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1、高泥化煤泥水特性与处理工艺研究1.1 选题目的和意义原煤中含有一定数量的杂质，必须进行洗选加工。对于采用湿法分选的选煤厂来说，经主选作业后会产生大量的煤泥水，煤泥水系统是实现洗水闭路循环，确保清水选煤的关键环节。煤泥水系统运行状况的好坏直接影响到分选设备的分选效果、重介质消耗、产品水分等指标。当煤泥水系统严重恶化时，会导致整个选煤系统无法正常运行甚至停产。一个入洗能力近千吨原煤的选煤厂，每小时要产生几千立方米煤泥水，而这些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，以满足选煤厂各工艺环节对循环水的要求，或在必须外排时能满足国家环保法规的要求1。长期以来，煤泥水的净化一直难以解决，大多
2、数选煤厂煤泥水处理系统都或多或少的存在一些问题。主要原因是随着选煤机械化程度的提高，细粒煤所占的比重越来越大。煤泥水集中了原煤中最细、最难处理的微细颗粒，由于这些颗粒粒度细、灰分高、粘性大、难以沉降，因而极难用常规的沉淀、回收和脱水设备处理，必须采取一定强化沉降的措施。因此，制定合理的煤泥水处理方案，解决煤泥水的净化问题成为选煤厂正常生产的首要前提，也是本专业研究人员所必须关注的问题，对于实现选煤厂洗水闭路循环具有重要的意义。1.2 常见的煤泥水处理工艺当前，我国的选煤技术水平完全能够为各种类型选煤厂提供成熟可靠的煤泥水处理全套技术和装备，实现洗水闭路循环。选煤厂完善的煤泥水系统通常包括以下工
3、艺环节：煤泥分选尾矿浓缩压滤，缺少其中任何环节，都不能构成完善的系统。实践证明，不完善的煤泥水系统都无法实现洗水闭路循环。我国选煤厂应用的几种典型煤泥水流程及其优缺点列入表1-1。表1-1 典型煤泥水原则工艺流程Table1-1 The typical technological process of slime煤泥水流程优点缺点应用场合直接浮选尾煤浓缩压滤易于洗水闭路；精煤得到充分回收；经济、环境效益好投资大；运行成本高大中型炼焦煤选煤厂煤泥重介选尾煤浓缩压滤粗煤泥分选精度高，投资较小粗煤泥回收下限0.1mm；尾煤量大全重介、难浮煤泥选煤厂煤泥水介重力选粗煤泥直接回收细煤泥浓缩压滤投资和运行
4、费用比直接浮选尾煤浓缩压滤流程稍低适于分选密度在1.6kg/l以上的易选粗煤泥；细煤泥量大、脱水困难动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥水浓缩直接回收投资较小经济效益低；煤泥脱水困难，设备用量大；洗水闭路难度大动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥沉淀池投资小，生产费用低洗水不能闭路；环境污染严重；资源浪费严重小型选煤厂“八五”以来，我国选煤工业整体水平得到迅速提高，但是与发达国家相比还有较大差距，煤泥水处理技术和装备尚不能满足各种类型选煤厂低投资和低运行费用的需要，还有13的选煤厂未实现洗水闭路循环，尤其是小型选煤厂。为了彻底杜绝现有选煤厂外排煤泥水，并满足发展动力煤洗选的煤泥水处理要求，除了进行
5、细粒煤脱水设备系列化、提高大型设备可靠性研究之外，还需要重点开发适于动力煤选煤厂的水介质煤泥重力分选技术、提高浮选上限技术，加强高效浓缩机的研究、先进技术与设备的集成化研究和煤泥分选与煤泥水处理装备的模块化研究，以节约资源，保护环境，提高效益2。1.3 煤泥水的特性及目前常见的处理方法煤泥水是由悬浮液、电解质和胶体组成的混合物，由于固体颗粒的粒度组成大小不一，又是一个多分散系统，其组成及特性比较复杂，了解煤泥水的特性，选择合适的絮凝剂，对于及时排除颗粒物，获取澄清的循环水，实现选煤厂洗水闭路循环具有重要的意义3。煤泥水的主要特点是：浓度高，粒度细，灰分高，颗粒表面多数带负电荷，同性相斥，使得这
6、些微粒在在水中保持分散状态而难以沉降。其中，浮选尾煤的粒度组成情况对煤泥水的沉降具有非常重要的作用，通常粒度越细，煤泥水越稳定，沉降越困难。温雪峰3等人曾以城郊选煤厂煤泥水为例分析其粒度组成（表1-2），从表中可以看出：-0.045mm的粒级所占比例非常高，接近90.00。为了具体了解该粒级的物料组成，对-0.045mm部分进行x衍射分析，见图1-1。(注：用于x衍射的分析试验来自原煤，所以煤的含量比较高，但所含矿物的相对含量与浮选尾煤中所含矿物的相对含量基本相近)。从x射线衍射图谱可以看出：矿物的主要成分有高岭石、白云石、伊利石和蒙脱石。其中高岭石的含量比较高，这类岩石遇水后易发生破坏产生软
7、化、崩解，高岭石吸水性中等；白云石的吸水性小；蒙脱石和伊利石具有很强的吸附性和吸水膨胀性，但含量很少。因此尽管该煤泥中所含矿物以粘土矿物为主，但整体的膨胀性较小。 表1-2 浮选尾煤的粒度组成3Table1-2 Granularity of floatation refuse 粒径/mm重量/g含量/%累计产率.R/%0.25-0.50.500.450.450.125-0.250.900.821.270.074-0.1251.401.272.550.045-0.0748.607.8210.36-0.04598.6089.64100.00合计110.00100.00但是，通常用煤泥含量和煤泥粒度
8、组成来描述煤泥水特性是不全面的。首先，在很多情况下，由于细泥大量循环与积聚,煤泥的真实含量难以获得，因此无法确切表示煤泥的泥化程度和煤泥含量；其次，煤泥粒度组成一般仅进行粗颗粒部分测定，小于200网目以下的部分不测，而它们往往决定着煤泥水的特性。此外，它还没有反映煤泥的岩石特性和矿物组成，没有反映真正影响煤泥水特性的软质粘土矿物的含量。粘土矿物的泥化特性，使得它们在煤泥水系统中常呈微米级颗粒存在，从而使得粘土图1-1 -0.045mm粒级的X-射线衍射图谱3Fig.1-1 XRD of -0.045 grade矿物对于煤泥的影响不仅表现在粒度小、重量轻，难以沉降；而且还由于粘土矿物与水相具有一
9、定的界面化学作用，反过来恶化了自身微细颗粒的沉降环境。在宏观上形成了大量泥质物料难以沉降，在系统中恶性循环积聚4。煤泥水是由煤泥和水组成的，煤泥水的性质既与煤泥的性质有关，又与水的性质有关。水不仅给煤泥水形成提供了空间条件，面且给煤泥水的生存(固体颗粒的分散和凝聚) 提供了环境条件。水对煤泥水特性的影响，宏观上表现为煤泥的沉降速度大小，以及澄清水的浑浊度。大量的实践已经证实：煤泥水澄清效果的好坏与水质硬度有很大关系，水质硬度越小，澄清效果越差。由于上述原因导致选煤厂的煤泥水很难自然澄清，必须采取一定的净化措施，以促进煤泥水的澄清。目前，在选煤厂的生产实践中，多采用高分子絮凝剂来加速煤泥水中颗粒
10、的沉降。絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程。絮凝过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的桥连（架桥）作用下生成大体积的絮凝物（即絮团）的过程。煤泥水中的细泥粒度很小，沉降速度极慢，而它表面带有很高的负电荷，阻止相互接近，不能凝聚成较大的颗粒保持相对稳定的状态，长时间的不沉降。为了加速煤泥沉降，必须使其失稳。可用DLVO理论说明，即用胶体颗粒间的吸引能（EA）和排斥能（ER）的相互作用，产生的相互作用能（ET）来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。图1-2是两胶粒间的势能曲线图5。图1-2 两胶粒间的势能曲线图5Fig.1-2 Curve of potential energy between
11、two micelle由于两种胶粒表面总是带同种电荷而相互排斥，排斥能ER越大，颗粒越不能靠近，不利于絮凝沉淀，胶体保持稳定状态，同时两颗粒之间存在范德华引力，促使胶粒接近。两颗粒间综合的相互作用能ET等于吸引能与排斥能之和。即ET-EAER，综合ER和EA值，得到一条描述作为间隔距离函数的相互作用能（EREA）的变化曲线（图1-2a）。当两颗拉间为中等距离时，颗粒间以斥力占优势。由于曲线ET存在能障，有一个能峰，它是颗粒间凝聚和絮凝的最大障碍。为了克服此能峰，可加入电解质或凝聚剂来降低颗粒表面的电荷，压缩胶粒表面双电层厚度，降低排斥能ER，从而使由ER和EA综合得到的ET降低，故能峰也下降（
12、图1-2b），缩小颗粒间距离，增加吸引力，形成絮凝体。絮凝剂的作用机理及其复杂，另外，一种如下图所示的“架桥”机理模型受到也普遍重视6-7。1.在适宜高分子剂量下起始吸附 高分子 矿粒 不稳定矿粒过程1：分散体系中加入高分子絮凝剂，絮凝剂分子与颗粒碰撞，高分子中的某些基团在颗粒上吸附，其余部分伸向溶液，形成不稳定颗粒。2.异向或同向絮凝不稳定矿粒 随机絮团过程2：不稳定颗粒上的絮凝剂分子在另一个有吸附空位的颗粒上吸附，形成随即絮团，此时的絮凝剂分子在两颗粒间起架桥作用。3.高分子的二次吸附 不稳定矿粒 不与有空位的其他矿粒接触 再次稳定的矿粒过程3：不稳定颗粒上絮凝剂分子的伸向溶液的另一部分，
13、没有机会在其他颗粒上吸附，在运动过程中，有可能吸附在该颗粒的其他位置上，重新形成稳定颗粒。4.过量高分子的起始吸附 过量的高分子 矿粒 可稳定的矿粒（没有空位）过程4：当絮凝剂添加过量，颗粒表面为絮凝剂分子所饱和而不再有吸附空位，此时高分子絮凝剂不仅起不了架桥作用，反而因位阻效应使颗粒稳定分散。5.絮团的分散随机絮团 强烈或过长时间的搅拌 絮团碎片6.絮团的分散 絮团碎片 重新稳定的絮团碎片过程5、6：在强烈或长时间搅拌作用下，絮团破裂，伸向溶液的絮凝剂分子的另一部分在原颗粒表面的其他部位吸附，使颗粒重新分散。7.机械脱水收缩 随机絮团 不均匀力 稳定的絮团过程7：架桥作用形成的松散絮团，因外
14、部作用力不均匀，产生机械脱水收缩形成稳定的絮团。桥联机理认为：在絮凝剂分子浓度较低时，吸附在某个微粒表面上的生物分子长链可能同时吸附在另一个微粒的表面上，通过架桥方式将两个或更多的微粒联在一起从而导致絮凝。一般来说，絮凝剂的分子量越大对架桥越有利，絮凝效率高，但因为架桥过程中也发生链段间的重叠，从而产生一定的排斥作用，若分子量过高，则这种排斥作用会削弱架桥作用，使絮凝效果变差；另一方面，若絮凝剂的带电符号与微粒相反则絮凝剂的离解程度就大，电荷密度越高，分子越易扩展，越有利于架桥8。桥连作用的实质是高分子同时在两个以上的颗粒表面吸附，借助自身的长链特征把颗粒连结在一起。其必要的条件是：（1）高分
15、子在表面的吸附不紧密，有足够数量的链环、链尾向颗粒周围自由伸出；（2）高分子在表面的吸附比较稀松，颗粒表面有足够的可供进一步吸附的空位。一般聚合物分子是高分子量的长链大分子，并含有能与颗粒表面相互作用的化学基团。当一个聚合物分子与一个颗粒相互碰撞时，聚合物分子中的某些基团就会吸附在颗粒表面上，而其余部分就朝外伸向溶液中。如果第二个具有一些吸附空位的颗粒接触到聚合物分子的外伸部分，就会发生同样的附着。这样两个颗粒借助于聚合物形成聚集体，此时聚合物分子如同起到桥连作用。如果未碰到第二个颗粒，该聚合物分子的外伸部分可能吸附到原先被吸附颗粒的其它位置上，此时聚合物分子不再起桥连作用。当高分子絮凝剂添加
16、过量时，颗粒表面被聚合物分子所饱和，颗粒表面已无吸附空位而使聚合物失去架桥作用。同时由于高分子吸附膜有空间位阻效应使颗粒间互相排斥，颗粒又重新处于稳定分散。在某些情况下，强烈或长时间搅拌使絮团断裂，聚合物分子的外伸部分又反过吸附到原吸附颗粒表面的其它空位上，从而使颗粒又重新分散。高分子桥连的一个重要特点是在适当的条件下，吸附高分子可以跨两颗粒间的双电层而实现桥连。凝聚剂与胶粒的作用主要是靠静电引力和分子间力，这些力较弱，一般不超过2104J/mol，但某些有机高分子絮凝剂与颗粒之间的作用不仅具有静电力和分子间力，而且还具有较强的氢键和其他化学键结合力。因此它的吸附能力强，絮凝效果较好5、9。自
17、从1884年美国开发出无机絮凝剂硫酸铝并得到应用，至今对絮凝剂及机理的研究一直没有中断过。近些年絮凝剂的研究与开发活动日益活跃，新的产品体系不断涌现10。目前煤炭工业中所用的絮凝药剂主要有有机高分子絮凝剂和无机电解质凝聚剂两大类。有机高分子絮凝剂主要分为两大类，即合成有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂1、11。另外可按官能团的性质、原料类别、聚合度、产品形态等分类。一般按官能团离子型分类，即阴离子、阳离子、非离子三种，现在也有两性型高分子絮凝剂的研究和应用的报道12。目前选煤厂大多采用聚丙烯酰胺（PAM）作为絮凝剂，而聚丙烯酰胺又有不同的种类，对其种类和用量的选择是极为重要的。不同种类的聚丙烯
18、酰胺有不同的使用效果，用量过多不仅造成浪费，还会带来絮团聚积不易压缩的不良后果，甚至会引起煤泥水悬浮液稳定不沉降的状况；用量过少会降低煤泥颗粒沉降速度，影响煤泥水浓缩、澄清效果13。徐初阳14等人曾采用不同分子量、不同水解度和不同阳离子度的聚丙烯酰胺絮凝剂，对望峰岗选煤厂的浮选尾煤进行了絮凝沉降试验得出以下结论：(1)一般而言，聚丙烯酰胺分子量越大，其絮凝澄清效果越好，因而提倡采用高分子量的PAM用作煤泥水絮凝剂，其分子量当特性粘数为1000mlg左右即比较合适。(2)不同水解度的聚丙烯酰胺处理煤泥水时，以30水解度的PHP絮凝澄清效果最好。(3)不同阳离子度的聚丙烯酰胺有不同的絮凝效果，在C
19、PAM的CD值为15时对煤泥水的絮凝效果最好。无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚，故常常被称为凝聚剂15。在100多年的工业化发展阶段，无机絮凝剂除了产量的高速增长外，技术上也有了明显的进步和提高。在研究、开发和应用过程中，形成了铝系、铁系和聚硅酸等几大类产品11。对无机高分子絮凝剂的基础研究国外也已经有较多的文献报道16、17。目前，在煤泥水处理中，碱式氯化铝应用较多。由于碱式氯化铝（Al2(OH)nCl6-n）具有很强的电性中和能力，絮凝效果较好，且生产原料来源广，在煤泥水处理中的应用越来越广泛。由于絮凝剂与凝聚剂对煤泥沉降所引起的机理完全不同,凝聚剂是靠改变颗粒表面的电性质来实现
20、凝聚作用的,当它处理粒度大荷电量大的颗粒时,使用量就会很大,成本增加但处理荷电量小的微细颗粒时作用较好,而且得到的澄清水和沉淀物的质量都很高。絮凝剂用于水处理时,由于它不改变颗粒的表面电性,颗粒间的力仍然存在,产生的絮团蓬松,其间还有大量的水,澄清水中还含有细小的颗粒,但絮凝剂用量较低。由此可见,凝聚剂和絮凝剂在煤泥水处理中各有优缺点,复合使用将不仅降低成本,而且进一步提高煤泥水澄清效果。其二者的作用机理如图（图1-3）4。在二者联合使用的过程中,要注意的问题是:第一,加药顺序,不同的加药顺序可以得出不同的实验效果;第二,药剂用量,絮凝剂和凝聚剂和用量比不同得出的结果也不同18。图1-3 絮凝
21、剂与凝聚剂作用机理Fig.1-3 Mechanism of action of flocculant and flocculating agent温雪峰等人3从速度和浊度两方面综合考虑，聚丙烯酰胺和氧化钙配合使用，产生了良好的混凝效果。试验表明，当尾煤煤泥水浊度较低时，宜先投加氧化钙，后投加聚丙烯酰胺(相隔半分钟为宜)，使杂质颗粒先行脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺大离子的絮凝作用创造有利条件；如果煤泥水浊度较高时，宜先投聚丙烯酰胺，后投加氧化钙目的在于让聚丙烯酰胺先在较高浊度水中充分发挥作用，吸附一部分胶粒，使浊度有所降低，其余胶粒由氧化钙脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可降低氧化钙的剂量。氧化钙
22、破坏了胶体的稳定性，使原来不能沉降的颗粒可以沉降，但形成的颗粒粒度不够，沉降速度缓慢。投加PAM后，增大颗粒粒径，提高沉降速度。王少会等人19选用相同的试验煤样，不同的加药顺序进行絮凝试验，得出从透光率方面考虑加药方式应该是先加絮凝剂，搅拌10s后加凝聚剂。康文泽等人20通过现场实践表明在处理既有高灰煤泥又有低灰煤泥的煤泥水时，两种药剂配合使用时，先加凝聚剂后加絮凝剂的沉淀效果较好。于恒江等人21通过煤泥水沉降试验，选定了适合七河台精煤集团公司龙湖分公司煤泥水性质的加药顺序是先加凝聚剂后加絮凝剂，加药量是：凝聚剂A:3ml/L,絮凝剂B:6 ml/L；药比：A:B=1:2。梁清阳22在解决沙曲
23、选煤厂煤泥水沉降问题时得出合理的加药顺序应该是先加聚合氯化铝铁，后加聚丙烯酰胺。煤泥水的浓度和粒度对沉降和澄清效果有很大影响，在浓度超过一定浓度时，煤泥的沉降是整体的压缩沉降，其沉降的速度很慢；粒度越细，其压缩沉降的浓度也越低，煤泥水的分离澄清也就越困难。粒度细浓度高时，适当的在絮凝剂的使用上采取一定的措施，如用高分子量的絮凝剂，阴、阳离子配合使用等23。鹿志坚24用由克利尔公司用户提供的铜矿浮选尾矿进行试验,得出阴、阳离子絮凝剂合适的加药顺序为先添加阴离子絮凝剂，后添加阳离子絮凝剂。此外，搅拌速度和时间也是影响絮凝的一个重要因素。所有絮团都能被速度的剪切力所破坏，并且不易重新絮凝，这是因为，
24、若悬浮液中存在过剩的絮凝剂，它会吸附到絮团破损后的新表面上，这样由于过量絮凝剂分子被吸附而产生排斥力，使絮团更难重新形成。搅拌速度一般以4080r/min为宜，不要超过100r/min，搅拌时间以24min为宜，不要超过5min5。1.4 新型絮凝剂和其它工业污水用药剂及处理方法目前，一方面是水资源的不断减少，另一方面是污水废水的排放规模不断加大，种类不断增加，水中污染物的成分日趋复杂，对环境的危害日益加重，因此，水处理是一个迫在眉睫的问题。国内外广泛应用的水处理方法大致上可以分为物理处理法、化学处理法、生物处理法三种。其中混凝法作为一种物理、化学处理法，由于工艺简单、效率高、费用较低等优点而
25、应用广泛，絮凝剂在水处理中的地位越来越重要。首先,絮凝能有效脱除80%-95%的悬浮物质和65-95的胶体物质,对降低水中COD值有重要作用；再者,絮凝对去除水中的细菌、病毒效果稳定,通过絮凝净化,一般能把水中90%以上的微生物与病毒一并转入污泥,使处理水的进一步消毒、杀菌变得比较容易；此外,日益受到重视的水体富营养化、废水脱色等问题,采用无机絮凝剂比生物法除磷、脱色效果好；最后，污泥脱水是当今废(污)水处理的主要问题,迄今最可行的办法是投加适当的阳离子高分子絮凝剂(普遍采用聚丙稀酰胺)，改善污泥状况,以便下一步机械脱水处理。值得注意的是,当代的无机混凝剂和有机高分子絮凝剂正在逐步扩大其应用领
26、域,主要来自环境保护的要求。在水处理的应用实践中,国内外的水法冶金、石化、造纸、钢铁、纺织、印染、食品、酿造等多种行业的废水处理,使用絮凝法的水处理比例约占55%-75% ,而自来水工业几乎100%使用絮凝法作为净水手段,以及微生物絮凝剂处理淀粉废水, PHM-Y 絮凝剂处理含乳化油废水等。由于絮凝法在水处理与污泥脱水中具有较明显的技术经济效益,国外高分子絮凝剂的生产与消费近5年仍保持6.5%的年增长速度。我国无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂大体维持在年平均10%的增长速度25。然而，随着水处理难度的加大，传统的絮凝剂已不能满足现有絮凝技术的需要，新型絮凝剂的研究和开发已成为当今世界各国的重要研究
27、课题之一。无机聚合絮凝剂是目前研究比较多的一类高分子絮凝剂, 它的研究与开发始于20世纪60 年代后期, 发展至今正逐步取代无机低分子絮凝剂而广泛应用于多种水处理工艺中。该药剂具有比无机低分子絮凝剂更强的电中和能力, 更高的分子量、更强的吸附性能和更高的稳定性。无机聚合絮凝剂的水溶液具有一定的对酸碱的缓冲作用,对被处理水的pH 值要求较低, 投加量较少, 成本相对较低, 因此有逐步成为主流药剂的趋势。对于无机聚合絮凝剂的研究开发，目前国内外都十分活跃，特别是复合型无机聚合絮凝剂的工艺及性能研究已有许多报道26-30。复合絮凝剂目前研究较多的是无机无机复合型，如聚合氯化铝铁、聚合硅酸铝、聚合硅酸
28、铝铁、聚合硫酸铝铁等。无机有机复合型絮凝剂也有研究。 石太宏等人31对基于固体聚硫酸铁(PFS) 的制备方法, 实验室制备了固体聚磷硫酸铁(PPFS) , 并对其絮凝性能进行了研究。研究表明PPFS 絮凝剂对水中Cu2+ 和CODMn在pH 值为1011时的去除率分别为90% 和80% 以上。石宝友及汤鸿霄等人32利用聚合铝与有机高分子絮凝剂复合, 试验表明其所制得的絮凝剂在水处理的絮凝方面有着良好的效果。尹承龙，单忠健等人33对聚铁硅的复配方法进行了改进，研制出新型聚铁硅复合絮凝剂，并利用模拟的煤泥水样进行了相关的试验研究，结果表明，在适宜的OH/Fe比合Si/Fe比下，配置的聚铁硅复合絮凝
29、剂具有优良的絮凝性能，经过一定的存放熟化并在一定范围的pH值使用，对煤泥水颗粒物具有较高的絮凝沉降。有机高分子絮凝剂，除前面所介绍的聚丙烯酰胺之外，目前国内外已成功地研制出第二代人工合成有机高分子絮凝剂, 主要有聚二甲基二炳基氯化胺(PDADMA )、二甲基二烯丙基氯化胺丙烯酰胺(DMDAACAM ) 及(甲基) 丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺2丙烯酰胺(DMCAM 共聚物)等。它们与聚丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂相比,具有阳离子单元结构稳定且高效无毒的优点, 广泛应用于石油开采、造纸、染料及印染等工业废水处理领域。我国科技工作者研制生产的双氰胺甲醛类阳离子絮凝剂应用于高色度染料、染色等工业废水处理
30、, 其中色度去除率达80%99% ,COD去除率达50%90%34。郭玲香等35将二乙胺与环氧氯丙烷在一定条件下进行线性聚合，得到水可溶性线性结构的季铵盐聚合物，再用丙烯酰胺进行接枝反应，合成了聚季铵盐丙烯酰胺接枝共聚物PQAAM。发现它对细粒煤泥即具有电性中和作用，又具有桥联作用，明显改善煤泥水的絮凝效果。聂新鹏等36仿效絮凝与凝聚作用强化原理，使用不同药剂、添加剂或不同配比与多胺类阳离子絮凝剂进行复配，制得了絮凝效果更好的复合阳离子絮凝剂MN-5，在对煤泥水治理进行的工业性试验中，使煤泥的絮凝沉降获得了较好的效果，促进了煤泥厂内回收，及洗水闭路循环，提高了经济效益和社会效益。 除上述几种，
31、高分子量的聚氧化乙烯和聚丙烯酸钠等有机合成高分子聚合物在处理悬浮液中粘土类杂质时也是很有效的絮凝剂，在采矿工业中得到广泛的应用1237。天然有机高分子絮凝剂主要有各种淀粉及其残渣、藻类和壳聚糖、甲壳素类等。淀粉类絮凝剂的使用效果一般比无机电解质要好，但由于其中淀粉是粮食制品，大量用在工业生产中是不合理的38。甲壳素是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物，壳聚糖则是甲壳素脱乙酰化的产物，由于这类物质分子中均含酰胺基、羟基，因此具有絮凝、吸附等功能。壳聚糖作为一个线性聚胺，当它在酸性介质中溶解以后，随着胺基的质子化，即表现出阳离子聚电解质的性质，不仅对重金属具有鳌合作用，还可有效的吸
32、附水中带负电荷微粒22。然而尽管无机电解质凝聚剂（如聚氯化铝）和有机高分子絮凝剂（如聚丙烯酰胺）能满足实际工业生产的要求，但因其价格较昂贵，或者使用量较大，不仅增加了企业的经济负担，而更为重要的是，这些絮凝剂的大量使用，会造成一定的环境污染，危害人类生存环境。有关研究表明，老年性痴呆与聚氯化铝的摄入量有关，而聚丙烯酰胺有腐蚀性，其单体具有强烈的神经毒性，并且还是强的致癌剂。因此，开发高效、安全、无污染的新型绿色煤泥水处理絮凝剂，对于生产工艺的改进、人类健康和环境保护等都具有重要的现实意义38。微生物絮凝剂（Microbial Flocculant，简称MBF）能满足上述要求39。生物絮凝剂是具
33、有高效絮凝活性的微生物代谢产物或化学改性天然有机高分子絮凝剂,是利用生物技术,通过培养微生物的方法得到的一类新型絮凝剂,其化学成份主要是糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和核酸等物质,分子量约为几十万以上40。微生物絮凝剂使用条件粗放，它不仅具有传统絮凝剂的特点，而且还具有生物降解等许多独特性质。其起絮凝作用的主要是微生物所产生的覆盖在菌体外生物高分子聚合物，包括机能性蛋白质和机能性多糖成分，其特定的成分决定了其具有可分解性及对环境和人类无毒无害等特性。这是其它无机和有机絮凝剂所无法比拟的。据报道，国外于20世纪60年代开始就有人应用微生物进行矿物絮凝的研究。Gary等人39于1963年报道了用细菌
34、和菌纲絮凝佛罗里达磷灰石粘土矿的研究；在20世纪70年代,日本学者在研究酞酸酯生物降解过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液,20世纪80年代后期,制成了命名为NOC-1的第一种微生物絮凝剂,它是目前发现的最好的微生物絮凝剂41；1994年Schneider等人42报道了用酵母念珠菌及其衍生物絮凝细粒赤铁矿、方解石和高岭土悬浮液等的研究结果。R W Smith等人41【43-45】曾研究利用草分枝杆菌作为磷矿、赤铁矿、方解石、煤和高岭土等多种矿物的絮凝剂，取得较好絮凝效果。Suh等46从土壤样中分离并鉴定了能产生优良絮凝物质的杆状菌株。Uma 等47利用富集培养法从受污土壤样中得到格兰氏阳性的杆状菌株。国内，对微生物絮凝剂（MBF）的研究资料相对较少，研究领域也很有限，应用微生物作为煤泥水处理絮凝剂的研究目前未见报道。1.5 论文研究的目标 本课题的研究目标是：合理制定一种处理高泥化煤泥水的药剂制度，分析凝聚和絮凝机理。通过大量的絮凝沉降试验，试验多种药剂制度的絮凝效果，根据煤泥水的特性，确定一种沉降速度、压实程度、澄清度均效果较好的处理方案；并通过一定的测试手段，探讨在絮凝沉降过程中无机凝聚剂及有机高分子絮凝剂的作用机理。为实际工业生产解决问题的同时，在科学研究领域也得到进步。
