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Abstract

本发明属于微生物应用技术领域，涉及一种将煤泥水经微生物絮凝剂絮凝后浮选分离粘土矿物与微细粒煤的方法。主要工艺包括微生物絮凝剂的制备、微生物絮凝浮选、微生物絮凝沉降步骤。其特征是：将浓度为20～400？g/L的煤泥水中加入微生物絮凝剂，调节矿浆pH后加入浮选药剂于浮选柱中浮选，浮选后的矿浆再次加入微细粒煤微生物絮凝剂絮凝沉降，最后分别回收浮选泡沫产品和可燃微细粒煤，泡沫产品灰分80%以上，可燃微细粒煤絮凝率80%以上，灰分小于10%。本发明能够回收利用煤泥水中的可燃物，微生物絮凝效果好，且该微生物絮凝剂培养条件粗放、可降解性强、环境友好、无二次污染问题。

Description

一种煤泥水的处理方法
技术领域
本发明涉及一种煤泥水的处理方法，具体涉及一种将煤泥水经微生物絮凝剂絮凝后浮选分离粘土矿物与微细粒煤的方法，属于微生物应用技术与矿物加工技术领域。
背景技术
煤泥水是选煤过程中产生的水与多种矿物、细粒煤、粘土的混合物，同时具有悬浮液与胶体溶液的性质。随着煤炭开采机械化水平的提高，原煤中矸石量不断增大，导致煤炭洗选过程中产生了大量难以沉降处理的高泥化煤泥水。煤泥水必须经过一定的工艺处理后才能够在选煤厂循环使用，或满足国家环保法规的排放要求。然而采用常规的沉淀和脱水设备难以将煤泥水沉降，主要原因是煤泥水中带有较强负电荷的固体颗粒间互相排斥使得悬浮物分散稳定；固体颗粒中相当一部分是原煤中灰分高、粘性大的微细颗粒。目前煤泥水处理一般采用絮凝技术，常用的絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂两大类。传统的絮凝剂在煤泥水处理工艺中得到了广泛的研究和应用，然而普遍使用的絮凝剂存在严重的不足之处，无机絮凝剂耗量大且有二次污染问题，聚丙烯酰胺类高分子合成絮凝剂不易被降解而且聚合单体丙烯胺有强烈的神经毒性和致癌性。传统絮凝剂的大量使用，不仅造成了环境污染，还会危害人体健康，因此高效安全的新型絮凝剂亟待开发。生物絮凝剂以其环境友好和易降解特性已成为研究的热点。
微生物絮凝剂是一类利用生物技术由微生物产生的可沉降水中悬浮颗粒和胶体颗粒的特殊高分子有机物，主要由胞外多糖、糖蛋白、蛋白质、纤维素、核酸等高分子物质组成。自1930年日本的Butterfield报道以来，微生物絮凝剂以其来源广、种类多、絮凝性能良好、培养条件粗放、可降解性和安全性等特点而引起广大环境工作者的极大兴趣。微生物具有比表面积大、转化能力强、繁殖速度快、易变异及絮凝处理的对象广泛等特点，开发利用潜力巨大。我国相关科研工作者已筛选出上百种絮凝剂产生菌，并对其进行了较为深入的研究。目前微生物絮凝剂已在许多领域得到应用，如高浓度有机废水的处理、城市生活污水和塑料工业废水的处理、抑制活性污泥膨胀、燃料废水的脱色、无机物悬浮废水的处理等。利用微生物絮凝剂处理煤泥水的研究较少，周桂英等的论文《利用微生物絮凝剂处理煤泥水的试验研究》（能源环境保护，2004，18(5)：36-41.）中利用草分枝杆菌絮凝剂对煤泥水进行了絮凝作用研究，吴学凤等发表的论文《酱油曲霉絮凝煤泥水的试验研究》（煤炭学报，2007，32(4)：433-436.）中考察了酱油曲霉与助凝剂CaCl2对煤泥水的絮凝效果，但这些微生物絮凝剂均为其他领域处理废水常用的絮凝剂，并没有将絮凝剂种类、成分与煤泥水的性质类型相对应的研究，生物絮凝剂的使用盲目而缺乏针对性，导致生物絮凝剂处理煤泥水的效率不高，且絮凝过程需添加无机盐来强化絮凝效果。煤泥水处理过程中将可观的可燃微细粒煤作为废弃物丢弃，造成能源浪费，不利于节能减排。
目前关于微生物絮凝处理煤泥水课题的研究基本上还处于初期的探索阶段，没有针对性的微生物絮凝剂、絮凝机理研究不够透彻，需要进行大量细致的、更具创新性的基础研究才能形成成熟的技术，最终工业化应用。煤泥水处理过程中未对微细粒煤进行回收利用，造成能源浪费。提出细菌对煤泥水的絮凝浮选分离以及微细粒煤微生物絮凝回收的方法，对解决煤泥水处理技术难题具有重要理论价值和实际应用意义。
发明内容
本发明旨在提供一种煤泥水的处理方法，目的是解决现有煤泥水处理技术中絮凝剂用量大、有二次污染、高分子絮凝剂不易被降解和有毒性等问题。
本发明提供的一种煤泥水的处理方法，包括微生物絮凝与浮选处理，步骤如下：
(1)以圆褐固氮菌为菌种，将该菌种接种到液体培养基中，于27～35℃水浴振荡培养24～96h，获得圆褐固氮菌培养液；
(2)将步骤(1)得到的圆褐固氮菌培养液离心分离，离心上清液为微生物絮凝剂，取微生物絮凝剂加入到煤泥水中，搅拌并调整煤泥水pH值为6~8；
(3)取步骤(2)中的煤泥水于浮选柱中浮选；
(4)向步骤(3)浮选后的矿浆中加入草分枝杆菌、大肠杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的一种或几种进行絮凝沉淀。
进一步地，所述步骤(1)培养基的配方为：蔗糖4.0-10.0g/L，Na2HPO41.0-4.0g/L，MgSO4·7H2O0.2-1.0g/L，FeCl30.002-0.010g/L，CaCl20.05-0.20g/L，AlCl30.1-1.0g/L，且pH值为6-8.5。
进一步地，所述步骤(2)中微生物絮凝剂制备离心速率为1000~5000r/min，煤泥水中加入微生物絮凝剂后搅拌方式为先快速搅拌0.5~2min，搅拌速率为100-300r/min；后缓慢搅拌2~90min，搅拌速率为20-50r/min。
进一步地，所述步骤(3)中浮选抑制剂为淀粉、糊精、单宁、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素和单宁的混合物，用量为10g/L～1000g/L；捕收剂为胺类阳离子捕收剂，用量为1g/L～60g/L；矿浆pH值为6.5～7.5。所述羧甲基纤维素和单宁的混合物中二者的质量比为2:3；所述胺类阳离子捕收剂为十二胺或醚胺。
进一步地，所述步骤(3)中浮选包括经一次粗选、1~5次精选、1~5次扫选，直至浮选泡沫产品中可燃细粒煤小于5%。
进一步地，所述步骤(4)中用作絮凝沉淀的微生物由草分枝杆菌、大肠杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的一种或几种复配而成。
更进一步地，所述步骤(4)中用作絮凝沉淀的微生物由草分枝杆菌、大肠杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的任一种制成，包括以下步骤：取上述任一菌种，于28-30℃，pH5-8条件下培养1-7天的培养液，菌液浓度为(6-10)×107个/mL，煤泥水与菌液体积比为100：(8-20)，煤泥水pH值调节为5-8。
更进一步地，所述步骤(4)中用作絮凝沉淀的微生物由草分枝杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的几种复配而成，复配微生物加入方式为：先调节煤泥水pH值为5-6，再加入草分枝杆菌或曲霉，煤泥水与菌液体积比为100：(5-8)，最后加入白腐真菌或酵母菌培养液，煤泥水与菌液体积比为100：(4-15)。
现有技术在研究生物絮凝剂处理煤泥水时，没有将絮凝剂种类、成分与煤泥水的性质类型相对应的研究，生物絮凝剂的使用盲目而缺乏针对性，导致生物絮凝剂处理煤泥水的效率不高。本发明做了以下创新：
首先，科学研究表明，煤泥灰分中的矿物质大部分是粘土类矿物和石英，其中粘土矿物主要是高岭石、伊利石和蒙脱石，特殊的晶体结构使其在煤的湿法分选中极易泥化或受机械冲击裂解形成大量的微米级的细颗粒而难以沉降，由此可见，煤泥水絮凝处理的主要对象应是粘土类矿物与石英。圆褐固氮菌可产生胞外多糖和酶蛋白，特别是铝硅酸盐矿物存在时能刺激细菌分泌出更多的胞外多糖，胞外多糖和蛋白是生物絮凝剂的核心成分；圆褐固氮菌代谢的多糖与蛋白对含硅矿物有较强的吸附性能，对于煤泥水中的粘土矿物与石英有较强的絮凝作用；而草分枝杆菌、曲霉等则对细粒煤有较好的絮凝效果；含硅矿物的反浮选技术成熟，特别是胺类阳离子捕收剂在含硅矿物的浮选中效果显著。
本发明的有益效果：
本发明采用不同针对性的微生物絮凝剂分别絮凝煤泥水中的难沉降固体颗粒，并结合矿物加工中的浮选手段对其进行了分离。本发明能够使煤泥水中的可燃物得到充分的回收利用，微生物絮凝作用过程无需加入无机盐强化絮凝效果，此微生物絮凝剂絮凝浮选工艺对选煤厂煤泥水及洗煤废水均具有良好的处理效果，且该微生物絮凝剂培养条件粗放、可降解性强、环境友好、无二次污染问题。
附图说明
图1为微生物絮凝与浮选处理煤泥水方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
某煤泥水中煤泥颗粒浓度为32g/L，煤泥水pH值为8.5，煤泥固体颗粒粒度与灰分如下：0.074mm以下含量和灰分分别为56.58%、70.19%，其中0.045mm以下含量和灰分分别为49.69%、75.48%。
采用本发明方法对上述煤泥水进行处理，具体步骤如下：
(1)将圆褐固氮菌菌种接种到液体培养基中，培养基配比为蔗糖5.0g/L，Na2HPO42.0g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，FeCl30.005g/L，CaCl20.1g/L，AlCl30.5g/L，pH值为7.0；于30℃水浴振荡培养72h，得到的圆褐固氮菌培养液于3000r/min离心，离心上清液为圆褐固氮菌絮凝剂。
(2)取200mL搅拌均匀的煤泥水，加入8mL圆褐固氮菌絮凝剂先以200r/min的速率搅拌0.5min，后以25r/min的速率搅拌10min；
(3)对(2)中煤泥水进行浮选，调节pH值为7，于250ml浮选柱中加入20%的糊精溶液20mL，搅拌5min后加入5%的十二胺醋酸溶液12mL，搅拌5min后充气浮选，刮泡3min，一次粗选后补加10mL糊精溶液和5mL十二胺醋酸溶液再次精选，刮泡2min；
(4)对(3)中的浮选泡沫过滤、烘干、稳重，浮选后的矿浆调节pH值为6后加入草分枝杆菌培养液2mL，静置30min后测定上清液吸光度值，计算絮凝率。
本例实施结果是：浮选泡沫产品重3.69g，灰分83.45%；可燃微细粒煤絮凝率为87.01%，灰分7.20%。
实施例2：
某煤泥水中煤泥颗粒浓度为94g/L，煤泥水pH值为8.3，煤泥固体颗粒粒度与灰分如下：0.074mm以下含量和灰分分别为78.08%、49.80%，其中0.045mm以下含量和灰分分别为65.69%、46.48%。此煤泥水悬浮物浓度高，细小颗粒含量偏高，灰分较低，自然沉降困难。
采用本发明方法对上述煤泥水进行处理，具体步骤如下：
(1)将圆褐固氮菌菌种接种到液体培养基中，培养基配比为蔗糖5.0g/L，Na2HPO42.0g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，FeCl30.005g/L，CaCl20.3g/L，AlCl31.0g/L，pH值为7.3；于30℃水浴振荡培养96h，得到的圆褐固氮菌培养液于4000r/min离心，离心上清液为圆褐固氮菌絮凝剂。
(2)取200mL搅拌均匀的煤泥水，加入12mL圆褐固氮菌絮凝剂先以150r/min的速率搅拌1min，后以30r/min的速率搅拌30min；
(3)对(2)中煤泥水进行浮选，调节pH值为7.2，于250mL浮选柱中加入20%的淀粉溶液20mL，搅拌5min后加入5%的醚胺醋酸溶液15mL，搅拌5min后充气浮选，刮泡5min，粗选后补加7.5mL醚胺醋酸溶液后再次精选，刮泡3min，两次粗选尾矿合并后，补加20%的淀粉溶液5mL扫选二次，刮泡2min，扫选精矿与粗选精矿合并为最终精矿；
(4)对(3)中的浮选泡沫过滤、烘干、稳重，浮选后的矿浆调节pH值为5.5后先加入草分枝杆菌培养液10mL，后加入白腐真菌培养液12mL，静置30min后测定上清液吸光度值，计算絮凝率。
本例实施结果是：浮选泡沫产品重8.91g，灰分96.63%；可燃微细粒煤絮凝率为90.28%，灰分8.99%。

Claims (6)

1.一种煤泥水的处理方法，其特征在于：包括微生物絮凝与浮选处理，步骤如下：
(1)以圆褐固氮菌为菌种，将该菌种接种到液体培养基中，于27～35℃水浴振荡培养24～96h，获得圆褐固氮菌培养液；
所述培养基的配方为：蔗糖5g/L，Na2HPO42g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，FeCl30.002-0.010g/L，CaCl20.05-0.20g/L，AlCl30.1-1.0g/L，且pH值为7；
(2)将步骤(1)得到的圆褐固氮菌培养液离心分离，离心上清液为微生物絮凝剂，取微生物絮凝剂加入到煤泥水中，搅拌并调整煤泥水pH值为6~8；
(3)取步骤(2)中的煤泥水于浮选柱中浮选；
浮选抑制剂为淀粉、糊精、单宁、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素和单宁的混合物，用量为10g/L～1000g/L；捕收剂为胺类阳离子捕收剂，用量为1g/L～60g/L；矿浆pH值为6.5～7.5；
(4)向步骤(3)浮选后的矿浆中加入草分枝杆菌、大肠杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的一种或几种进行絮凝沉淀。
2.根据权利要求1所述的煤泥水的处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中微生物絮凝剂制备离心速率为1000~5000r/min，煤泥水中加入微生物絮凝剂后搅拌方式为先快速搅拌0.5~2min，搅拌速率为100-300r/min；后缓慢搅拌2~90min，搅拌速率为20-50r/min。
3.根据权利要求1所述的煤泥水的处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中羧甲基纤维素和单宁的混合物中二者的质量比为2:3，所述胺类阳离子捕收剂为十二胺或醚胺。
4.根据权利要求1所述的煤泥水的处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中的浮选包括经一次粗选、1~5次精选、1~5次扫选，直至浮选泡沫产品中可燃细粒煤小于5%。
5.根据权利要求1所述的煤泥水的处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中用作絮凝沉淀的微生物由草分枝杆菌、大肠杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的任一种制成，包括以下步骤：取上述任一菌种，于28-30℃，pH5-8条件下培养1-7天的培养液，菌液浓度为(6-10)×107个/mL，煤泥水与菌液体积比为100：(8-20)，煤泥水pH值调节为5-8。
6.根据权利要求1所述的煤泥水的处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中用作絮凝沉淀的微生物由草分枝杆菌、白腐真菌、酵母菌或曲霉中的几种复配而成，复配微生物加入方式为：先调节煤泥水pH值为5-6，再加入草分枝杆菌或曲霉，煤泥水与菌液体积比为100：(5-8)，最后加入白腐真菌或酵母菌培养液，煤泥水与菌液体积比为100：(4-15)。
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