摘要：为研究煤泥对乳液废水絮凝处理的影响，将煤泥与PAC、PAM耦合处理模拟矿井水乳化液。煤泥用量为2 g时，与未添加煤泥相比，COD去除率增加了16.1%。沉降时间测定和絮体显微镜观察结果表明，PAM用量为2 mg/L时，形成的絮体大且密实，沉降速度快，经过52 s，压缩絮体体积就能达到5 mL。由于煤泥中黏土矿物和煤颗粒的吸附作用，以及絮体的网捕卷扫作用，部分有机物随着絮体沉降，使废水中的COD值减小。

　　关键词：煤泥；乳化液；絮凝；PAM，COD

　　0引言

　　煤炭开采过程中会产生大量矿井水。由于采煤机械在检修和搬运过程中，部分矿用液压支架乳化液进入矿井水中，以及矿井水中存在的天然溶解性有机物，使得矿井水的化学需氧量（COD）较高，经过处理才能达标排放。有研究表明，矿井水中的颗粒态有机物可随悬浮颗粒物沉降而得到去除，而可溶性有机物可通过黏土矿物的吸附而得到去除。

　　废水中COD的处理方法有混凝法、化学氧化法、吸附法、过滤法等。絮凝是矿井水处理的常用方法，在矿井水中加入絮凝剂PAC和PAM能去除绝大部分的悬浮物。本研究将煤炭分选副产品煤泥和PAC、PAM耦合处理模拟矿井水乳化液，考察煤泥和PAM用量对模拟废水中COD去除率的影响。并通过沉降时间测定和絮体显微镜观察，对煤泥和PAC、PAM耦合促进COD去除的机理进行分析。

　　1实验部分

　　1.1试剂和仪器

　　1.1.1试剂

　　煤泥取自豹子沟煤业有限公司，矿用液压支架乳化液取自庞庞塔煤矿。阳离子型聚丙烯酰胺（PAM）、重铬酸钾、硫酸汞、硫酸银、硫酸亚铁铵、试亚铁灵指示剂购自上海麦克林生化科技股份有限公司。

　　1.1.2仪器

　　JQ-100 COD消解器，泰州市加权仪器有限公司；LC-ES-120SH电动搅拌器，力辰科技；HC103水分测定仪，瑞士梅特勒托利多；CTM500B型智能马弗炉，SmartLab X射线衍射仪。

　　1.2实验方法

　　1.2.1絮凝实验

　　采用矿用液压支架乳化液配置体积分数0.1%的模拟乳液废水，取200 mL模拟乳液废水置于500 mL烧杯中；加入一定量的煤泥，500 r/min搅拌分散5 min；加入80 mg/L的PAC，在200 r/min转速下快搅1 min，再加入不同用量的PAM在200 r/min转速下快搅3 min；最后在100r/min转速下慢搅15 min。静置30 min后采用重铬酸盐法测定溶液中剩余的COD值，根据式（1）计算COD去除率η。

　　式中：c0、ct分别为絮凝前后模拟废水中COD值。

　　1.2.2废水中COD的测定

　　COD的测定参照国标《水质化学需氧量的测定-重铬酸盐法》（HJ828—2017）：

　　第一步：模拟废水絮凝慢搅后静置30 min，从液面上取上清液，过0.45μm水系膜，取10 mL过膜后的溶液放入250 mL消解瓶中。

　　第二步：加入0.2 g硫酸汞，摇动使其溶解，再加入5.00 mL重铬酸钾标准溶液（0.250 mol/L）及6粒小玻璃珠，连接磨口冷凝管，从冷凝管上口缓慢加入15 mL硫酸-硫酸银溶液（通过在500 mL浓硫酸中加入5 g硫酸银制备），摇动消解瓶使溶液混匀，加热回流2 h（自开始沸腾时计时）。

　　第三步：冷却后，用40 mL水冲洗冷凝管壁，取下消解瓶。

　　第四步：溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液（0.05 mol/L）滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵溶液的用量。

　　第五步：取10.00 mL絮凝实验用的去离子水，按同样操作步骤做空白实验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵溶液的用量。

　　根据式（2）计算模拟废水中残留的COD（O2，mg/L）：

　　式中：V0、V1、V2分别为滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液体积、滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液体积、水样的体积，mL；c为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L。

　　1.2.3沉降时间测定

　　将絮凝慢搅后的乳液废水缓慢倒入250 mL具塞量筒中，轻轻地来回颠倒3次，放置在桌面上观察絮体沉降情况，并记录量筒底部压缩絮体体积为5 mL时的沉降时间。

　　1.2.4煤泥性质分析

　　工业分析：针对自然风干的煤泥，按照《煤的工业分析方法》（GB/T 212—2008）进行工业分析。水分采用HC103水分测定仪测定，灰分和挥发分采用CTM500B型智能马弗炉测定。

　　灰分中矿物分析：采用SmartLab X射线衍射仪对煤泥的物相组成进行分析。扫描速度为2(°)/min。采用软件MDI Jade5.0进行定性分析。

　　2结果与讨论

　　2.1煤泥性质

　　煤泥的工业分析见表1，灰分和固定碳含量分别为27.70%和43.92%。煤泥中含有较多的煤颗粒，呈黑色。

　　为分析煤泥中的灰分矿物组分，对煤泥进行物相分析，结果如图1所示。煤泥的主要成分为碳酸钙、石英以及黏土矿物高岭石。

　　2.2煤泥用量对COD去除率的影响

　　将煤泥与PAC、PAM耦合处理模拟乳液废水，固定PAC用量为80 mg/L、PAM用量为4 mg/L，考察煤泥用量对COD去除率的影响，结果如图2所示。随着煤泥用量的增加，COD去除率先增加，后趋于稳定。当煤泥用量为2 g时，COD去除率为21.90%，与未添加煤泥相比，COD去除率增加了16.1%。一方面，由于煤泥中黏土矿物和煤颗粒的吸附作用，部分有机物得到去除。另一方面，煤泥的存在能加速乳液絮体的沉降，由于絮体的网捕卷扫作用，部分有机物随着絮体的沉降而得到去除，从而去除了部分COD。

　　2.3 PAM用量对COD去除率的影响

　　PAM是应用广泛的助凝剂，对絮体的形成和稳定具有重要的作用。固定PAC用量为80 mg/L、煤泥用量为2 g，考察PAM用量对COD去除率的影响，结果如图3所示。PAM用量为2 mg/L时，COD的去除率为21.86%。继续增大PAM用量对COD的去除率几乎无影响。

　　2.4 PAM用量对煤泥沉降性能的影响

　　为进一步解释煤泥和PAM用量对COD去除率的影响，通过沉降实验，分析了PAM用量对压缩絮体体积为5mL时沉降时间的影响，结果如图4所示。同时通过显微镜观察了PAM用量为0 mg/L和2 mg/L时的絮体，如图5所示。PAM用量为0 mg/L时，煤泥几乎没形成絮体，沉降速度很慢，经过730 s，压缩絮体体积才能达到5 mL；PAM用量为2 mg/L时，形成的絮体大且密实，沉降速度快，经过52 s，压缩絮体体积就能达到5 mL。部分有机物随着絮体沉降，使废水中的COD值减小。

　　3结论

　　絮凝前添加煤泥能促进废水中COD的去除。适宜用量的PAM能使煤泥形成大且密实的絮体，煤泥的存在能加速乳液絮体的沉降。由于煤泥中黏土矿物和煤颗粒对有机物的吸附作用，以及絮体的网捕卷扫作用，部分有机物随着絮体的沉降而得到去除，使废水中的COD值减小。

       参考文献：

　　[1]丁永红，申海生，王坤，等.矿井水微量乳化油去除试验研究与应用评估[J].能源环境保护，2019，33（6）：39-41.

　　[2]Tao Jiang,Ulf Skyllberg,Eric Bjorn,et al.Characteristics of dissolved organic matter(DOM)and relationship with dissolved mercury in Xi-aoqing River-Laizhou Bay estuary,Bohai Sea,China[J].Environ-mental Pollution,2017,223:19-30.

　　[3]蒋斌斌，刘舒予，任洁，等.煤矿地下水库对含不同赋存形态有机物及重金属矿井水净化效果研究[J].煤炭工程，2020，52（1）：122-127.

　　[4]麻博，林智炜，孙超，等.复合絮凝剂的制备及其在高浊矿井水中的应用[J].洁净煤技术，2022，28（2）：186-194.

　　[5]马子昂，张安龙，王先宝，等.高效破乳剂混凝剂去除兰炭废水中COD的研究[J].应用化工，2024，53（2）：319-321.

　　[6]李刚，柴阳，朱轲，等.复合絮凝剂在含悬浮物矿井水处理中的应用[J].煤炭加工与综合利用，2021（11）：92-96.