摘要
近年来国际市场能源价格大幅上涨，国内煤炭、电力供需持续偏紧，能源供给不足问题日益尖锐。作为国家重要的能源大省及电力输送大省，山西省 2022 年煤炭产量达13.07亿吨，占全国煤炭产量29.04%，位居全国第一，向省外调煤炭7.60亿吨，外调量占产量比重达到 63.14%。与此同时，山西省作为典型的水资源匮乏省份，水资源总量仅占全国 0.4%，人均占有水资源量仅为全国平均水平的 17%。而每年因采煤产生的煤矿矿井水多达4亿多立方米，其作为一种潜在的宝贵资源若经合理的资源化利用，将具有极大的社会效益与经济效益。混凝沉淀作为矿井水处理的核心工艺，可有效去除矿井水中煤粉及岩砾等特征污染物是矿井水进一步处理回用的基础。但实际中上级公司仍倾向于采购品质不明、价格低廉的混凝药剂，导致污水厂对所使用的药剂品质及性能缺乏正确认识。此外，目前已有的混凝指标评价方法十分割裂且不完善，存在明显缺陷。故对评价方法革新并建立联系，形成一套全面有效的煤矿矿井水混凝药剂评价体系，在确立客观准确的检测、分析方法的同时深入探究相关指标的处理特征是后续混凝剂优化及开发的关键。 本文以山西省太原市某煤矿矿井水原水作为实验对象，围绕七种水处理常用混凝药剂（24% /26% /28% PAC、BAC、PFS、PAFC、PASF）开展矿井水处理研究，拟建立以混凝药剂特性、混凝过程絮体特征、混凝处理效果为主的适用于煤矿矿井水的混凝药剂评价体系。在国家、行业水处理标准及相关文献的基础上，对药剂纯度、盐基度、水解聚合形态等混凝药剂特征指标测试方法进行优化，并以除浊能力为参考标准有效验证了结果的准确性。通过激光粒度仪实现了不同投加量的混凝药剂/混凝体系在混凝过程中絮体粒径、分形维数等指标的动态监测，并探究了混凝进出水悬浮物粒径分布及浊度、pH等水质指标变化的差异性，得到以下几点结论： （1）在混凝剂投加量未饱和时，中聚合形态占比对混凝效果的影响大于纯度、金属离子耦合等因素，其含量越高，通过吸附电中和作用去除负电荷悬浮颗粒的能力越强，并且对絮体粒径、絮体破碎系数/恢复系数、分形维数、絮体沉降体积等絮体特征指标及混凝出水＜5 μm细微颗粒、悬浮体系Zeta电位及色度、出水pH值等水质指标均具有一定影响。 （2）在混凝剂投加量饱和后，高聚合形态含量代替中聚合形态成为主导指标，其主要与混凝剂吸附架桥与网扫卷捕作用相关。 （3）此外，各混凝体系相关指标处理特征与单独投加混凝剂表现一致，聚丙烯酰胺的引入显著增大了絮体粒径，可进一步捕集水体中难以自然沉降的胶体颗粒尤其＜5μm组分，从而提高混凝性能。 本文以高悬浮物高浊度矿井水为研究对象，探究了不同混凝条件下混凝药剂特性、混凝过程絮体特征、混凝处理效果之间的相关性，深入分析市场常规混凝药剂品质及性能，为后续应用于煤矿矿井水混凝剂的开发及混凝剂的适配性研究提供理论基础及数据支持。
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