的成漿性能實驗研究3500300025002500(b)c=0.1%200015001500100010000204060801000204060801007/s3500300(c)c=0.5%(d)c=1.0%250020001000020406080100020406080100一煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)62%·一煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)63%—▲—煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)64%圖1不同活性污泥摻混下煤漿表觀黏度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].150杭州:浙江大學(xué),2008120[3]劉海峰,李偉峰,周晶武,等.一種高濃度污泥煤漿及其制備方法:中國,200610030071.1[P.2007-0207.[4]李偉東,李明,李偉峰,等.改性污泥與無煙煤成漿性的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2009,37(1):26-30.1100115012001250130013501400溫度/℃[5] Larry A R, Antonio A P, Robert AA, et al. Alterna-■—O=0O=0.1%tive Fuel Comprised of Sewage Sludge and a Partic-late 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07-28結(jié)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 Manufac-31在普通水煤漿中加入污泥時,漿體表觀黏度增ture: United States, 4762527 [PJ. 1986-12-16加。當(dāng)污泥摻混量增加時,污泥水煤漿的最大成漿濃[7]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):199-2043.2加入添加劑,可提高污泥摻混水煤漿的整體性[8]鄒立壯,朱書全,支獻(xiàn)華,等.不同水煤漿添加劑與煤能;適當(dāng)升高溫度,有利于水煤漿表觀黏度的降低,提之間的相互作用規(guī)律研究一分散劑用量對水煤漿流高煤漿性能,然而過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.溫度及剪切時間對水煤漿表3.4活性污泥加入對原煤黏溫特性無影響,說明了觀黏度及流變性影響[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影響。103-106[10]趙衛(wèi)東.低階煤水熱改性制漿的微觀機(jī)理及燃燒特參考文獻(xiàn)性研究[D].杭州:浙江大學(xué),2009.[11]李明[]房井新,汪文生,張仁鵬.淺談城市污水廠污泥的處置影響[J]iH中國煤化工府煤灰熔點的CNMHG:416-420[J].中國資源綜合利用,2009,27(3):28-29.(下轉(zhuǎn)第46頁)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(wèi)星,等.聚苯乙烯磺酸鈉磺化度[4] Atesok G, Dincer H, Ozer M. et al. The Effects of對水煤漿性能影響的研究[J].煤炭工程,2010(12)Dispersants(PSS-NSF )Used in Coal-water Slurri101-103.on the Grindability of Coals of Different Struc-[8]邱學(xué)青,周明松,王衛(wèi)星,等.不同分子質(zhì)量木質(zhì)素磺tures[J].Fue1,2005,84(7-8):801-808酸鈉對煤粉的分散作用研究[J.燃料化學(xué)學(xué)報[5]李敏,耿家水,水煤漿添加劑復(fù)配的試驗研究[J]2005,33(2):179-183煤炭加工與綜合利用,2009(5):36-37.[9]潘相卿,曾凡,傅曉燕.腐殖酸類水煤漿添加劑性能[6]吳國光,王曉春,李啟輝,等.水煤漿添加劑與煤分子與其級分的關(guān)系研究():分散性能與級分的關(guān)系[J結(jié)構(gòu)匹配性能研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,35煤炭轉(zhuǎn)化,199,22(1):38-42(4):454-457.Analysis of the Influence of Temperature on the Slurryability of Lignite Coal Water SlurryLi zi'en, Wang Bo, Li Chuxiang, Zhang Xiaodong, Zhang Shengmei and Yang Mingshun(1. Datang Hulunbuir Chemical Fertilizer Co, Ltd, Hulunbuir, Inner Mongolia 021000, China2. 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.e. theeffect of temperature on the apparent viscosity and rheological property of coal water slurry and additive The results show thatwhen 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 cewater 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 improvedKey words lignite, coal water slurry, temperature, additive, slurryability(上接第33頁)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 improvehe overall performance of CWS. The apparent viscosity of CWS is dropped and overall slurry performance is improved when theslurry temperature is at 20 C-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,iscosity-temperature characteristic中國煤化工節(jié)能珍惜資源,減排CNMHGcEH rerefeeerefsfAr界e界 RcPerefer