CN105502689B - 一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法 - Google Patents

一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法，属于煤泥水处理研究技术领域。本发明的步骤是：配置不同水质条件的煤泥水，加入不同剂量的助凝剂，混匀后添加不同剂量的生物絮凝剂，调节煤泥水pH，放入设定不同温度的恒温培养箱中进行絮凝沉降，最后测定絮凝后煤泥水上清液的透光率。每次絮凝在确定一个最优水平后，以这个最优水平带入下一组，作为设定因素进行各因素效应拟合，估计各因素最佳水平和总体最优絮凝率。本发明的优点是确定了基于不同水质条件的煤泥水浓度、硬度、pH、助凝剂添加量和絮凝剂添加量对絮凝率的影响，确定了最优的絮凝工艺。通过调节各水质因素条件和助凝剂及絮凝剂投加量能够控制煤泥水生物絮凝效果。

Description

一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法
技术领域
本发明涉及煤泥水处理，特别是一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法。
背景技术
煤泥水处理一直以来都是影响选煤厂正常生产的关键工艺环节，煤泥水中存在许多高灰极细颗粒，使得煤泥水具有高粘度和难以沉降的性质。目前选煤厂煤泥水处理环节主要是添加聚丙烯酰胺及其衍生物的有机高分子絮凝剂进行絮凝沉降处理。聚丙烯酰胺是一种具有良好絮凝作用的絮凝剂。尽管聚丙烯酰胺是无毒无害的，但它可以在热降级、机械剪切作用、水解、氧化等条件下会缓慢发生分解作用，产生具有神经毒性和致癌作用的单体丙烯酰胺。生物絮凝剂由微生物产生的、具有良好絮凝活性，因其具有安全高效、易于分离、适合生物工程产业化等特点，正成为目前新型煤炭絮凝剂的研究重点方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法。该优化方法是按照以下步骤实现：
1)取一定量配置好的具有不同水质参数的煤泥水，然后加入不同剂量的助凝剂，在磁力搅拌器上快搅30s；
2)往煤泥水中添加不同剂量的生物絮凝剂，在磁力搅拌器上慢搅5min，调节溶液的pH，倒入量筒后放入设定好不同温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min；
3)利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率；
4)采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立煤泥水浓度、煤泥水硬度、温度、pH值、助凝剂投加量以及絮凝剂投加量与煤泥水絮凝率之间的模型关系，通过一元非线性回归模型的研究，考察上述各因素与煤泥水絮凝率相关性。每考察完毕一个因素，取最佳水平带入下一个因素考察试验中。最后综合各最佳水平，得出最优絮凝率。
进一步，所述助凝剂为MnO2，投加量为0.03～0.09mmol。
进一步，所述生物絮凝剂为谷氨酸棒状杆菌，生物絮凝剂与煤泥水的体积比(0.3-2.7):100，在磁力搅拌器上搅拌的时间为5min。
进一步，所述测定透光率的煤泥水要静止沉降的时间为30min。
进一步，所述用公式计算絮凝率，式中A0—未加入微生物絮凝剂和助凝剂的对照组煤泥水上清液的OD660nm值，Ai—加入微生物絮凝剂和助凝剂之后的煤泥水上清液OD660nm值。OD值测定在UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定。
本发明的优点在于：确定了一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法，发现了煤泥水浓度、硬度、pH、助凝剂添加量和絮凝剂添加量对于煤泥水絮凝率有着不同显著程度的影响，确定最优的絮凝工艺参数，通过调节各水质因素条件和助凝剂以及絮凝剂的投加量能够控制煤泥水生物絮凝效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1煤泥水浓度对煤泥水絮凝率的影响
图2煤泥水pH对煤泥水絮凝率的影响
图3煤泥水硬度对煤泥水絮凝率的影响
图4助凝剂添加量对煤泥水絮凝率的影响
图5生物絮凝剂添加量对煤泥水絮凝率的影响
图6煤泥水温度对煤泥水絮凝率的影响
具体实施方式
现结合具体实例对本发明作进一步的详细说明。
实例1不同浓度煤泥水絮凝试验
配置如下表中不同浓度的、硬度为1mmol/L，温度20°的100mL煤泥水中，加入助凝剂MnO2，投加量为0.06mmol，在磁力搅拌器上快搅30s，然后加入谷氨酸棒状杆菌微生物絮凝剂1mL，在磁力搅拌器上慢搅5min,调节pH到7，倒入量筒后放入设定温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min，利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率。得出煤泥水浓度与絮凝率之间关系，如下表：
表1煤泥水浓度对煤泥水絮凝率的影响
从表1和图1可以看出，当煤泥水浓度从30g/l增加到54g/l时，煤泥水絮凝率从63.343％增加到79.396％，随着煤泥水浓度的继续增加，煤泥水絮凝率反而有所下降。
采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立煤泥水浓度与煤泥水絮凝率的一元非线性量化关系模型，如公式(2)所示。
y＝(172.5207-13.0002*χ1+0.300694*χ1^2-0.000975*χ1^3)/(0.000016*χ1^3)(2)
回归方程中：y为絮凝率/％，χ1为煤泥水浓度/g/l，回归方程的相关系数R＝0.9919，相关性显著。检验值F＝61.4011，显著水平P＝0.0161，回归结果分析如表2。对所得模型优化计算，得出最优煤泥水浓度56.4g/L。
表2煤泥水浓度回归结果分析
实例2不同pH值煤泥水絮凝试验
配置煤泥水浓度为56.4g/L，硬度为1mmol/L，温度20°的100mL煤泥水中，加入助凝剂MnO2，投加量为0.06mmol，在磁力搅拌器上快搅30s，然后加入谷氨酸棒状杆菌微生物絮凝剂1mL，在磁力搅拌器上慢搅5min,调节pH到各需考察水平，倒入量筒后放入设定温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min，利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率。得出煤泥水pH值与煤泥水絮凝率之间关系，如下表：
表3煤泥水pH值对煤泥水絮凝率的影响
从表3和图2可以看出，当煤泥水pH值从6增加到8.5时，煤泥水絮凝率从67.687％增加到78.279％，随着煤泥水pH值的继续增加，煤泥水絮凝率反而有所下降。
采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立煤泥水pH值与煤泥水絮凝率的一元非线性量化关系模型，如公式(3)所示。
y＝(139.7509-59.3475*χ2+8.2255*χ2^2-0.338752*χ2^3)/(0.000452*χ2^3)(3)
回归方程中：y为絮凝率/％，χ2为煤泥水pH值，回归方程的相关系数R＝0.9932，相关性显著。检验值F＝73.2563，显著水平P＝0.0135，回归结果分析如表4。对所得模型进行优化计算，得出最优煤泥水pH值8.64。
表4煤泥水pH值回归结果分析
实例3不同硬度煤泥水絮凝试验
配置如下表中不同硬度的、煤泥水浓度为56.4g/L，温度20°的100mL煤泥水中，加入助凝剂MnO2，投加量为0.06mmol，在磁力搅拌器上快搅30s，然后加入谷氨酸棒状杆菌微生物絮凝剂1mL，在磁力搅拌器上慢搅5min,调节pH到8.64，倒入量筒后放入设定好不同温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min，利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率。得出煤泥水硬度与絮凝率之间关系，如下表：
表5煤泥水硬度对煤泥水絮凝率的影响
从表5和图3可以看出，当煤泥水硬度值从1mmol·L-1增加到4.6mmol·L-1时，煤泥水絮凝率从80.223％增加到86.512％。
采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立煤泥水硬度与煤泥水絮凝率的一元非线性量化关系模型，如公式(4)所示。
y＝(13.5740-21.2932*χ3+5.1137*χ3^2+38.3273*χ3^3)/(0.445237*χ3^3) (4)
回归方程中：y为絮凝率/％，χ3为煤泥水硬度/mmol·L-1，回归方程的相关系数R＝0.9978，相关性显著。检验值F＝114.268，显著水平P＝0.0087，回归结果分析如表6。对所得模型优化计算，得出最优煤泥水硬度为4.6mmol·L-1。
表6煤泥水硬度回归结果分析
实例4不同助凝剂添加量煤泥水絮凝试验：
配置煤泥水硬度为4.6mmol·L-1、煤泥水浓度为56.4g/L，温度20°的100mL煤泥水中，加入不同添加量的MnO2助凝剂，在磁力搅拌器上快搅30s，然后加入谷氨酸棒状杆菌微生物絮凝剂1mL，在磁力搅拌器上慢搅5min,调节pH到8.64，倒入量筒后放入设定好不同温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min，利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率。得出助凝剂添加量与煤泥水絮凝率之间关系，如下表：
表7助凝剂添加量对煤泥水絮凝率的影响
从表7和图4可以看出，当助凝剂添加量从0.03mmol增加到0.06mmol时，煤泥水上絮凝率从82.499％增加到85.354％，随着助凝剂添加量的继续增加，煤泥水絮凝率反而有所下降。
采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立助凝剂添加量与煤泥水絮凝率的一元非线性量化关系模型，如公式(5)所示。
y＝72.1565+46.4419*χ4-41.9154*χ4*χ4 (5)
回归方程中：y为絮凝率/％，χ4为助凝剂添加量/mmol，回归方程的相关系数R＝0.9778，相关性显著。检验值F＝45.765，显著水平P＝0.0018，回归结果分析如表8。对所得模型优化计算，得出最优最优助凝剂添加量0.058mmol。
表8助凝剂添加量回归结果分析
实例5不同絮凝剂添加量煤泥水絮凝试验：
配置煤泥水硬度为4.6mmol·L-1、煤泥水浓度为56.4g/L，温度20°的100mL煤泥水中，加入助凝剂MnO2，浓度为0.58mmol·L-1，在磁力搅拌器上快搅30s，然后加入需考察水平的谷氨酸棒状杆菌微生物絮凝剂(如下表)，在磁力搅拌器上慢搅5min,调节pH到8.64，倒入量筒后放入设定好不同温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min，利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率。得出絮凝剂添加量与絮凝率之间关系，如下表：
表9絮凝剂添加量对煤泥水絮凝率的影响
从表9和图5可以看出，当絮凝剂添加量从0.3mL增加到1.9mL时，煤泥水絮凝率从80.761％增加到87.712％，随着絮凝剂添加量的继续增加，煤泥水絮凝率反而有所下降。
采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立絮凝剂添加量与煤泥水絮凝率的一元非线性量化关系模型，如公式(6)所示。
y＝81.224860-5.562838*χ5+15.953912*χ5^2-8.472577*χ5^3+1.322310*χ5^4(6)
回归方程中：y为絮凝率/％，χ4为絮凝剂添加量/mL，回归方程的相关系数R＝0.9935，相关性显著。检验值F＝76.4229，显著水平P＝0.013，回归结果分析如表10。对所得模型优化计算，得出最优絮凝剂添加量1.9mL。
表10絮凝剂添加量回归结果分析
实例6不同温度煤泥水絮凝试验：
配置煤泥水硬度为4.6mmol·L-1、煤泥水浓度为56.4g/L，的100mL煤泥水中，配置煤泥水的水经提前预处理到相应欲考察的温度(如下表)，加入助凝剂MnO2，浓度为0.58mmol·L-1，在磁力搅拌器上快搅30s，然后加入需考察水平的谷氨酸棒状杆菌微生物絮凝剂1.9mL，在磁力搅拌器上慢搅5min,调节pH到8.64，倒入量筒后放入设定好不同温度(如下表)的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min，利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率。得出煤泥水温度与絮凝率之间关系，如下表：
表11煤泥水温度对煤泥水絮凝率的影响
从表11和图6可以看出，当煤泥水温度从0℃增加到30℃时，煤泥水絮凝率从88.084％增加到90.153％。
采用DPS(Date Processing System)数据处理系统建立煤泥水温度与煤泥水絮凝率的一元非线性量化关系模型，如公式(7)所示。
y＝88.087626+0.137147*χ6-0.023878*χ6^2-0.002560*χ6^3+-0.000101*χ6^4+0.000001*χ6^5(7)
回归方程中：y为絮凝率/％，χ6为煤泥水温度/℃，回归方程的相关系数R＝0.9976，相关性显著。检验值F＝84.4796，显著水平P＝0.0824，回归结果分析如表12。对所得模型优化计算，得出最优絮凝温度30℃。
表12絮凝剂添加量回归结果分析
综上，得到煤泥水生物絮凝优化工艺条件，即：煤泥水浓度为54.6g/L，煤泥水pH值为8.64，煤泥水硬度为4.6mmol/L，助凝剂添加量为0.058mmol，絮凝剂添加量为1.9mL每100mL煤泥水，絮凝温度为30℃。
本发明的优点在于：确定了一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法，利用絮凝率计算公式，将测量的透光率转换为絮凝率，发现了煤泥水浓度、硬度、pH、助凝剂添加量和絮凝剂添加量对于絮凝率有着不同显著程度的影响，确定了絮凝优化工艺参数，通过调节各水质因素条件和助凝剂以及絮凝剂的投加量能够控制煤泥水生物絮凝效果。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法，其特征在于：
1)取一定量配置好的具有不同水质条件的煤泥水，然后加入不同剂量的助凝剂，在磁力搅拌器上快搅30s；
2)往煤泥水中添加不同剂量的生物絮凝剂，在磁力搅拌器上慢搅5min，调节溶液的pH，倒入量筒后放入设定好不同温度的恒温培养箱中进行沉降絮凝30min；
3)利用UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定絮凝沉降后煤泥水上清液的透光率，计算絮凝率；
4)采用DPS数据处理系统建立煤泥水浓度、煤泥水硬度、温度、pH值、助凝剂投加量以及生物絮凝剂投加量与煤泥水絮凝率之间的模型关系，通过一元非线性回归模型的研究，考察上述各因素与煤泥水絮凝率相关性；每考察完毕一个因素，取最佳水平带入下一个因素考察试验中，最后综合各最佳水平，得出最优絮凝率；
所述助凝剂为MnO2，投加量为0.03～0.09mmol；
所述生物絮凝剂为谷氨酸棒状杆菌，生物絮凝剂与煤泥水的体积比(0.3-2.7):100。
2.根据权利要求1所述的一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法，其特征在于：测定透光率的煤泥水要静止沉降的时间为30min。
3.根据权利要求2所述的一种煤泥水生物絮凝工艺优化方法，其特征在于：用公式计算絮凝率，式中A0—未加入生物絮凝剂和助凝剂的对照组煤泥水上清液的OD660nm值，Ai—加入生物絮凝剂和助凝剂之后的煤泥水上清液OD660nm值；OD值测定是UV－5100紫外可见分光光度计在660nm处测定。
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