掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响.pdf

第4 6卷 第5期2 0 2 3年9月煤炭转化C OA L C ONV E R S I ONV o l.4 6 N o.5S e p.2 0 2 3 *清华大学-中国华能集团基础能源联合研究院项目(U 2 0 G J J S 0 1).第一作者:张天骄,硕士生,E-m a i l:z t j 1 1 3 1 5 3 3 7 0 41 6 3.c o m;通信作者:樊保国,博士、教授,E-m a i l:f a n b a o g u o t s i n g h u a.o r g.c n收稿日期:2 0 2 2-0 4-1 8;修回日期:2 0 2 2-0 5-1 6张天骄,袁 苹,张建胜,等.掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响J.煤炭转化,2 0 2 3,4 6(5):9 0-9 8.D O I:1 0.1 9 7 2 6/j.c n k i.e b c c.2 0 2 3 0 5 0 1 0.Z HAN G T i a n j i a o,YUAN P i n g,Z HAN G J i a n s h e n g,e t a l.E f f e c t o f m i x e d m u n i c i p a l s l u d g e o n s l u r r y a b i l i t y o f S h e n m u c o a lJ.C o a l C o n-v e r s i o n,2 0 2 3,4 6(5):9 0-9 8.D O I:1 0.1 9 7 2 6/j.c n k i.e b c c.2 0 2 3 0 5 0 1 0.掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响*张天骄1,2 袁 苹2 张建胜2,3 樊保国1(1.太原理工大学电气与动力工程学院,0 3 0 0 2 4 太原;2.清华大学山西清洁能源研究院,0 3 0 0 3 2 太原;3.清华大学能源与动力工程系,1 0 0 0 8 4 北京)摘 要 将城市污泥以不同质量比掺入神木煤制备污泥煤浆,利用安东帕C-L T D 8 0/Q C型旋转流变仪考察了污泥掺混质量比()对污泥煤浆的最大成浆浓度、流变性、触变性和稳定性等成浆特性的影响。借助F T I R和S EM表征煤、污泥及水煤浆,探讨掺混城市污泥影响神木煤成浆性能机制。结果表明:水煤浆及污泥煤浆流变特性均符合幂定律模型=K n,随着的增大,污泥煤浆表观黏度增大,最大成浆浓度降低,浆体流变性指数n减小,剪切稀化特性明显,浆体更加趋向于假塑性流体;同时,的增大也会使得浆体触变环面积增大,进一步导致浆体触变性增强;此外,加入污泥制备的污泥煤浆,浆体产生沉淀时间明显延长,其析水率与相同成浆浓度下的水煤浆的析水率相比明显降低,说明适当的污泥掺混量有利于改善浆体的稳定性。通过F T I R及S EM分析可知,污泥填充了煤粉颗粒之间的空隙,在浆体内部形成较强的空间结构,这种作用是导致掺混污泥后浆体的表观黏度增大、最大成浆浓度降低、稳定性提高的主要原因。在尽可能提高污泥掺混比例的条件下,当为0.1 2,污泥煤浆的最大成浆浓度为6 0.4 2%时,浆体的成浆性能良好,满足工业要求。关键词 神木煤,污泥煤浆,旋转流变仪,污泥掺混比,成浆特性中图分类号 T Q 5 3 6.1D O I:1 0.1 9 7 2 6/j.c n k i.e b c c.2 0 2 3 0 5 0 1 00 引 言随着近年来中国经济社会的高速发展,在实现城市化、工业化取得巨大成就的同时,全国污水排放量也急剧上升,城市污泥的产量也在逐年递增1。2 0 1 9年底全国城市污泥产量近8 0 0 0万t2。城市污泥大部分为有毒有害物质,如病原体和重金属等,如果将城市污泥随意排放会对自然环境和人体健康造成很大的伤害3-4。如何实现污泥的减量化、无害化、资源化处理已成为当今社会广泛关注的问题5。在我国富煤贫油少气的背景下,对石油和天然气较高的依存度对我国能源供应造成威胁。水煤浆作为一种清洁能源,其利用技术符合我国国情,它在制备、储存、运输、燃烧及污染控制等方面具备明显优势6-7。与卫生填埋、干化焚烧、厌氧发酵等污泥处理方式相比较而言,将城市污泥与煤共同制备污泥煤浆并将其应用到气化或燃烧中减容与无害效果明显。污泥和煤掺混制备的污泥煤浆的成分较为复杂,工业上应用的水煤浆应满足一定的浓度、良好的流动性和稳定性、良好的粒度分布8等要求。因此污泥煤浆也需要满足上述要求。L I e t a l9对掺混污泥后水煤浆的流变特性做了研究,发现污泥煤浆中污泥含量越大,其偏离牛顿流体的程度越大,具有剪切变稀特性,有利于浆体在管道中的泵送。王睿坤等1 0研究了污泥掺混量对污泥煤浆成浆浓度的影响,结果表明污泥掺混量增大会导致最大成浆浓度降低,从而使得污泥煤浆气化和燃烧效率降低。P A R K e t a l1 1将污泥通过水热法预处理后制备污泥煤浆,并将其表观黏度和固体含量与水煤浆的表观黏度和固体含量做了比较。结果表明污泥增加了煤浆的稳定性和分散性,试验7 2 h后,污泥煤浆的黏度和稳定性指数保持不变,而水煤浆的黏度和稳定性指数分别下降了约1 0 0 0 m P as和3.3%。P I NTO e t a l1 2认为污泥的存在可以使合成气中的碳氢化合物含量增加,提高煤在气化过程中能量的转换效率。另外,水煤浆掺混污泥后煤灰熔点降低1 3-1 4,可以延长水煤浆气化装置中耐火材料的寿命,提高煤气化运行经济性。以上研究成果表明水煤浆掺混污泥应用在工业中是可行的。但是,由于各因素有时是相互制约的,如工业中往往需要污泥煤浆有较高的浓度,但浓度的升高会使得其黏度升高、流动性变差,不利于管道输送1 5,各种因素需要综合考虑。目前国内外对污泥煤浆成浆特性的综合研究较少。因此,污泥煤浆应用在工业领域的首要问题就是需要制备成浆性能良好的污泥煤浆。神木煤属特低灰、低硫、高发热量优质动力环保煤,采用神木煤制备的水煤浆已广泛应用在气化和燃烧中,所以有必要对其掺混污泥后的污泥煤浆成浆特性进行研究。本研究采用连续变剪切速率的测量方法对水煤浆掺混城市污泥后污泥煤浆的成浆特性进行了研究,较目前普遍采用的恒定变剪切速率测量方法更为精确。采用幂定律模型对污泥煤浆的流变特性参数进行拟合,得到了可视化的数据。同时结合微观层面,揭示了两种燃料之间的耦合机理。对各评价指标进行综合考虑,制备成浆性能良好的污泥煤浆,为其在工业领域中的应用提供可行性参数。1 实验部分1.1 实验材料原料煤选用神木煤,污泥选用太原市污水处理厂经过三级处理后的活性污泥,所取原始污泥中水的质量分数为6 7.6%,对原始污泥进行干燥预处理,处理过程如下:将污泥置于托盘上,于电热鼓风干燥箱干燥至恒重,温度设置为1 1 0。对煤和干燥污泥的工业分析和元素分析及灰成分分析如表1和表2所示。由表1可以看出,干燥后污泥热值是煤热值的3 0%左右,干燥污泥中n(C)/n(H)较高,污泥较高的灰分含量及低含碳量、低热值会导致其单独气化困难,而将污泥与煤混合制备污泥煤浆可以解决上述问题。1.2 添加剂采用阴离子表面活性剂奈磺酸盐甲醛缩合物(N S F)作为分散剂,添加量为污泥煤浆干基质量的1%。表1 煤和干燥污泥的工业分析和元素分析T a b l e 1 P r o x i m a t e a n d u l t i m a t e a n a l y s e s o f c o a l a n d d r y s e w a g e s l u d g eS a m p l eP r o x i m a t e a n a l y s i s w/%Ma dAa dVd a fF Cd a fU l t i m a t e a n a l y s i s w/%Cd a fHd a fOd a fNd a fSt,a dQn e t,a d/(k Jk g-1)C o a l2.1 21 0.3 13 9.9 96 0.0 18 1.6 34.7 61 2.0 11.1 50.4 12 8 0 9 1.8 2S e w a g e s l u d g e2.3 03 8.5 69 3.1 06.9 03 4.8 14.6 15 1.8 73.6 93.0 88 4 1 9.8 0表2 煤和干燥污泥的灰成分分析T a b l e 2 A s h c o m p o s i t i o n a n a l y s i s o f c o a l a n d d r y s e w a g e s l u d g eS a m p l eA s h c o m p o s i t i o n a n a l y s i s w/%S i O2A l2O3F e2O3M g OC a ON a2OP2O5S O3C o a l5 3.9 11 6.6 18.3 01.0 59.8 00.9 80.7 25.3 9S e w a g e s l u d g e3 6.4 58.7 73 0.6 52.1 68.8 01.0 53.5 86.4 11.3 污泥煤浆的制备将煤和干燥后的污泥进行研磨与筛分,按照水煤浆制浆经验选取经过优化的粒度分布,采用美国M i c r o t r a c公司生产的I n c S 3 5 0 0型激光粒度分析仪测试煤粉及干燥污泥的粒径分布,煤和污泥的粒径分布如图1所示。将经过研磨筛分的煤和污泥在含有1%N S F(干基)和去离子水的锥形瓶中缓慢混合。用电动搅拌器连续地搅拌,在1 0 0 0 r/m i n转速下持续搅拌1 0 m i n,以确保均匀化,制备约1 0 0 g污泥煤浆。本研究中用表示污泥的添加量,添加量均为污泥与煤的质量比,分别为0,0.0 5,0.1 0,0.1 2。用C表示污泥煤浆中固体的质量分数(成浆浓度)19第5期 张天骄等 掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响(制 备 成 浆 浓 度 分 别 为5 8%,5 9%,6 0%,6 1%,6 2%,6 3%的 浆 体,实 际 成 浆 浓 度 按 照G B/T 1 8 8 5 6.2-2 0 0 8水煤浆质量试验方法计算)。3521009080706050403020100/?%249 14874523111Particle?size?/?10-6?ma3521009080706050403020100/?%249 14874523111Particle?size?/?10-6?mb图1 煤和干燥污泥的粒径分布F i g.1 P a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n o f c o a l a n d d r i e d s l u d g eaC o a l;bD r i e d s l u d g e1.4 成浆特性参数的测定1.4.1 黏度和流变性与触变性的测定采用奥地利安东帕公司生产的C-L T D 8 0/Q C型旋转流变仪(同轴双筒旋转黏度计)测定浆体的成浆特性参数。测量时外筒与夹套之间通(2 0 0.5)恒温水,在内筒(转子)与外筒间加入样品,外筒静止,转子以不同的剪切速率旋转。采用连续变剪切速率的方法,测量过程中,黏度计中的浆体样品经历了三个阶段:第一阶段,增加剪切速率,剪切速率从0 s-1匀速增加到1 0 0 s-1,时间为3 0 0 s;第二阶段,保持剪切速率恒定在1 0 0 s-1,持续3 0 0 s,期间每隔3 0 s记录一次浆体黏度数据;第三阶段,剪切速率下降,剪切速率从1 0 0 s-1匀速减少到0 s-1,时间为3 0 0 s。污泥煤浆的流变特性定义为第一阶段浆体黏度与剪切速率的关系。剪切速率为1 0 0 s-1时浆体的黏度被定义为表观黏度,即第二阶段记录的1 0个黏度值的平均值。研究表明,水煤浆和污泥煤浆均是与时间相关的黏性流体1 6,显示出明显的触变性。采用触变环面积来表征污泥煤浆的触变性,触变环面积指的是污泥煤浆剪切率与剪切力关系曲线在阶段一(上行曲线)与阶段三(下行曲线)所围成的面积,触变环面积越大表明浆体的触变性越强。1.4.2 稳定性测定污泥煤浆的稳定性则通过静置7 d后的析水率来表征。将污泥煤浆静置后的上层析水体积与总体积之比定义为析水率。1.5 F T I R及S EM表征1.5.1 F T I R表征利用德国B r u k e r公司生产的V e r t e x 8 0 V傅里叶变换红外光谱分析仪对煤和污泥进行分析,将经过干燥研磨的粉末状样品与K B r混合,搅拌均匀后压片,样品与K B r的质量比为12 0 0,扫描范围为4 0 0 c m-1 4 0 0 0 c m-1,采用透射模式进行红外表征。1.5.2 S EM表征利用日本J E O L公司生产的J S M-I T 8 0 0扫描电镜对煤、污泥及干燥后的污泥煤浆进行分析,取少量经过干燥研磨的粉末状样品均匀黏附于样品台上,对其进行喷金处理。测试中采用S E D模式和U E D模式,工作电压为1 k V1 0 k V,工作间距为5 mm1 0 mm。2 结果与讨论2.1 污泥煤浆的表观黏度表观黏度是水煤浆制浆工艺中的一个重要参数,通过测量浆体表观黏度与成浆浓度之间的关系,可以得到不同掺混质量比污泥煤浆的最大成浆浓度(2 0 下表观黏度为1 0 0 0 m P as时对应的成浆浓度)。浓度较低的水煤浆在工业生产运行中会导致气化装置的比氧耗和比煤耗较高,影响气化效率1 7。因此工业上希望得到浓度较高的水煤浆,气化用水煤浆最大成浆浓度要求不低于6 0%,但随着成浆浓度的提高,水煤浆的黏度上升,流动性变差,不易于储存和运输。本研究在同一粒径分布、同一分散剂种类及添加量下测试不同浓度水煤浆掺混污泥后表观黏度的变化,结果如图2所示。由图2可以看出,相同下,随着成浆浓度的增大,污泥煤浆表观黏度增大,当浆体接近最大成浆浓度时,浆体黏度突然上升。CHONG e t a l1 8认为当浆体中固体质量分数增大到一定值后,颗粒间的作用力非常显著,剪切困难,29煤 炭 转 化 2 0 2 3年这是造成浆体黏度突升的原因。不同下,当大于0.1 0时,污泥煤浆的表观黏度急剧上升,最大成浆浓度降低;当为0.1 0时,污泥煤浆的最大成浆浓度接近6 1%;当为0.1 2时,污泥煤浆的最大成浆浓度降低至6 0.5%。结果表明,污泥掺混量越大,浆体的表观黏度越大,最大成浆浓度越低。因此,污泥的加入会使得浆体的最大成浆浓度降低,浆体中的固体含量减少,从而导致气化及燃烧效率降低。00.050.100.121?8001?6001?4001?2001?000800600400200Viscosity?/?（mPa s）585960616263C/?%图2 污泥煤浆表观黏度与成浆浓度的关系F i g.2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n a p p a r e n t v i s c o s i t y o f s l u d g e c o a l s l u r r y a n d s l u r r y c o n c e n t r a t i o n2.2 污泥煤浆的流变性流变特性是水煤浆应用在工业生产中的一个重要参数,指浆体剪切应力与剪切速率的变化关系,其对浆体的泵送、雾化、燃烧等特性都具有非常显著的影响。水煤浆的流变特性曲线如图3所示。不同渗混质量比下污泥煤浆的流变特性曲线如图4所示。对比图3和图4可以看出,污泥煤浆与水煤浆表现出相似的流动行为。由图4污泥煤浆剪切速率与黏度的关系可以看出,随着剪切速率从0 s-1增加到1 0 0 s-1,污泥煤浆黏度逐渐降低,并且表现出非牛顿流体行为。在高成浆密度的污泥煤浆中,颗粒间的相互作用力较强,形成较强的空间结构,随着剪切力的增加,这种结构被破坏,呈现剪切稀化特性。采用幂定律模型=K n对浆体的流变特性进行拟合。代表剪切力,P a;代表剪切速率,s-1;K代表流动一致性系数,P as;n代表流变性指数。n=1代表牛顿流体;n1代表胀塑性流体;n1代表假塑性流体。n值越小,表明流体的假塑性行为越明显。和通过旋转流变仪测量得到,K和n通过计算得到。理想的水煤浆流型呈假塑性,并且具有适宜的触变性1 0。不同成浆浓度和污泥掺混质量比下浆体的流变特性参数如表3所示。由表3可以看出,水煤浆与污泥煤浆的流变性指数均小于1,表明二者均为假塑性流体。1?6001?4001?2001?000800600400Viscosity?/?（mPa s）1020406070Shear?rate?/?s-1030508090 100a9080706050403020100Shear?stress?/?Pa1020406070Shear?rate?/?s-1030508090100bC59.19%C60.16%C60.55%C62.63%C59.19%C60.16%C60.55%C62.63%图3 水煤浆的流变特性曲线F i g.3 R h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s o f c o a l w a t e r s l u r r yaS h e a r r a t e-v i s c o s i t y;bS h e a r r a t e-s h e a r s t r e s s由图3 a可以看出,水煤浆的黏度随着剪切速率的增大而减小,显示出明显的剪切稀化特性。由图3 b可以看出,水煤浆剪切力随着剪切速率的增大而增大,同时随着成浆浓度增大,K值逐渐增大,n值逐渐减小(见表3)。表明随着水煤浆成浆浓度的增大,表现出更加明显的假塑性行为,主要原因是随着水煤浆成浆浓度的增加,浆体内部颗粒间的碰撞加剧。由图4与表3可以看出,同一成浆浓度下,随着的增大,K值增大,n值减小,同时越大,浆体的黏度随着剪切速率的增加下降得越快。表明随着的增大,浆体偏离牛顿流体的现象更加明显,表现出更强的假塑性行为。主要原因是污泥中存在有机物及其絮状结构,导致浆体内部形成了稳定的空间结构,因此随着的增大,这种空间结构需要更高的剪切力去破坏,浆体的流动阻力也越大。结果表明污泥的加入可以增强浆体的假塑性行为,使得剪切稀化特性更加明显,提高了浆体在管道中的泵送能力。2.3 污泥煤浆的触变性一方面,污泥煤浆在静置储存中需要保持良好的铰链结构,防止浆体内部颗粒因长时间贮存形成39第5期 张天骄等 掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响4?0003?5003?0002?5002?0001?5001?000500Viscosity?/?（mPa s）1020406070Shear?rate?/?s-1030508090 100aC59.05%C60.00%C61.27%C62.36%120100806040200Shear?stress?/?Pa1020406070Shear?rate?/?s-1030508090100bC59.05%C60.00%C61.27%C62.36%7?0006?0005?0004?0003?0002?0001?0000Viscosity?/?（mPa s）1020406070Shear?rate?/?s-1030508090 100cC59.23%C60.35%C61.02%C62.50%140120100806040200Shear?stress?/?PadC59.23%C60.35%C61.02%C62.50%1020406070Shear?rate?/?s-10305080901008?0007?0006?0005?0004?0003?0002?0001?0000Viscosity?/?（mPa s）1020406070Shear?rate?/?s-1030508090 100eC58.05%C59.11%C60.42%C60.97%160140120100806040200Shear?stress?/?PafC58.05%C59.11%C60.42%C60.97%1020406070Shear?rate?/?s-1030508090100图4 不同掺混质量比污泥煤浆的流变特性曲线F i g.4 R h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s o f s l u d g e c o a l s l u r r y w i t h d i f f e r e n t m i x i n g m a s s r a t i o sa=0.0 5;b=0.0 5;c=0.1 0;d=0.1 0;e=0.1 2;f=0.1 2表3 不同成浆浓度和污泥渗混质量比下浆体的流变特性参数T a b l e 3 R h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s o f s l u r r y w i t h d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n a n d s l u d g e m a s s r a t i oC/%K/(P as)nR2(c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t)05 9.1 90.5 2 70.9 8 10.9 9 56 0.1 61.1 5 70.8 4 40.9 9 96 0.5 51.5 6 00.8 2 40.9 9 86 2.6 31.9 1 70.8 0 40.9 7 80.0 55 9.0 50.9 4 60.8 6 50.9 9 86 0.0 02.0 7 10.7 4 90.9 9 96 1.2 72.6 7 20.7 4 70.9 9 86 2.3 66.6 1 30.6 2 20.9 9 20.1 05 9.2 31.6 1 40.7 5 90.9 9 96 0.3 54.2 8 00.6 7 40.9 9 96 1.0 27.8 7 70.5 8 00.9 9 70.1 25 8.0 51.0 7 70.8 3 70.9 9 85 9.1 11.5 6 80.7 7 40.9 9 96 0.4 25.8 5 90.5 7 90.9 9 66 0.9 71 3.2 10.4 7 60.9 8 1硬沉淀。另一方面,在污泥煤浆运输和雾化时必须破坏浆体的内部结构,降低其黏度,从而降低浆体在管道内的流动阻力,提高雾化性能。触变性是指当浆体被剪切时浆体黏度下降,当剪切力消失时浆体的黏度又增加,触变性恰好可以满足以上两种不同条件下的要求1 9,触变性实质上是由浆体内部结构被破坏和恢复的速率差所造成的。不同掺混质量比污泥煤浆的触变特性曲线如图5所示。由图5可以看出,随着污泥煤浆成浆浓度的增加,触变环面积也在增加,这是由于浆体颗粒内部的摩擦和碰撞导致的,表明随着浆体成浆浓度增大,污泥煤浆的触变性增强。同时随着污泥掺混质量比的增大,污泥煤浆同一成浆浓度下的触变环面积也在增大,表明污泥的加入可以提高浆体的触变49煤 炭 转 化 2 0 2 3年9080706050403020100Shear?stress?/?Pa1020406070Shear?rate?/?s-1030508090100a59.19%，1?191.15?Pa/s60.16%，1?282.15?Pa/s60.55%，1?332.62?Pa/s62.63%，1?515.30?Pa/s120100806040200Shear?stress?/?Pa1020406070Shear?rate?/?s-1030508090100b140120100806040200Shear?stress?/?Pa1020406070Shear?rate?/?s-1030508090100c160140120100806040200Shear?stress?/?Pad1020406070Shear?rate?/?s-103050809010059.05%，1?210.45?Pa/s60.00%，1?474.27?Pa/s61.27%，1?477.12?Pa/s62.36%，1?568.50?Pa/s59.23%，1?242.20?Pa/s60.35%，1?558.39?Pa/s61.02%，1?656.66?Pa/s62.50%，2?020.27?Pa/s58.05%，1?156.60?Pa/s59.11%，1?308.01?Pa/s60.42%，1?636.12?Pa/s60.97%，2?756.94?Pa/s图5 不同掺混质量比污泥煤浆的触变特性曲线F i g.5 T h i x o t r o p i c c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s o f s l u d g e c o a l s l u r r y w i t h d i f f e r e n t m i x i n g q u a l i t y r a t i o sa=0;b=0.0 5;c=0.1 0;d=0.1 25 9.1 9%C o a l w a t e r s l u r r y c o n c e n t r a t i o n;1 9 1.1 5 P a/sT h i x o t r o p y o f c o a l w a t e r s l u r r y,t h e s a m e b e l o w性,这可能是由添加污泥后浆体内部的复杂性和不均匀性增强所导致的,污泥的加入提高了浆体在气化和燃烧前的雾化能力。2.4 污泥煤浆的稳定性将污泥煤浆应用在工业中不仅需要较高的成浆浓度和较好的流变特性,以保证其较高的气化效率及较好的泵送和雾化条件,还需要污泥煤浆有较好的稳定性来防止储存过程中产生硬性沉淀2 0。水煤浆易发生固液分离现象2 1,在热力学上具有不稳定的特点。本研究利用析水率来表征加入污泥后污泥煤浆浆体的稳定性变化。污泥煤浆析水率与煤浆中成浆浓度的关系如图6所示。由图6可以看出,随着污泥掺混量的增大,浆体的析水率逐渐降低。当为0.1 2,C为6 2%,污泥煤浆析水率较相同成浆浓度下的水煤浆析水率降低9.9 5%。因此,加入污泥后,浆体的稳定性增强,且随着的增加,浆体稳定性逐步提高。说明污泥的加入在一定程度上改变了煤浆内部结构,阻止煤颗粒沉降的力加强。污泥与煤颗粒类似,表面均带负电荷,污泥的加入会导致浆体内部Z e t a电位增强,从而使浆体内部的负电性增强,提高了颗粒表面间的斥力,不易产生沉淀。结果表明,污泥与稳定剂的效果类似,可以通过加入污泥改善浆体的稳定性,提高了浆体的存储能力。20181614121086420Dewatering?ratio?/?%586061C/?%59626300.050.100.12图6 污泥煤浆析水率与成浆浓度的关系F i g.6 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n d e w a t e r i n g r a t i o o f s l u d g e c o a l s l u r r y a n d s l u r r y c o n c e n t r a t i o n2.5 F T I R及S EM分析煤和污泥的红外光谱如图7所示。由图7可以看出,煤和污泥在3 4 4 0 c m-1处的吸收峰是OH,在2 9 2 0 c m-1和2 8 5 1 c m-1处出现的两个吸收峰分别是CH和CH2,在1 6 5 0 c m-1处的强59第5期 张天骄等 掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响4?500Wave?number?/?cm-14?000 3?500 3?000 2?500 2?000 1?500 1?0005000OHCHCH2CHO=COHCoalSludge图7 煤和污泥的红外光谱F i g.7 F T I R s p e c t r a o f c o a l a n d s l u d g e吸收峰是COH,在1 0 5 0 c m-1处的吸收峰是COH。同时根据衍射峰的强度可知,煤中的含氧极性官能团含量较低,而污泥表面OH,COH,COH等亲水性官能团含量明显高于煤中相应官能团的含量。水煤浆掺混污泥后,煤颗粒通过范德华力与污泥结合。另一方面,污泥 表 面 的 极 性 官 能 团 与 煤 颗 粒 通 过 氢 键 形 成“桥”2 2,从而在污泥煤浆内部形成较强的空间结构。煤、污泥及干燥后污泥煤浆的微观结构照片如图8所示。由图8 a可以看出,煤的表面呈现光滑的颗粒状结构。由图8 b可以看出,污泥颗粒呈现一种1?ma?1?mb?1?mc?Coal?particleSludge图8 煤和污泥的S EM照片F i g.8 S EM p h o t o s o f c o a l a n d s l u d g eaC o a l;bS l u d g e;cD r i e d s l u d g e c o a l s l u r r y p a r t i c l e s(=0.1 2)棉絮状结构且表面孔隙发达,是一种纤维颗粒的结合2 3,具有较强的吸水性。由图8 c可以看出,污泥填充了煤颗粒中的空隙。结合F T I R及S EM分析可知,污泥与煤相比具有较强的亲水性,污泥颗粒分散到煤粉颗粒的空隙中且形成了较强的空间结构,从而导致掺混污泥后浆体的表观黏度增大,最大成浆浓度降低,稳定性提高。3 结 论1)随着污泥掺混比例的增大,污泥煤浆的流变性指数减小,更加偏向于假塑性流体;污泥煤浆触变环面积增大,析水率降低,触变性和稳定性都有所提高,有利于浆体的储存、泵送和雾化;但污泥煤浆表观黏度降低,导致浆体的最大成浆浓度降低,影响污泥煤浆气化和燃烧效率。2)当为0.1 2,C为6 0.4 2%,污泥煤浆在满足工业上最低成浆浓度6 0%的条件下,浆体的流变特性指数n为0.5 7 9,较同浓度下水煤浆的流变特性指数有明显降低,污泥煤浆更加偏向于假塑性流体;污泥煤浆触变环面积为1 6 3 6.1 2,析水率较同浓度下水煤浆析水率也有明显降低,表明此时浆体的触变性和稳定性较好。对各项指标进行综合考虑,此参 数 下 浆 体 的 成 浆 性 能 良 好,且 符 合G B/T 1 8 8 5 6.2-2 0 0 2关于水煤浆成浆浓度的要求。3)通过F T I R及S EM分析可知,导致掺混污泥后浆体的表观黏度增大、最大成浆浓度降低、稳定性提高的主要原因是污泥表面孔隙结构发达,富含亲水性含氧官能团,同时污泥填充了煤粉颗粒中的空隙,从而在浆体内部形成了较强的空间结构。参 考 文 献1 生态环境部.2 0 1 9年中国生态环境状况公报R/O L.(2 0 2 0-0 6-0 3)2 0 2 2-0 5-0 6.h t t p s:ww w.h b z h a n.c o m/n e w s/d e t a i l/1 3 6 2 3 0.h t m l.M i n i s t r y o f E c o l o g y a n d E n v i r o n m e n t.C h i n as e c o l o g i c a l a n d e n v i r o n m e n t a l s t a t u s b u l l e t i n 2 0 1 9R/O L.(2 0 2 0-0 6-0 3)2 0 2 2-0 5-0 6.h t t p s:w w w.h b z h a n.c o m/n e w s/d e t a i l/1 3 6 2 3 0.h t m l.2 张全斌,周琼芳,梁 婕.燃煤耦合污泥燃烧技术研究与工程实践J.工业水处理,2 0 1 9,3 9(1 1):7-1 1.Z HAN G Q u a n b i n,Z HOU Q i o n g f a n g,L I AN G J i e.C o-c o m b u s t i o n o f c o a l a n d s l u d g e t e c h n o l o g y a n d i t s e n g i n e e r i n g p r a c t i c e i n 69煤 炭 转 化 2 0 2 3年c o a l-f i r e d p o w e r p l a n tJ.I n d u s t r i a l W a t e r T r e a t m e n t,2 0 1 9,3 9(1 1):7-1 1.3 赵思源,刘卫东.市政污泥的处理处置与资源化利用现状分析J.中国水运(下半月),2 0 2 2,2 2(4):6 4-6 6.Z HAO S i y u a n,L I U W e i d o n g.A n a l y s i s o f t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f t r e a t m e n t,d i s p o s a l a n d r e s o u r c e u t i l i z a t i o n o f m u n i c i p a l s l u d g eJ.C h i n a W a t e r T r a n s p o r t,2 0 2 2,2 2(4):6 4-6 6.4 P A THAK A,D A S T I D A R M G,S R E E K R I S HNAN T R.B i o l e a c h i n g o f h e a v y m e t a l s f r o m s e w a g e s l u d g e:a r e v i e wJ.J o u r-n a l o f E n v i r o n m e n t a l M a n a g e m e n t,2 0 0 9,9 0(8):2 3 4 3-2 3 5 3.5 L I U H o n g b o,WAN G X i n g k a n g,Q I N S o n g,e t a l.C o m p r e h e n s i v e r o l e o f t h e r m a l c o m b i n e d u l t r a s o n i c p r e-t r e a t m e n t i n s e w a g e s l u d g e d i s p o s a lJ.S c i e n c e o f t h e T o t a l E n v i r o n m e n t,2 0 2 1,7 8 9:A r t i c l e 1 4 7 8 6 2.6 曲江山,张建波,孙志刚,等.煤气化渣综合利用研究进展J.洁净煤技术,2 0 2 0,2 6(1):1 8 4-1 9 3.QU J i a n g s h a n,Z HAN G J i a n b o,S UN Z h i g a n g,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s s o n c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f c o a l g a s i f i c a t i o n s l a gJ.C l e a n C o a l T e c h n o l o g y,2 0 2 0,2 6(1):1 8 4-1 9 3.7 杨潇潇,张媛媛,李俊杰,等.两条煤制油与石油路线的技术环境和经济分析J.煤炭转化,2 0 2 2,4 5(1):1-1 0.YAN G X i a o x i a o,Z HANG Y u a n y u a n,L I J u n j i e,e t a l.T e c h n i c a l e n v i r o n m e n t a n d e c o n o m