煤对煤化工废水典型组分的吸附特性及吸附后煤的成浆机制研究

Aiming at the high cost and recycling difficulty when using activated carbon to treat coal chemical wastewater (CCW), this project presents a new path that coal is used to adsorb the pollutant in CCW, and then the adsorbed coal is collected to preparing coal water slurry (CWS) for clean utilization. The single and competitive adsorption of typical components in CCW and dispersant for CWS preparation on coal with different coalification level will be investigated along with their capacity, reaction dynamic and thermodynamic properties, in order to find the realization conditions for the optimal adsorption. The influence of coal physical and chemical structure on adsorption will be studied, and the mutual interference mechanism among the typical components and dispersant will be revealed. In the study of CWS preparation with adsorbed coal, the surface properties of adsorbed coal, the mechanical properties of the adsorption film, and the rheology of liquid phase will be investigated to reveal the influence mechanism of the typical components on the dispersing/gathering behavior of adsorbed coal, and on the CWS rheology. The completion of this project will not only provide a simple, effective and cheap routine for CCW treating, but also will expand the utilization of coal resource and clean coal technology, and improve the CWS theory.

针对活性炭处理煤化工废水成本高且再生困难的问题，本项目提出了一条利用煤作为吸附剂替代活性炭用于吸附处理煤化工废水，吸附后富集制备水煤浆清洁利用的新思路，并将系统研究煤化工废水中典型组分以及分散剂在不同变质程度煤上的单组分吸附和多组分竞争吸附动力学和热力学特征，探明不同变质程度煤对煤化工废水典型组分的最大吸附能力及实现条件，明确煤理化结构对其吸附能力的影响规律，揭示典型组分和分散剂在煤表面上吸附的相互干扰机制；还将系统研究吸附煤的成浆特性，考察吸附煤表面电性、吸附膜机械特性和液相流变性的变化规律，揭示典型组分对吸附煤颗粒分散/团聚行为的影响机制，解析典型组分吸附对吸附煤宏观成浆特性的影响规律和细观机制。本项目不仅可以为煤化工废水的处理提供一条简便、高效且低成本的工艺路径，而且可以拓展煤炭资源的利用范围和现有洁净煤技术的应用范畴，并可以丰富现有水煤浆技术理论。

本项目在颗粒学、界面科学等基础理论的指导下，针对煤化工废水处理难度大的问题，通过结合吸附和制浆两种工艺技术，利用现代分析技术，系统研究了煤对煤化工废水典型组分的吸附脱除特性及其对水煤浆流变性、稳定性的影响机制。项目主要取得了如下研究结果：1）提出了利用褐煤作为吸附剂，预处理未经生化处置的高COD浓度废水，而后制备为高浓度废水煤浆加以处置的工艺方法，可以实现原水COD降低30%以上，有效降低后续生化处置难度，提高处置效率；2）通过分析研究煤化工废水典型结构组分——氨氮（离子）、苯酚（酚类）、吡啶（杂环）、喹啉（杂环芳）、分散剂（稠环）——在煤表面的吸附动力学和热力学，充分认知了几种物质在煤表面的吸附结构和机制，及其发生竞争性吸附的特性，发现氨氮和苯酚具有协同吸附效应，而另外三种间具有位点竞争吸附特性；3）通过上述组分与分散剂间的多组分竞争吸附特性研究，探明了氨氮对分散剂吸附具有强化作用，而另外三种对分散剂具有位点争夺作用，降低分散剂的吸附量；4）通过多组分制浆流变性和稳定性检验，发现了四种物质对水煤浆流变性均具有一定的恶化作用，且以氨氮影响最为显著，探明了其恶化机制为相应组分对水化膜厚度和机械强度的影响。从科学角度来看，本项目有序推进了水煤浆制备技术的发展，且使我们进一步认识了水煤浆的本质是一种高浓度的具有固液稳定悬浮结构的粗分散体系，其中的煤颗粒（固相）具有一般颗粒学特征，固液界面的水化膜尺度与力学结构是影响浆体流变特征的关键机制。因此项目的主要研究成果可以为其他行业的相似研究提供有价参考。从生产实践来看，本项目的研究结果可以为水煤浆技术处置煤化工废水方法提供指导性意见。