原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的保水性能研究?

張 雷劉日鑫張錦洲劉繼義曹廣安焦險(xiǎn)峰5

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇省徐州市，221140；2.常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇省常州市，213164；3.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北省荊州市，434023；4.江蘇晉煤恒盛化工有限公司，江蘇省徐州市，221400；5.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇省徐州市，221116）

★節(jié)能與環(huán)?！?/p>

原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的保水性能研究?

張 雷1，4劉日鑫2張錦洲3劉繼義4曹廣安4焦險(xiǎn)峰5

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇省徐州市，221140；2.常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇省常州市，213164；3.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北省荊州市，434023；4.江蘇晉煤恒盛化工有限公司，江蘇省徐州市，221400；5.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇省徐州市，221116）

為加強(qiáng)原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的資源化利用，減少其對(duì)環(huán)境的污染，模擬在不同溫度、不同風(fēng)速和不同堆積厚度環(huán)境下，對(duì)三種漿體的保水率進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，三種漿體的保水性均下降，原生煤泥保水率隨堆積厚度增加而增高的趨勢(shì)比造氣濕煤灰和生活污泥要小，生活污泥保水率的變化與造氣濕煤灰相近；生活污泥保水率隨風(fēng)速增大下降的程度比造氣濕煤灰大，而造氣濕煤灰保水率下降的幅度比原生煤泥大。

造氣濕煤灰 原生煤泥 生活污泥 保水性

原生煤泥是煤炭洗選加工中的廢棄物，造氣濕煤灰為煤化工行業(yè)在造氣過程中產(chǎn)生的廢渣，城市生活污泥是城市污水處理過程中的廢棄物，以上三種廢棄物每年產(chǎn)生量巨大，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，分析原生煤泥、造氣濕煤灰和城市生活污泥三種漿體在不同環(huán)境下的保水性能變化情況，為其在管道輸送工程中的模擬研究提供可靠參數(shù)。

1　原材料及實(shí)驗(yàn)方案

1.1 原材料

原生煤泥、造氣濕煤灰和生活污泥的樣品均來自于徐州某煤化工企業(yè)。在每個(gè)采樣點(diǎn)上，按層垂直向下切取漿體樣品，且在每個(gè)點(diǎn)上所取的漿體量相等，采樣完畢后裝袋保存，每種漿體采集樣品3袋。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 人工環(huán)境模擬設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用人工形成不同光照、風(fēng)速和堆積厚度的環(huán)境箱，測(cè)試在不同模擬條件下各種泥漿的保水率和含水率，如圖1所示。溫度采用碘鎢燈的照射強(qiáng)度來控制環(huán)境箱體內(nèi)部的溫度，照射溫度分別為23℃和35℃；風(fēng)速通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來提供不同的風(fēng)速，風(fēng)速用轉(zhuǎn)速代替，分別為200 rpm和400 rpm；漿體的堆積厚度為30 mm、40 mm和50 mm。

圖1　模擬環(huán)境變化的環(huán)境箱

1.2.2 保水率計(jì)算

不同條件下漿體的保水率計(jì)算公示為：

式中：R——漿體保水率，%；

W0——玻璃器皿的質(zhì)量，g；

W1——漿體未失水時(shí)的初始質(zhì)量（含玻璃器皿），g；

W2——漿體在不同時(shí)間失水后的質(zhì)量（含玻璃器皿），g；

K——漿體含水率。

1.2.3 含水率測(cè)試方法

稱取100 g±10 g漿體試樣，置于干燥并已稱重的盤中，在（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，漿體含水率應(yīng)按公式（2）計(jì)算：

式中：K——漿體含水率，%；

M1——烘干前漿體樣品的質(zhì)量，g；

M2——烘干后漿體樣品的質(zhì)量，g。

2　結(jié)果分析

2.1 環(huán)境對(duì)于原生煤泥保水性能的影響

圖2　溫度對(duì)原生煤泥保水性的影響

2.1.1 溫度對(duì)原生煤泥保水性的影響

如圖2所示，在不同照射溫度下，原生煤泥的保水性隨時(shí)間而出現(xiàn)下降現(xiàn)象。溫度為23℃，照射時(shí)間為1 h時(shí)，原生煤泥保水率為78.5%，35℃時(shí)原生煤泥保水率為14.0%。從下降幅度看，溫度為23℃時(shí)，下降平均百分比約為5%；溫度為35℃時(shí)，下降平均百分比約為29.5%，說明隨著環(huán)境溫度的升高，原生煤泥的保水性能明顯降低。

圖3　厚度對(duì)原生煤泥保水性的影響

2.1.2 堆積厚度對(duì)原生煤泥保水性能的影響

圖3為不同堆積厚度的原生煤泥在無風(fēng)情況下，于35℃照射溫度時(shí)保水率隨時(shí)間的變化。堆積厚度對(duì)原生煤泥的保水率存在顯著影響。厚度為50 mm的原生煤泥在溫度為35℃，照射l h后保水率仍可達(dá)到43.3%，而厚度為30 mm原生煤泥在同樣條件下的保水率僅為14%。照射1.5 h后，厚度為50 mm原生煤泥的保水率仍可達(dá)到13.9%，厚度為30 mm原生煤泥保水率已經(jīng)小于10%，厚度為40 mm原生煤泥保水率在80 min時(shí)僅為0.6%，1.5 h已無法正常監(jiān)測(cè)出保水性。由圖3可知，厚度為30 mm、40 mm和50 mm的原生煤泥保水率在不同堆積厚度下隨時(shí)間下降的平均百分比分別為29.5%、26.5%和20.5%，因此煤泥的堆積厚度越大，保水率隨時(shí)間損失越小。

2.1.3 風(fēng)速對(duì)原生煤泥保水性能的影響

厚度為50 mm的原生煤泥在不同風(fēng)速情況下，于35℃照射溫度時(shí)保水率隨時(shí)間的變化如圖4所示。原生煤泥保水率隨著風(fēng)速的增大而降低，但風(fēng)速的影響沒有溫度和厚度的影響顯著。風(fēng)速為200 rpm，溫度為35℃時(shí)，照射30 min后的原生煤泥保水率約為18.4%，而在風(fēng)速為400 rpm，溫度為35℃時(shí)，照射30 min后的保水率降至約16.1%。由圖4數(shù)據(jù)可知，保水率在風(fēng)速為200 rpm和400 rpm時(shí)，下降的平均百分比分別為29.2%和31.0%，兩個(gè)數(shù)據(jù)非常相近，說明風(fēng)速對(duì)原生煤泥的保水率影響不大。

圖4　風(fēng)速對(duì)原生煤泥保水性能的影響

2.2 環(huán)境對(duì)于造氣濕煤灰保水性能的影響

2.2.1 溫度對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響

不同溫度下造氣濕煤灰的保水性與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5　照射溫度對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響

不同照射溫度對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響非常明顯，溫度為23℃，照射時(shí)間為90 min時(shí)，造氣濕煤灰保水率依然高達(dá)68.3%。溫度為35℃，照射時(shí)間為60 min時(shí)，造氣濕煤灰保水率僅為12.2%。溫度為23℃和35℃時(shí)，保水率下降的平均百分比分別為4.4%和31.0%，可見照射溫度越高，造氣濕煤灰的保水率下降越大，該數(shù)據(jù)與原生煤泥相近。

2.2.2 厚度對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響

不同厚度下造氣濕煤灰的保水性隨時(shí)間的變化情況如圖圖6所示，其與原生煤泥的變化比較相似。照射時(shí)間為60 min，厚度為30 mm和50 mm時(shí)的造氣濕煤灰保水性能差別明顯，厚度為40 mm和50 mm的造氣濕煤灰保水性能差別不大。30 mm、40 mm和50 mm造氣濕煤灰保水率下降平均百分比分別為31.0%、16.3%和12.7%，下降速度比原生煤泥要大。

圖6　厚度對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響

2.2.3 風(fēng)速對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響

不同風(fēng)速下，造氣濕煤灰的保水率隨時(shí)間變化的曲線圖如圖7所示。

圖7　風(fēng)速對(duì)造氣濕煤灰保水性能的影響

造氣濕煤灰在不同風(fēng)速下，保水性能存在顯著的差別。風(fēng)速為200 rpm，照射時(shí)間為50 min時(shí)，造氣濕煤灰保水率為13.5%，照射時(shí)間為55 min時(shí)造氣濕煤灰的保水率小于10%。風(fēng)速為200 rpm 和400 rpm時(shí)，濕煤灰保水率下降的平均百分比分別為32.4%和43.0%。風(fēng)速越高保水率下降越快，但兩者相差較小，說明風(fēng)速對(duì)濕煤灰保水率的影響較小，但比原生煤泥影響要大，這主要是由于濕煤灰內(nèi)部的濕度比空氣的濕度高很多，煤漿中的水分就會(huì)自發(fā)的向空氣中擴(kuò)散，在有風(fēng)的情況下，就會(huì)加速空氣流通，導(dǎo)致濕煤灰中的水分很快隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而散失，保水率下降。

2.3 環(huán)境對(duì)生活污泥保水性的影響

2.3.1 照射溫度對(duì)生活污泥保水性能的影響

圖8為生活污泥在不同的照射溫度下，保水率與時(shí)間的關(guān)系。溫度為23℃和35℃時(shí)，生活污泥保水率下降的平均百分比為4.0%和28.0%。照射溫度對(duì)于生活污泥保水率影響與對(duì)前兩種煤漿的影響規(guī)律相似，即隨著照射溫度的升高，泥漿的保水率的損失較大，原生煤泥在35℃時(shí)的保水率比23℃時(shí)降低了6倍，造氣濕煤灰和生活污泥都降低了約7倍。

圖8　照射溫度對(duì)生活污泥保水性能的影響

2.3.2 厚度對(duì)生活污泥保水性能的影響

圖9為生活污泥不同厚度的保水率變化曲線。厚度對(duì)于生活污泥保水性能的影響效果沒有溫度對(duì)保水性能的影響明顯，但生活污泥在30 mm厚度和50 mm厚度時(shí)的保水性能差異還是很明顯的。30 mm、40 mm和50 mm的生活污泥保水率下降平均百分比為28.0%、16.0%和11.8%。比較三種泥漿的平均下降比率，原生煤泥的保水率隨堆積厚度增加而增高的幅度比造氣濕煤灰和生活污泥要小，而生活污泥的變化與造氣濕煤灰相近，這可能是生活污泥顆粒粒徑分布及形態(tài)與造氣濕煤灰接近的緣故。

2.3.3 風(fēng)速對(duì)生活污泥保水性能的影響

圖10為風(fēng)速對(duì)生活污泥保水率影響曲線。風(fēng)速對(duì)于生活污泥保水性能的影響明顯，風(fēng)速為200 rpm，照射時(shí)間為60 min時(shí)，生活污泥的保水率為16.5%。風(fēng)速為200 rpm和400 rpm時(shí)，生活污泥保水率下降平均百分比為18.6%和30.7%，風(fēng)速越大，保水率下降的越大，比較以上數(shù)據(jù)可知，生活污泥保水率隨風(fēng)速增大下降的幅度較造氣濕煤灰大，而造氣濕煤灰下降的幅度比原生煤泥大。

圖9　厚度對(duì)生活污泥保水性能的影響

圖10　風(fēng)速對(duì)生活污泥保水性能的影響

4　結(jié)論

（1）三種漿液的保水率都隨著照射溫度的升高，迅速降低；造氣濕煤灰和生活污泥的變化相近，都比原生煤泥降低速度要快。

（2）風(fēng)速對(duì)原生煤泥的保水率影響較小，但對(duì)造氣濕煤灰和生活污泥的影響較為明顯。

（3）堆積厚度對(duì)保水率的影響，三種漿液的變化規(guī)律相似；原生煤泥的保水率隨堆積厚度增加而變化較小，生活污泥和造氣濕煤灰變化8較大。

［1］ 吳傳明，錢覺時(shí)，侯鵬坤等.濕排粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響［J］.土木建筑與環(huán)境工程，2009（5）

［2］ 王婕，付曉恒，李珞銘等.煤泥分選超凈煤的藥劑研究［J］.中國(guó)煤炭，2016（1）

［3］ 趙學(xué)義，付建卓，崔玉江等.煤泥的流變特性實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（1）

［4］ 杜欣，金宜英，張光明等.城市生活污泥燒結(jié)制陶粒的兩種工藝比較研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007 （4）

（責(zé)任編輯 孫英浩）

Study on water retention capacity of primary slime，gas making wet coal slime and domestic sludge

Zhang Lei1，4，Liu Rixin2，Zhang Jinzhou3，Liu Jiyi4，Cao Guangan4，Jiao Xianfeng5
（1.Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou，Jiangsu 221140，China；2.Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou，Jiangsu 213164，China；3.Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China；4.Jiangsu Jinmei Hengsheng Chemicals Co.Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221400，China；5.China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

In order to strengthen resource utilization of primary slime，gas making wet coal slime and domestic sludge and reducing environmental pollution，the authors simulated different temperatures，different speeds of wind and different bulking thicknesses.The results shows that when the temperature increased，the water retention capacity of the three slurries all decreased，the tendency of primary slimewater-retention rateincreased by bulking thickness increasing was less than gas making wet coal slime and domestic sludge＇s；the decreasing of domestic sludgewater-retention rate by wind speed increasing was larger than gas making wet coal slime＇s，and the decreasing of gas making wet coal slimewater-retention rate was larger than primary slime＇s.

gas making wet coal slime，primary slime，domestic sludge，water retention capacity

TD997.7

A

江蘇省科技廳項(xiàng)目（BY2014034），徐州市科技局項(xiàng)目（XM13B015）

張雷（1972-），男，江蘇徐州人，副教授，博士，主要從事固體廢棄物資源化研究。