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  • 2022-04-22 11:21:41 发布

油砂细尾矿无害化脱水处理研究

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天津科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的レ成果。除文中特别加ッ标注引用的内容外,本论文不包括任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果内容,也不包括为获得天津科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文研充做出重要贡献的个人和集体,均己在文中W明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名苗巧?曰期i:兴记年^月t日知识产权和专利权保护声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师具体指导下并得到相关研究经费支持下完成的,其数据和研究成果归属于导师和作者本人,知识产权单位属天津科技大学;所涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天津科技大学所有。本人保证毕业后,一1^本论文数据和资料发表论文或使用论文工作成果时署名第单位仍然为天津科技.大学。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。.’作者签名:马巧—口日期/、:2年^月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,同意公布论文的全部或部分内容,允许论文被查阅和借阅。本人授权天津科技大学可W将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、,可采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。""保密[](请在方框内打V),在年解密后适用本授权书。本学位论文属于""不保密(请在方框内打V)。[3。作者签名;縣日期:i咬年弓月日导师签名:日期。:1化年月日^ 摘要,人们对能源的需求与能源供应的矛盾日益凸显随着社会经济的不断发展,未来能源的巨大缺口在很大程度上要依靠包括油砂在内的非常规油气来弥补。如何应对随着油砂开采不断产生的油砂细尾矿成为迫切需要解决的问题。,通过加入不同的絮凝W加拿大某油砂细尾矿为实验对象,采用化学固液分离法剂、助滤剂强化脱水效果。实验结果表明,油砂细尾矿经过稀释后才能实现固液分离。将油砂细尾矿稀释4倍,加入150mg/kg阴离子絮凝剂A1W0PAM处理油砂细尾矿后,滤饼含水率最低降至35.33%2%的珪藻±能显著地减少污泥抽滤时间和滤;加入饼含水率;油砂细尾矿脱水处理中的泥浆抽滤水可作为稀释水进行回用,根据循环水中污染物浓度与循环次数的关系,可W得出2个循环周期即循环10次最佳。在此基础上提出了油砂细尾矿脱水工艺。,油砂细尾矿经脱水后形成滤饼,若将滤饼进行填埋堆放容易污染止壤及地下水。因此将尾矿滤饼与水泥进行混合固化处理制成建筑材料,起到固废重新利用的效果。°4470C水24h水灰比为0.,浴养护后测定固化块抗压强度。随着滤饼含量的增加,泥,块抗压能力逐渐下降,根据固化块的抗压强度可知固他块可W满足多种建筑材料的-《棚体结构设计规范KGB500032001)15MPa抗压强度要求;如国家,墙体材料要求,路基基层设计强度3.5M化。同时考虑滤饼含量,因此选择固化块细尾矿含量为25%为最佳建筑材料。若滤饼含量增加到27%,由于滤饼中含有大量粘止,将导致固化水泥浆严重稠化,所W不适用于建筑材料。对滤饼形成的水泥固化块粉碎按照固体废物--水平振荡法浸出毒性浸出方法(HJ—200OD溶出量5571)测得水泥固化块C,重金属01、Pb、打1、Zn溶出量。结果显d一不COD与重金属C、Pb、Cu、Zn溶出量远远低于国家级水质排放标准,且随着水泥固化块浸泡时间的延长,COD与重金属CM、Pb、Cu、Zn溶出量较为稳定。说明水泥浆固化能有效地降低油砂细尾矿泥饼对环境的污染,同时达到固废重新利用的目的。:油砂细尾矿关键词;脫水剂;絮凝;助滤剂;脱出水;循环:资源化 ABSTRACT,Inustover40earstheworldsoulationhasalmostdoubledtosevenbllio.ppinGlobaljym*socialeconomyhashighspeeddevelopent,gieatachievementsi打manyfields.Suchchangeshaveresultedi打greatressureonnaturalresourcesessentialforfoodmaterialsp,a打denerwithmininmininactivitiesacrosstheworldexa打dintomeetdemand.gy,ggpg*Whilstmininofnaturalresourcesisessentialthereaieinevitableenviromne打talconcernsg,reardinmininracticesmostofwhichrelatetowaterconsumtionollutionairandgggp,p,p(Htttttlandandlanddisturbances.owodealwihashearsandsarefi打eailinssands),gbecameanurentneedtosolvetherob.gplemDehydrationofoilsandsfine化ilingsfromCanadawasstudiedbyadding打occulantsanda-filteraid.Theexperimentalresultsshowthatthesolidliquidseparationoftheoilsandsfineta打scanoneachevedbdilutio打ofthemud.heresidualmostureconte打toteiliglybiyTifh〇oilsands打netailingscanbereducedtoaslowas35.33/〇aftersubjectinginUimtodilution°wtwaterto25/oftsoriinalsoicon1:enttreatmentwitanoncocculantA1920ih化p〇igldhiifl,〇PAMatadosageof150mg/kgandvacuumfiltration.Additionof2/〇diatomitecansignificantlyreducethesludgesuctionfiltertimeandmoistureCO打tentoffiltercake.Fitratesdurinwastedrillinmudfiltrationcanbereccledastdilutionwatelggy;her.Accordi打totherelatio打shipofcirculatingwaterpoUuta打tconce打trationandccleswegy,ndaw*cartwocyclesthatcyclebest10times.Basedontheexperimentaliesultsa.dehydrationrocessforoilsandsfmetaili打swasroosed.pgppOilsandsfmetailingst:oformacakeafterdehydration.Ifthecakeforlandfilldumpsitcan,^beeasilycontaminatedsoilandgroundwater.Theieforethetailinscakemixwithcement,gsolidificationrocessmadeconstructionmaterials,havetheeffectofsolidwasteforreuse.p,cementttWiththeincreaseofthecontentofthecakeblockcompressivesrenghdecreased.Ingeneral,thecementblockscanmeetthereuirementsofthestrengthofavarietyofqbuildingmaterials.Suchas,wallmaterialminimumstrengthrequirementsfor15Mpa.Subgmdematerialrequiresami打imumstre打thof3.5Mpa.TTaki打gi打toaccountthecontentgtosenetattttofhecakethereforechothecementblockfiilinsconenof25%forhebes,gbuildingmaterials.-ThedissolutionofblocksofcementsolidificationdetectbySolidwast:eExtractionrocedurefor-J557-Aftpleachi打gtoxicityHorizontalvibratio打methodM2010.ercurin()gcement,oilsandsfinetailingsdissolubilityCODclearwaterqualitylevelislowerthanthefirstclassnationaldischargestandard.Themudcakethrouhtheslurrycurinrocessing呂pg,heavymetaldissolutionquantUyismuchsmaller化an1;henationalstandard.Thisshowsthatthecementslurrycuringcanefectivelyreducetheollutio打totheenvironmentofmudpcakeandachievetheoalofsolidwastereuse.,g Kewords:fmetaili打ssandsdehdratinaentocculationfilteraiddehdrationyg,ygg,fl,,y,ccleresourcerecovery,y 目录1前胃11.11概述1.2油砂细尾矿危害性11.3泥浆脱水性能及评价21.4现阶段尾矿脱水处理方法31.41.絮凝剂对油砂细尾矿进行脱水4-1.4.2冰冻解冻法51.4.3电场脱水法614..4石灰与电级加热协同作用61.47.5其他方法1.4.6物理助滤剂助滤作用951.选题依据与研究意义101.6研巧内容101.17工艺路线12实验部A12.2.1实验药品与仪器122丄1实验药品122丄2实验仪器122.2油砂细尾矿组分分析13221..1含水率测定32.2.2含油量测定13213.2.3灰质含量的测定21.3最佳脱水工艺的确定32.3.1油砂细尾矿稀释倍数的确定13214.3.2揽拌强度与揽拌时间的确定2.3.3脱水剂的筛选142.3.4化学助滤剂的筛选152.3.5娃藻主助滤实验162.4污泥比阻的测定162.5泥浆脱出水循环利用实验172.6泥饼的固化实验182.7固化模块抗压强度的测定182.8脱出水水质检测18I 2D.8.1CO检巧U18i22T1.8.C与TOC的检汲j92.8.3浊度的检测202.8.4重金属含量检测2021.9固化块浸出性实验2i2.9.1COD检现21JTOCi222.9.2TC与的检巧j2.9.3重金属含量检测223实验结果与分析233.1油砂细尾矿物理特性233丄1油砂细尾矿含水率233丄2油砂细尾矿含油量243丄3油砂细尾矿灰质含量253.2油砂细尾矿稀释倍数的确定253.3絮凝揽拌强度的确定%3.4脱水剂筛选的确定27.34.1APAM分子量为1200万)最佳加量的确定27(3.4.2(2APAM分子量为1800万)最佳加量的确定73.4.3APAM(分子量为2000万)最佳加量的确定283.4.4APAM(分子量为2200万)最佳加量的确定283.4.5A1920PAM最佳加量的确定283.5油砂细尾矿污泥比阻测定293.5.1未经稀释油砂细尾矿污泥比阻测定303.5.2稀释4倍后油砂细尾矿污泥比阻测定303.5.3A1920PAM对油砂细尾矿污泥比阻的影响31354(分子量为1200万)APAM对油砂细尾矿比阻值的36..影响3.5.5(分子量为1800万)APAM对油砂细尾矿比阻值的影响%3.5.6(分子量为2000万)APAM对油砂细尾矿比阻值的影响413.5.7(分子量为2200万)APAM对油砂细尾矿比阻值的影响443.5.8污泥比阻值误差分析473.6挂藻止助滤473.7化学助滤剂协同作用483-.7.1OP10助滤效果483.7.2全氣非离子表面活性剂助滤效果483.7.3低泡表面活性剂助滤效果49II 3.7.4氣离子表面活性剂助滤效果503-.7.5OP15助滤效果503.7.6各种化学助滤剂助滤效果对比503.8脱出水循环试验513.9添加珪藻主后脱出水循环试验543.10不同循环次数脱出水抽滤时间对比与分析543.11油砂细尾矿滤饼的资源化%3.12油砂细尾矿脱出水水质检测573.13水泥固化块溶出性检测604油巧细尾矿脱水工艺确定625结论636展望647参考文献658攻读环境工程硕±学位期间发表论文情况709致谢71III 天津科技大学硕上学位论文■,,>一W1刖旨1.1概述20年,80预计未来随着全球人曰膨胀至约亿,全球能源需求将增长35%。为满,全球的组织机构都在不懈地探索新能源的商业化开发之路足需求,在风能、太阳能、一生物质能,但后石油时代是个新的主体能、核能等利用领域取得了令人欣喜的成绩一1[1i?源的接替时期,所^^>它将是个相当长的时期,至少需要2030年,甚至更长时间。因此,未来能源的巨大缺口在很大程度上要依靠包括油砂在内的非常规油气来弥补。>2P一x1世界油砂资源可提炼淑青约3.74l〇桶,其中加拿大油砂资源占有量位居第,2xi2i2xig约为.9l〇桶.7M;俄罗斯位居第二,约为〇〇桶;美国位居第S,约为6.91〇桶。我国油砂资源也很丰富,但开发进程慢,还处于研究阶段。油砂亦称焦油砂,由一砂粒或岩石,、水和稠油组成是种重要的非常规石油资源。油砂稠油的密度通常大34cmx,,黏度大于ll〇mPas,因此也被称为渐青。在进行大规模工业化生产时于,Ig/W33采用热碱水抽提法对油砂进行开采。而每开采Im的渐青,就会产生1.5m的尾矿,粗砂粒迅速从泥浆中沉淀分离当尾矿排放到尾矿巧中,而细小的颗粒在悬浮液中形成稳定的分散体一,经过段时间后这些分散体形成了固含量约30%的凝胶状泥浆,被口1成为细尾矿(MFT)。油砂细尾矿(MFT)含有约70%的水,这些水由表面吸附水、间隙水、毛细结合W水与内部结合水近成,阻碍污泥颗粒的结合,形成稳定的胶体分散系统。表面吸附水是指吸附在污泥颗粒表面的水分。污泥的颗粒小,吸附,比表面积大力大,,相互排斥,带有相同性质的电荷,妨碍颗粒的聚集而保持稳定状态因此表面吸附水用普通的浓缩或机械脱水方法去除比较困难。加入絮凝剂后,污泥胶体颗粒的一电荷得到中和,,比,,污泥颗粒呈不稳定状态聚集在起,颗粒增大表面积减少表面张力降低,表面吸附水也从污泥颗粒上脱离。-间隙水指污泥颗粒之间的游离水,约占污泥总水量的6585%,它不与污泥颗粒直接结合,因此较容易分离。可通过重力作用或机械脱水将间隙水分离。污泥由高密度密集的细小污泥颗粒组成,由于表面张力的作,在固体颗粒表面上-用,形成毛细结合水,约占污泥总水量的1025%。毛细结合水和污泥颗粒的结合力,重力作用不能将毛细结合水分离较强,需借助机械脱水。内部结合水指包含污泥中微生物细胞体内的水分,与污泥中微生物细胞所占的比一例有关,般占污泥总水量的10%。普通的机械脱水不能去除这部分水,只有破坏细胞膜,使细胞液流出,使内部结合水变成外部液体。可采用高温加热、红外和生物W分解等措施。1.2油砂细尾矿危害性随着对能源的大量需求,全世界的采矿活动在不断扩张。虽然开采天然资源是必1 1前言不可少的,但采矿活动会不可避免的带来环境问题,其中大部分被及到水的消耗、大气和±地的污染、±壤的失调。自1980年起,澳大利亚进行了大量的采矿活动(铜矿、轴矿、镇矿、巧矿、呪止矿、铁矿),这些采矿活动产生了大量的废尾矿。非常规石油资源的开采反映了这种采矿活动的扩张,其中最著名的是加拿大油砂矿的采矿活动。每3.3立方米的油砂一矿能开采出桶渐青,大量的废尾矿积聚在阿萨巴斯卡矿区,这些尾矿极大地影响了9%-水的回收利用。尾矿的主要成分有沙子、游泥、粘止、渐青(12%)和大量的工业废水,废水中含有大量的有机和无机组分。这些废水是碱性、含有少量盐且对生物-70mL有毒。废水中含有环焼酸,浓度在50mg化g/,是废水中的主要有毒物质。废水中的有毒物质如:巧离子、镇离子、碳酸盐、轴离子、氯化物、钱盐和硫酸盐比当地地表水和地下水的浓度高的多。这是由于废水中含有大量的悬浮颗粒,悬浮颗粒的浓900-222度达到11mg/L。溶解的金属和非金属也会加强废水的毒性。废水中的微量元素包括:婦、络、铜、银、铅、巧,这些都被列为优先控制污染物。因此油砂开采者不能将尾矿排放到环境中。所W,人为的建造尾矿池存放尾矿,使尾矿进行沉降。为—了适应艾伯塔省不断扩大的油砂矿采矿活动,形成了世界上最大的尾矿巧米尔德里德湖沉砂池(Syncrude尾矿项)。随着废尾矿问题的不断升级,油砂矿开采产业面临许多问题.:1安全管理扩大尾2。矿设施;.减少废尾矿的体积和数量3.安全快速的填海造地目前的做法是采用化;学试剂和加厚技术相结合,降低尾矿中的含水率和对脱出的工业用水进行回用,;然而一种可行的方法满足油砂行业可持续发展送种方法并没有被视为。当涉及到环境安全与管理问题时,尾矿顷己经到了转变时候了。基于尾矿切尾矿泄露过于频繁,对附ico等地。,近社会和生态系统造成灾难性影响(R,2008年)此外尾矿现往往与长期的环境问题有关,尾矿中高含水率导致化学试剂渗入地下水和地表水中。1.3泥浆脱水性能及评价不同性质的泥浆脱水的难易程度差别非常大,泥浆脱水性能通常取决于泥浆过滤一89t,,w的难易。描述泥浆脱水性能般用两个指标:毛细吸水时间和污泥比阻值。(1)毛细吸水时间aarctonme毛细吸水时间(CpillySuniTi,简称CST)表示污泥水在吸水滤纸上渗透一定距离所需要的时间。CST越大,污泥脱水性能越差,反之污泥脱水性能越好。(2)污泥比阻值一污泥比阻是单位质量污泥在定压力下过滤时,污泥单位过滤面积上所产生的阻-力。污泥比阻值越大,其过滤性能越差。常见不同类型污泥比阻值如表11所示。-表11常见不同类型污泥比阻值T-able11Diferenttesofsludefiltrationresistanceypgi2污泥种类比狙值(l〇m/kg)2 天津科技大学硕-上学位论文初沉污泥46-61-活性污泥165283-消化污泥1241:39污泥机械脱水要求1-4比阻公式:^dVPAI1、=斗/-式11)(芯此吼/0,可积分得当过滤压力P为常量时:二^-^^+式U2)長梭訪背 ̄t/VV呈线性关系I,b,贝有上述公式发现设直线斜率为J;r=-式(13)^i/C该公式即为污泥比阻的基本公式。14现.阶段尾矿脱水处理方法,并将脱出的水进行回收利用最大限度地对细尾矿进行脱水,能极大的减少将细尾矿用作主地开屋的时间而且不需要建立尾矿巧,这从长远来看是可取有效经济的方法,。将替代技术用于处理废尾矿在不同程度上具有成功性和可行性。主要采用机械iisU’Wt’W,常用的脱水机械模式有带式压滤脱水模式、真空过滤板框圧滤和离屯、等。现今转筒离也机和带式压滤机得到了广泛的应用。常用的机械脱水模式的性能如表1-2所示。表1-2常用机械脱水模式的性能-mmonTabe12Theerformancehelumechancalpoftcoysedildehdrationy污泥脱水机处理程度二次污染工艺成熟度设施投资使用于无机污板框式含水率低无成熟价格低廉’5wl靈运行。使用普遍,易带式含水率低有相对成熟价格较低培塞,需大量水清洗。不适用比重接纸修历戒巧/离屯、式含水率低无成熟近的固液分菩:^’曰可晶动控制,实现无人,,处理量瑟_^?耗电小无噪控制^(3巧仲丰7KW无音小,不擅长粒度大,硬度大的污泥脱水。螺旋压棒含水率低成熟综合费用低廉实现连续脱水老3 1前言处理,操作简单。1.4.1絮凝剂对油砂细尾矿进行脱水一进步向机械脱水方法中使用化学试剂如絮凝剂和助凝剂,能通过增加泥饼的孔-)隙度和减少污泥的压缩系数增加污泥的可滤性。通常,絮凝剂分为三类(见表13;、,无机絮凝剂,如明研铁盐絮凝剂或者聚合氯化锅;合成有机絮凝剂如聚丙帰醜胺派生物然絮凝剂,如海藻酸钢或者微生物絮凝剂。另外,自然聚合物派生物,如;自-淀粉派生物;淀粉和壳聚糖交联共聚物有机复合物,如氨氧化铅;腐殖酸;和无机一聚丙婦酷胺聚合物。絮体的悬浮性取决于些物理化学因素包括颗粒的大小和分散程,絮凝剂的分子量与带电量度,颗粒浓度、悬浮介质的PH与离子强度。絮凝剂通过电中和(絮凝的产生是由于污泥颗粒么间的静电排斥力降低了。因此,聚合电解质所带电荷越多,其对污泥颗粒电中和絮凝作用越强。可W用表面电位测量污泥颗粒表面igti电荷在聚合电解质絮凝时的变化。Kleimann等人发现当电位为零时,聚合电解质产生最佳絮凝。)、吸附架桥(聚合电解质分子链吸附污泥颗粒,形成污泥颗粒首尾连一接的循环结构。两个污泥颗粒在个污泥颗粒的首尾连接形成架桥。通常,架桥絮凝PW的效果与聚合电解质的分子量和其分子量长度有关。)、压缩双电层作用,使污泥颗,粒聚集成絮体,翻卷成大絮团为后续的机械脱水提高脱水效率。-表13常用絮凝剂及其性能?Tab1-3mmonunsanrerformanceleCoflocclatd化eip名称作用成分絮凝机理論使用范围与特点^铅盐、铁盐无需调节PH值高分子高分子形成电中和、架桥、网捕、压*、壬圧、S治1片瞭混凝剂的长链缩双电层、吸附微生物微生物的代午易于固液分离、形成沉淀物少,使"I城果>/几疋混凝剂谢产物用范围广,不受閒影响对絮凝剂能促进尾矿中的水分脱出和浓缩尾矿进行了研巧,高分子絮凝剂的强大的吸附架桥能力使尾矿进行浓缩,体积变小。新颖刺激敏感的聚合物,例如脱乙醜壳-异丙基丙婦醜胺多糖和聚丙帰酸(PH敏感型)和聚N、聚异丙基丙蹄醜胺(温度敏P11感型)己经考虑作为絮凝剂的替代品,W提高细尾矿沉降和浓缩的性能。温度不断在低临界溶解温度(LCST)上波动,表明聚异丙基丙稀醜胺(PNIPAM)可W同时提一髙细尾矿沉降性能和浓缩性能。低于低临界溶解温度(LCSL)的聚合物是种有效的絮凝剂,能吸附在颗粒表面,并在悬浮液中将悬浮颗粒进行捕获,当超过低临界溶解温度时,聚合物结构的变化促进颗粒之间相互吸引加速沉降,当低于低临界溶解温,聚合物结构被破坏,度时,吸附的颗粒再次分散通过断裂的聚合物分子链和双电层一排斥力进步浓缩沉积物。即使具有增强能力,尾矿体积也保持足够低,但由于该技术不能满足工业用水的回收和快速止地开屋,而不会被视为可行的。4 天津科技大学硕±学位论文2211XuweiLong等人采用生物表面活性剂鼠李糖脂对油田污泥进行脱水。酷脂类鼠一个或两个鼠李糖分子和H个径基脂肪酸分子李糖脂表面活性剂包含,广泛应用于乳300-m化、洗絡、增溶和分散过程中。研究者发现鼠李糖脂在加量1000g/L,污泥PH---为57和温度为106(TC时,鼠李糖脂能对稳定的含油污泥直接脱出5080%的水。实验证明鼠李糖脂表面活性剂具有对含油污泥脱水的能力,具有出众的表面活性能,高一的可生物降解性,是种环境友好型试剂。鼠李糖脂高效的脱水能力与其杰出的表面,活性能有关,鼠李糖脂杰出的反乳化作用提高含油污泥脱水能力使从含油污泥中分离出的水油含量为lOmg/L,COD达到800mg/L,这些水可W直接流入生物处理系统进行处理。3P一-JingZou轉人研制了种新的无化有机复合絮凝剂CSSAD,由玉米淀粉、丙2-甲基丙婦献氧古基巧醜胺、()H甲基氯化按和二氧化桂胶体溶液泥合制成。发现CSSAD能有效的提高废钻井泥浆的脱水能力,在最优条件下泥饼的含水率能达到21.34%,比其他絮凝剂有更好的絮凝效果。淀粉是自然原料,是两种葡萄糖巧聚合物:-淀粉酶和胶淀酶,。淀粉可被改性用离子官能团取代淀粉中葡萄糖巧结构中的OH,使淀粉转变为絮凝剂。CSSAD具有絮凝效果好、成本低等优点。一过滤是种长期W来被认为处理尾矿的完善的技术,因为它能去除大量的水和形1成干泥饼。将尾矿制成干泥饼堆放是许多好处的:.显著地节约用水2.;;渗透率低3.4.尾矿固含量高;能用泥饼进行渐进止地开星。实验证明对未经处理的废尾矿进行过滤是不行的,己经开始研究在过滤前加入絮凝剂W解决这个问题。采用阴离。最近子高分子絮凝剂(PAM)处理油砂尾矿能显著地提高过滤性能和滤饼固含量。在相同--条件下,实验室合成的有机无机絮凝剂,A1PAM,处理细尾矿有很好的效果。对细小颗粒有高效的絮凝作用主要是由于A1离子具有3价正电荷和聚合物具有星状结构。在最佳絮凝剂用量(50ppm),泥饼含水率能降低17%。-14.2.冰巧解冻法一,根据油砂细尾矿(MFT)的特性,可W得出油砂细尾矿是种含油污泥。因此部分处理含油污泥的方法可用于处理油砂细尾矿。一一-种对油砂细尾矿脱水的方法冰冻解冻法是。些研究表明冷冻有助于含油,能显著提高污泥脱水特性污泥脱水。冷冻处理污泥后,使絮体结构更加紧凑,减少污泥束缚水的含量,。由于冰的结构具有高度的有序性和匀称性不能容纳额外的原子或者颗粒。只要还有水分子,污泥中的冰晶体将持续增长。污泥中的其他杂质和污泥颗粒被压缩、脱水,,赶到冰晶体的边界。这种技术将污泥絮体转变为压缩的形态减少污泥中束缚水的含量,使污泥更加适合沉淀和过滤。通常,缓慢的冰冻速率比快速PS1的冰冻速率能使污泥具有更高的脱水能力。在油砂矿区进行了室外试验一,将油砂细尾矿沉积在些浅坑中,在冬天便可冻结,而在第二年的夏天便会解冻和蒸发水分。这种方法需要大量±地,并且油砂细尾矿的一L脱水取决于天气和季节。而且,这方法的其它局限性包括对蒸发水分的收集义及降5 1前言水,降水将使水分蒸发效果大大降低。1.4.3电场脱水法电场辅助污泥脱水,也可W叫做电场脱水,是在传统压滤脱水机理上结合电场效PW一,。电果,提高泥水固液分离效果增加最终泥饼干燥程度场脱水并不是个新的工艺,但它在工业上应用较少。近几年来,它得到了广泛的关注,尤其是在微粒污泥、凝胶状污泥、污水污泥、制药工业等领域,不能采用常用的脱水工艺进行有效的脱水。微粒污泥颗粒通常表面带负电,,它们被带正电荷更多的两层离子包围形成压缩双电层结构。当电场启动时,带负电荷的颗粒通常向阳极移动水通常带正电荷,向;阴极移动。电场脱水因此包含显著地电泳、电渗和电迁移现象。继双电层外观和界面电动学现象电场力学方法是利用一个低强度的直流电通过多孔介质两侧的电极,使水相进行电渗,离子与带电粒子在胶体系统中的电极附近分别进行迁移和电泳,电渗取决于离PW子与粒子所带电荷强度。由于在液相表面与固相表面存在双重电流,带电粒子或离子在胶体系统中朝带电性质相反的电极移动,因此电渗能在电场条件下去除毛细水。电渗流体的流动方向取决于污泥颗粒的带电性质,例如污泥颗粒带负电荷,导致水向阴极电极流动污泥颗粒带正电荷,导致水向阳极电极流动。这项技术不仅可脱水,:去除多孔介质中可溶性离子和电中性的有机物,而且可W去除不溶性的有机物,污泥中的重金属(去除率达到90%W上)。PSanlLinYg、GeorgeNakhla等人发现当电极间距为4cm,电压为30V时,含油,为56,污泥脱水效率最高.3%。但其油脂的去除率并不高因此扩大试验规模,当电极间距为22cm,所加电压为60V时,超过40%的水被去除,去除油的效率也非常高。MCPWiteau等人.采用传统的压力装置与电场相结合对污泥进行脱水;当电流密度为240A/m,滤布厚度为0.74叫11,消耗的能量最低;当泥饼厚度为1.82cm时,泥饼的含PI水率最低1石灰有对污泥加热的功。M.Loinov等人在电场脱水技术上添加石灰g,能,能降低滤液的粘度和增加过滤速度。还有研究学者将电场脱水与超声波脱水相结,増加化学反应程度合町超声能量能产生热量,降低滤液粘度,在污泥局部产生高,提高水与电极的接触面积,促进水分离开滤饼。温与高压,在滤饼中形成通道1.4.4石灰与电级加热协同作用压滤与直流电通过滤槽的结合应用技术,能提高污泥脱水效率。很多文献重复在(同样的压力下,电过滤矿物污泥和生物污泥污水污泥、细矿物悬浮液)消耗的抽滤时间更少,达到的脱水效果更好。然而,电抽滤只在最佳的实验条件才能产生良好的结果,例如应用压力、电压、电流密度、电流持续时间、过滤槽设计、电极材料等。选择最佳条件基于电抽滤的机理和不同角色在电抽滤中的效果。通常,在电抽滤过程中发生的四个主要效果(基于滤饼的形成和固化):电泳、电渗、电解和加热。污泥的负电荷粒子通过电泳作用,,从阴极移向阳极降低粒子在阴极的沉积速度与减少泥饼的形成。分散介质的电渗流量增加了滤槽阴极的滤液流量。6 天津科技大学硕止学位论文电解会导致阴极与阳极产生气体,这可能会增加滤饼的电阻,但也可,降低抽滤效果能导致去除额外的滤液一(在滤槽的边)。此外,滤液中的电解产物积累和离子通过电迁移进入滤饼可能显著地改变分散介质的PH和影响泥饼的结构与过滤速度。电阻一加热达到很重要的效果,能增加污泥的电阻和电流密度。欧姆加热在电抽滤成为个重要的角色,因为它能降低滤液的粘度和增加过滤速度。由于阴极和阳极两端的污泥分布不等,,电阻加热在过滤槽阴极阳极两边不等。然而欧姆加热的不对称很少在文献中讲述。电抽滤的效果取决于污泥颗粒的电动性质和污泥的导电性。电抽滤通过采用化学调理提高污泥的脱水效率在同样的抽滤压力下。不同的絮凝^剂(有机聚合物或者无机聚合物)和助滤剂可心增加污泥的过滤性能,增加污泥液压渗透性和减少过滤时间。然而,使用絮凝剂可能限制污泥中阻碍脱水的成分。增加电解质、分散剂和试剂调节污泥的PH,这通常能提高污泥颗粒的Z电位和污泥的导电率,能增加电抽滤。选择化学试剂调节污泥,取决于污泥的性质和脱水的要求(污泥最终的干燥度、脱水时间、能量消耗可接受的程度等)。另一个提高污泥脱水效率的方法是抽滤和结合加热污泥(加热辅助机械脱水)。通常,加热辅助脱水指在抽滤槽或者压滤槽上增加加热装置。加热能降低滤液的粘度和相应的增加污泥的抽滤效率。滤饼在压滤过程中加热可能会去除额外的滤液达到更好的脱水效果。一目前的工作致力于最优化钻井泥浆电脱水,主。油砂细尾矿是种悬浮液要由蓬松的粘±、各种化学试剂(分散剂和增稠剂)和少皇石油姐成。钻井污泥的含水量达70%,t^上需要显著地脱水减少污泥的体积方便运输。在工业规模上,油砂细尾矿在,在抽滤前在污泥絮体中加入大量的石灰(同样的压力下进行抽滤脱水lOg/1)。电抽一种有效的方法滤油砂细尾矿加入低浓度的石灰是。加入石灰的目的是研究石灰浓度和电流密度对电抽滤油砂细尾矿的效果的影响。确定石灰在电抽滤中的效果。调查不对称加热对含有石灰的污泥的电抽滤效果的影响。在普通的过滤中,增加石灰的浓度能提高过滤速度,但会降低最终泥饼的干燥度。应用直流电也能提高污泥的过滤速度,但它不会降低泥饼的最终干燥度。应用直流电能使油砂细尾矿在最佳石灰加量时脱水效率比通常抽滤下更加显著。在电抽滤的过程中,对阳极面进行显著地加热,而对阴极面进行温度较低的加热。14.5其他方法.PSShuhIaiGuo等人对含油污泥进行酸化处理。含油污泥中A1(0H)3沉淀是污泥胶质形成的主要物质。在污泥浮选的过程中,水被污泥颗粒、石油、A1(OH)3沉淀形成的胶质空隙所捕获。酸化后,含油污泥的颗粒达到更广的粒径分布和更小的直3+径中值。低的PH值,使污泥释放A1的速率更快。研究证实污泥胶质可&通过溶解氨氧化侣而被破坏,从而加强污泥的脱水性能。采用芬顿试剂和助滤剂协同作用对污泥能达到深度脱水的效果。污泥含有细菌凝,胞外聚合物颗粒被破坏聚团,且细菌凝聚团表面呈片状。芬顿氧化后,蛋白质和多7 1前言糖溶解在滤液中的数量增加,,。其间污泥中细茵凝聚团变得更小。加入助滤剂后不断改变的环境使污泥中的微生物衰老和死亡。大量片状结构消失,多孔性结构取而代一之。不规则惰性物质镶嵌或穿透污泥,也更进步减小污,促进束缚水转变为自由水一泥颗粒的大小。额外的,这些不规则的惰巧物质能在高压下形成个多孔结构,将压力转移到污泥内部,为污泥中自由水的排出提供通道。HuanLiu等人研究在最佳芬顿试剂加量下,泥饼含水滤饼能达到49.5±0.5%W下。,机械脱水与加热效果相结合进行脱水是不同机理的结合:1.机械脱水会减小泥饼中气孔的体积,降低水的排出量。随着湿度的升离,泥饼的抗压系数减小,因此泥饼更加容易被压缩。2.升高温度有利于降低滤液的密度、粘度和表面张力,使滤液更加容易通过滤饼中的气孔,从而降低污泥的含水率,因此,滤液可W通过重力作用直接从气孔中排出。3.更高的温度能分解有机物质,消除极性官能团,从而将污泥颗粒转变为疏水性物质。降低污泥颗粒与滤液之间的静电引力。,抽滤与磁场协同作用对污泥进行脱水两个传统的固液分离方法相结合。系统采,产生磁力,用均匀和非均匀磁场,导致污泥颗粒间相互作用从而改变泥饼的结构。磁力导致固液分离运动,对于固相来说产生额外的自由度。通常,有两个主要的效果:1.外部非均匀逆时针方向磁场和磁场力降低泥饼形成的速度2.在外部磁场作用下,。污泥颗粒之间的磁力导致污泥颗粒形成链状聚合物。由这些链状聚合物沮成的泥饼比由细小污泥颗粒组成的泥饼具有更高孔隙度一。这些效果综合在起能降低污泥过滤阻力,竭高污泥过滤速度。1超声波脱水的机理是;.超声能量导致产生热量,增加化学反应程度,降低滤液粘度。2.气穴现象产生自由离子,在污泥局部产生高温与高压剪切波。3.能改变非牛顿流体的粘度使滤饼产生裂纹,使滤液通过裂纹逃离振动运动产生净位移或者调整滤(4液在滤饼中的移动方向例如,重力作用、压为、电场作用)。.使过滤器表面保持一干净,,防止堵塞。实际上超声波压力产生种多孔性结构,促进水分通过超声波产生的通道移动。超声脱水会降低活性污泥的脱水能力,増加其污泥比阻和毛细管抽滤时间。减少絮体的大小,增大污泥吸附水的表面积。其它常用的方法通过添加化学试剂处理油砂细尾矿形成稠浆,对其进行深度脱水一""和固化。其中有种方法叫做固结污泥法(CT,是将油砂细尾矿、砂子和石膏混)一起合在,形成的混合物中固化物的含量为60%(其余为水),其中砂子和污泥颗粒比率约为4,至lm含量的石。;1W及600OOOpp膏当上述混合物沉积在污泥池中并固结后,就能产生不容易分离的混合物。尽管如此,CT方法还是具有许多缺点。砂、石膏和工艺用水的连续的提取作业对它起着决定性作用,所W,必须对混合物进行严一格控制。而且,当固化物含量小于60%时,这些混合物就要被分离,部分细粒需返回池中当作含油污泥进行二次处理。建造容纳固结物的大沟渠需要用砂,而CT法处理污泥的过程中也需要大量用砂,,两者产生竞争所砂的存在是用CT法处理细污泥的决定因素。8 天津科技大学硕上-学位论文L4.6物理助滤剂助滤作用污泥通过絮凝剂絮凝作用形成絮体。为了防止絮体在后阶段的化械脱水过程中,,从而阻碍滤液从泥饼中排出絮体结构被压力破坏、孔隙度减少、可压缩系数增大,一般向污泥絮体中加入惰性固体材料,在污泥絮体中形成坚固的H维立体晶格状结构PS1。形成更紧凑的污泥絮体,保持固相颗粒,允许水流出。有益的絮体结构能够提高一污泥的脱水性能。高分子聚合物与污泥骨架构建者相互作用是改进污泥脱水的个关键因素。根据文献粉煤灰、水泥灰、生石灰、熟石灰、细粉煤、甘藤渣、木屑和小麦渣等能成功的在污泥脱水过程中作为在污泥絮体中的骨架建设者。-表14助滤剂对污泥脱水性能的影响-Tab巧Iile14Theinfluenceofteradon化esludgedewateringerformancep加量(与污泥比阻引用文污泥类物理试化学试压缩系数i,2、xm污泥固(l〇/k)g献型剂剂含量比)0+0+0.8175好氧销木屑:12036无II化污泥25183麦渣0.:120啤酒厂.68:10.5120121牡颇壳0.37废水污明研/I0120.592泥犹鱼壳.62:.183:11.5017含油污粉煤灰.38无//泥石灰3150.35:1.明机污S阴离子39石膏0.6:120.318.20.830.65泥聚合物制革污皮革厂阳离子401.5:1//0.960.4泥炉渣聚合物加量(占引用文污泥类物理试一化学试污泥比阻降低量污泥毛细吸水时间一污泥含A献型剂剂)(%降低量(%)量%)249/膨润±15/27含袖污阳寓子41粉煤灰3%%泥聚合物1244/石膏10/329 1前言明机892701280/石灰8/38.5t"’表示没加助滤剂注。:〇;表示加了助滤剂W2’43’W145’46’47-4可W得出1从表1,助滤剂能降低污泥比阻、污泥毛细吸水时间和4890’4’511-压缩系数。尽管表14中部分污泥不是含油污泥,但是作者认为它们的助滤机理相似,因此也能应用于油砂细尾矿。1.5选题依据与研究意义随着科学技术的不断进步,当前出现了很多种处理油砂细尾矿的方法。但这些方法都是秉着减量化、无害化和资源化的原则,而油砂细尾矿的脱水是关键的步驟,关系到后续处理工艺是否能顺利进行本课题所涉及一种新的油砂细尾矿处理方法。包括污泥的脱水、污泥脱出水的重复利用和泥饼的资源化。油砂细尾矿的脱水采用的方法为向污泥加入脱水剂(主要为PAM)。将污泥脱除的水用于稀释原始污泥,从而达到污泥脱水过程中降低污水产生量的目的。将泥饼与适当的固化材料混合制成建筑材料。本研究在于将油砂细尾矿进行脱水处理,W减少其体积,,降低处理能耗从而降低运输费用。同时检测污泥中脱出水的化学需氧量(0)0)、含油率、总磯、总氮、重金属等污染物质,通过污水净化处理王艺处理污泥脱出水,达到国家规定的排放标准,大大减少环境污染。本研究还脱水后的污泥为主要原料一,水泥及固化剂等多种物质为填充料,采用定的工艺生产生态建筑材料一一,方面使油砂细尾矿资源再利用,变废为宝、为社会创造定的价值:一另方面污泥中的有毒有害物质也能被固化在污泥中,使其再次污染的可能性几乎消陈,大大保护了生态环境,响应了国家的可持续发展要求。1.6硏究内容油砂细尾矿组分分析:含水量、含油量、有机质含量、固含量及重金属如络、铁、铜、铜等;脱水剂的筛选:非离子或阴离子聚丙婦醜胺(分子量、离子度)、CPAM(分子量、离子度)、无机絮凝剂。脱水剂的配制:聚丙帰醜胺(非离子或阴离子)为依托,加入无机絮凝剂配制成高分子聚合物。确定筛选后絮凝剂的加量。过滤助剂的筛选:如石膏、娃藻主、石墨等无机物。确定助滤剂的加量。确定药剂投加方式,包括:投加量、投加顺序、投加药剂种类。检测过滤水的含油量、浊度、COD、重金属含量、氨氮含量和总磯含量。选择无机絮凝剂,降低过滤水的浊度。将过滤水稀释原始污泥,确定过滤水的循环次数。10 天津科技大学硕-上学位论文筛选过滤工艺,要求脱水效率高且经济划算。对泥饼进行加工,与固化剂制成建筑材料,对其产品进行建筑指标(如抗压、抗折性能)测量。1.7工艺路线选择合适污泥脱水絮凝剂、助滤剂与脱水工艺对污泥进行脱水,保证过滤水能被循环利用。对泥饼进行资源化处理;,如制成建筑材料。具体的工艺图如下rI水I1滤出水*絮凝剂絮凝^原始污泥J——脱水剂LrrT1脱水工芝^—P^泥饼|助滤剂—■—J-图11油砂细尾矿脱水工艺流程图F-i.Theoilandsfeailindehdrationrocessfldiaramg11sintgsypowg抗雌能泥饼一建筑材料>>抗折性能固化剂JL抗冲击性能-2图1泥饼制建筑材料工艺流程图-materFig.12Mudcakeb山Idingialsrocessflowdiarampg11 2实验部分2实验部分2.1实验药品与仪器2.1.1实验药品2-1实验所用药剂见表。-表21实验所用药剂情况Tab2-rmenurele1Theexpeitsedagents生产厂家^-OP10天津市同臺化工厂吉米奇季胺盐河南省道纯化工技术有限公司十二抗基苯横酸钢济南腾博化工有限公司-OP15天津市同臺化工厂低泡表面活性剂深圳市启扬龙科技有限公司氣离子表面活性剂深圳市启扬龙科技有限公司全氣非离子表面活性剂深圳市启扬龙科技有限公司粘弹性表面活性剂深圳市启扬龙科技有限公司■?发泡稳泡用表面活性剂深圳市启扬龙科技有限公司硫酸银天津市江天化工技术有限公司硫酸亚铁巧天津市江天化王技术有限公司硫酸亚铁天津市江天化工技术有限公司邻菲喫琳天津市江天化工技术有限公司重络酸钟天津市江天化工技术有限公司浓硫酸天津市江天化工技术有限公司原油廊坊古莱特有限公司石油趟-)(6090天津市江天化工技术有限公司A1920PAM乳液盘锦恒益化工有限么司阳离子聚丙締醜胺CPAM新乡市京华净水材料有限公司阴离子聚丙蹄醜胺APAM新乡市京华净水材料有限公司C1510盘锦恒益化工有限公司珪藻止天津市港林精细化工厂2.1.2实验仪器2-2实验所用仪器见表。表2-2实验主要仪器T-able22Theexerimentilitrtpmanynsumen21 天津科技大学硕±学位论文仪器名称型号制造商电子天平JY2502上海精密科学仪器有限公司循环水式多用真空泉SHB-m郑州长城科工贸有限公司史25x抗压模具.4mm25.4mm自制多功能攪拌器D-8401天津市华兴科学仪器广-电热恒温鼓风干燥箱DH101天津市中环实验电炉有限公司恒速攪拌器OWC-9306沈阳航空工业学院应用技术马弗炉SG-XL600中国科学院上海光学精密器械研究所可调温电热套MYB上海标和仪器有限公司紫外/可见分光光度计UV1901PC上海奥析科学仪器有限公司-浊度仪HI9370311上海精密科学仪器有限公司恒温水浴锅8002天津华北仪器厂石墨炉原子吸收光谱仪AAS8000长沙诺天电子科技有限公司2.2油砂细尾矿组分分析2.2.1含水率测定一采用重量法对油砂细尾矿中的原始含水率进行测定,取定量的污泥于蒸发皿中,皿5一皿将蒸发置于烘箱中(烘箱温度不高于(TC),取蒸发,称其质量记为W,取适量1油砂细尾矿于蒸发皿中,称其合重记为W2。将蒸发皿置于5(TC烘箱中,烘干后称重记为W。3含水率计算公式如下:=-W%/(W-M>)式12i口)2.2.2含油量测定采用紫外分光光度法对油砂细尾矿的含油量进行测定。将原样萃取液测得的吸光度带入标准曲线中得到浓度C。则原萃取液含油量为ix25C。油砂细尾矿风干样品质量记为m,油砂细尾矿含油量公式为:i=x-w%(25C!〇.05)/m式口2)2.2.3灰质含量的测定采用重量法对油砂细尾矿中的灰质进行测定,称取巧巧质量记为M,l将适量油砂细尾矿放置于巧蜗中,称量合重记为M2。将巧蜗放置于60(TC的马弗炉中锻烧2h后取出,放入干燥器冷却后称量质量记为M3。油砂细尾矿灰质含量计算公式如下:=(M-M/M-M2-3w%23)(21)式)(2.3最佳脱水工艺的确定2.3.1油砂细尾矿稀释倍数的确定取等量油砂细尾矿分别加水稀释至浓度为25%,35%,40%,100%。向四种不同13 2实验部分-浓度的泥浆中加入相同加量的脱水剂,经真空抽滤装置(见图21)抽滤后,将泥饼°放入烘箱中(烘箱温度不高于50c)干燥,最后通过泥饼前后质量差算得泥饼含水率,泥饼含水率低的为最佳稀释倍数。1厂1---1循环水式多用真空索;2漏斗;3抽滤瓶2-图1真空抽滤装置-F.2lig1Vacuumsuctionfiterdevice2.3.2糕拌强度与拨拌时间的确定确定油砂细尾矿最佳稀释倍数后,向稀释的泥浆中加入脱水剂,经过脱水剂絮凝作用使泥浆形成絮体分层。而絮体形成的大小及强度直接关系到后期机械脱水程度的效果。因此,在向泥浆中加入脱水剂后,,要对泥浆进行揽拌揽拌的强度、剪切力及揽拌时间关系到形成絮体的大小与强度。用六个烧杯分别称取等量的油砂细尾矿,编号123456,每份均加水稀释至最,,,,,佳浓度。揽拌均匀后向六份泥水混合液中加入相同加量的脱水剂后置于揽拌器中。11r/mn23],200rminm1300i/100r/in的攒拌弓虽度揽拌相同的时间后,号泥水混合液分另^,,,对形成的絮体进行抽滤,将经抽滤形成的泥饼放入烘箱中烘干,通过泥饼前后质量差。,,对456号算得泥饼含水率含水率最低的为最佳揽拌强度确定最佳揽拌强度后,,1泥浆最佳揽拌强度进行揽拌,揽拌时间分别为0s,2化,3化。按照上述方法测量形成泥饼的含水率,含水率最低的为最佳揽拌时间。2.3.3脱水剂的筛选对レッ下高分子絮凝剂A1920PAM、阳离子聚丙婦醜胺(分子量为1000万)、阴离子聚丙稀醜胺(分子量为1200万,1800万,2000万,2200万)对油砂细尾矿的脱水,选择脱水效果最好的高分子絮凝剂作为脱水剂效果进行筛选,并确定其最佳加量。将上述高分子絮凝剂用蒸馈水进行稀释配制成浓度分别为lOg/L、Ig/L、Ig/L、0.5g/L、0.5g/L,0.5g/L基准溶液。H 天津科技大学硕止?学位论文用烧杯称取油砂细尾矿12.5g,用蒸馈水按最佳稀释倍数进行稀释,用多功能揽拌器采用最佳揽拌强度进行揽拌。在揽拌过程中.mL,移取35阴离子聚丙婦醜胺(APAM分子量为1200W)溶液沿烧杯壁快速加入泥水海合物中,待最佳揽拌时间后取出烧杯并静置。。观察烧杯内现象并记录,裁剪为布氏漏斗合适大小后称量,质量记为W取己烘干滤纸两张|并放入布氏漏斗内。将烧杯中的絮体倒入己垫好滤纸的布氏漏斗内。用玻璃棒将絮体均匀地铺展在滤纸上,连接真空系,抽滤20分钟。将抽滤后含有滤纸的泥饼取出,放入表面皿中。称得湿泥饼重量记为W2,湿泥饼与表面皿合重记为W3。°为防止泥饼内有机物挥发,调节烘箱内温度不高于50C,将泥饼放入干燥箱中干燥,待泥饼完全干燥后取出称量,再次称得泥饼与表面皿合重记为W4。再分别移取APAM(分子量为1200万)4mL、5mL、6mL,重复上述实验步骤。泥饼含水率计算公式如下:=-M%(MM)/(M-M式口-42321))分别移取APAM(分子量为1800万)3.5mL、4.5mL、5.0mL、5.5mL按上述步,记录实验现象和结果骤进行实验。20003、.、分别移取APAM(分子量为万).5mL、4.0mL、4.5mgL50mL6.0mL按上述步骤进行实验,记录实验现象和结果。分别移取APAM(分子量为2200万)3.0mL、3.5mL、4.0mL、4.5mL、5.0mL、5.5mL按上述步骤进行实验,记录实验现象和结果。0.分别移取A1920PAM.6mL、07mL、0J5mL、l.OmL按上述步骤进行实验,记录实验现象和结果。分别移取CPAM(分子量为1000万)0.6mL、0.7mL、0.75mL、l.OmL按上述步骤进行实验,记录实验现象和结果。2.3.4化学助滤剂的筛选一为了进步加强油砂细尾矿脱水效果,向油砂细尾矿中加入化学试剂(如表面活-性剂)与高分子絮凝剂进行协调作用强化脱水效果。对OP10、吉米奇季较盐、十二-烧基苯構酸钢、全氣非离子表面活性剂、0P15、低泡表面活性剂、氣离子表面活性剂等表面活性剂进行筛选,确定与最佳脱水剂协调效果最好的化学助滤剂,并确定最佳加量。2,用烧杯称取油砂细尾矿1.5g,用蒸饱水按最佳稀释倍数进行稀释用多功能揽拌器采用最佳揽拌强度进行揽拌-。在揽拌过程中,先向烧杯中加入OP10,加量为4g/kg,后移取最佳脱水剂最优加量沿烧杯壁快速加入泥水混合物中,待最佳揽拌时间后取出烧杯并静置。。观察烧杯内现象并记录取已烘干滤纸两张,裁剪为布氏漏斗合适大小后称量,质量记为Wi并放入布氏漏斗内。将烧杯中的絮体倒入己垫好滤纸的布氏漏斗内。用玻璃棒将絮体均匀地铺展在滤纸上,连接真空系,抽滤20分钟。将抽滤后含有滤纸的泥饼取出,放入表面皿15 2实验部分中。称得湿泥饼重量记为W2,湿泥饼与表面皿合重记为W3。’50为防止泥饼内有机物挥发,调节烘箱内温度不高于C,将泥饼放入干燥箱中干燥,待泥饼完全干燥后取出称量,再次称得泥饼与表面皿合重记为W4。-再分别移取〇Pl〇8g/kg、16g/kg、40g/kg,重复上述实验步骤。泥饼含水率计算公式如下:M%=(M-M)/M-M23(21)式口句-5分别移取吉米奇季按盐、十二烧基苯横酸钢、全氣非离子表面活性剂、0P1、低泡表面活性剂、氣离子表面活性剂按上述步驟进行实验,记录实验现象和结果。2.3.5桂藻王助滤实验娃藻±(助滤剂)具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水性和渗透性强等特性,因此选择其为物理助滤剂使油砂细尾矿进一步脱水。12,用烧杯称取油砂细尾矿.5g,用蒸饱水按最佳稀释倍数进行稀释向烧杯中加入1%的娃藻止,用多功能揽拌器采用最佳揽拌强度进行揽拌。在攒拌过程中,移取最优加量的最佳脱水剂沿烧杯壁快速加入泥水混合物中,待最佳攪拌时间后取出烧杯并静置■。观察烧杯内现象并记录。取已烘干滤纸两张,裁剪为布氏漏斗合适大小后称量,质量记为W并放入布氏i漏斗内。将烧杯中的絮体倒入己垫好滤纸的布氏漏斗内。用玻璃棒将絮体均匀地铺展在滤纸上,,直到真空粟压力表显示为负压时停±抽滤连接真空粟进行抽滤,记录达到负压所需时间。将抽滤后含有滤纸的泥饼取出,放入表面皿中。称得湿泥饼重量记为W2,湿泥饼与表面皿合重记为W3。为防止泥饼内有机物挥发,调节烘箱内温度不高于5(TC,将泥饼放入干燥箱中干燥,待泥饼完全干燥后取出称量,再次称得泥饼与表面皿合重记为W4。再分别加入2%、4%的珪藻±重复上述实验步骤。泥饼含水率计算公式如下;二础做式-必%口6)2.4污泥比阻的测定一油砂细尾矿比阻测定装置的制定:在油砂细尾矿抽滤装置的抽滤瓶中底部固定-2所T个量程为20ml的量筒(如图2jO。袖砂细尾矿测定步骤:1.测量布氏漏斗的直径,求得其面积,记为A;2.称取5化经稀释后的油砂细尾矿于量筒中,测量其体积,记为V〇;3.将量筒中的油砂细尾矿置于布氏漏斗中进行抽滤;4一一.当循环水式多用真空粟压力表,开始计时数值趋于稳定时,每隔分钟记录次量筒中滤液的体积,,,将t/v设为纵坐标,V设为横坐标进行作图求得所作图形斜率记为b,记录压力表趋于稳定的数值为P;5.待抽滤结束后,测量抽滤瓶中滤液的体积,记为V,测量滤液的动力粘滞度,记y61 天淨科技大学硕丄'学位论文为6,记;.将布氏漏斗中的油砂细尾矿滤饼取出,测量其滤饼固含量为Cb上述测量的数据带入公式--7133,.将中计算得出油砂细尾矿污泥比阻;---4-m1循环水式多用真空泉;2漏斗;3抽滤瓶;量筒20l图2-2污泥比阻测量装置F-i2udeecicreancemeasuremenevceg.2Slgspifsisttdi根据上述步骤,测量油砂细尾矿经APAM、CPAM、A1920PAM系列脱水剂絮凝处理后的污泥比阻。25.泥浆脱出水循环利用实验,造成2次污染对污泥进行稀释再处理效果比较理想,但会相应产生大量废水,’为了减少稀释水产出量,尝试将脱出水作为稀释水循环使用。5,,用烧杯称取油砂细尾矿12.g用蒸饱水稀释至最佳倍数置于揽拌器中W最佳攪拌转速进行充分攪拌,片刻后。将最佳加量脱水剂沿烧杯壁快速加入泥水混合物中取出烧杯并静置。。按上述步骤得到泥饼含水率将滤出液收集,用浊度仪测量其浊度后备用。第一次脱出水循环。12,用烧杯称取油砂细尾矿.5g,用上述滤出液将油砂细尾矿稀释至最佳倍数置于揽拌器中W最佳揽拌转速进行充分揽拌,为保证。因上述滤出液中残留少量脱水剂一致性脱水剂含量,后续脱出水循环实验应适量减少脱水剂加量。待泥浆形成絮体后,将第一次循环水滤出液收集,用浊度仪测量其浊度后备用。同理按上述步骤,分别进行第二、H、四、五次脱出水循环实验。最佳脱水剂加量顺次为130mg/kg、120mg/kg、llOmg/kg、lOOmg/kg。因测量第五次循环水滤出液浊度太高,对后续实验可能造成影响。取浓度为20g/l5101,的无机絮凝剂C1.5ml加入第五次循环水滤出液中,静置至液体分层,取上清液测量其浊度后备用。第六次脱出水循环用烧杯取原污泥污泥12.5g,用上述加入无机絮凝剂后的上清液将油砂细尾矿稀17 2实验部分释至最佳倍数,置于揽拌器中W最佳揽拌转速进行充分揽拌。将最佳加量脱水剂沿烧杯壁快速加入泥水混合物中,片刻后取出烧杯并静置。按上述步骤得到泥饼含水率。将第六次循环水滤出液收集,用浊度仪测量其浊度后备用。一同理按上述步骤,分别进行第古、八、九、十、十次脱出水循环实验,最佳脱水剂加量顺次为140mg/kg、130mg/kg、120mg/kg、llOmg/kg、lOOmg/kg。与用蒸溜水进行稀释的泥饼含水率进行对比,得到最佳水循环次数。2.6泥饼的固化实验1取烘干后的泥饼4g,置于揽拌器中,倒入76g水后使其与泥充分混合均匀。启1动恒速攒拌器,调整揽动速度在低档(30005s之内加入396转/分钟),g水泥,然后调整揽动速度在高档(12000转/分钟),揽拌35s±ls。其中水灰比为0.44,此时污泥含量为1%。巫25x2一.4mm5在自制抗压试模(.4mm)内表面和底板、盖板的接触面涂层薄娃油,组装好的试模应不渗水,同时确保试模内部没有多余的桂油。将水泥浆倒入准备好的试模至试模深度1/2处,当所有试模都倒入水泥浆后,每个试样都用玻璃棒捣棒约30次,然后手工揽拌剩余的水泥浆W重新悬浮水泥浆组分,一并倒满每试模,之后按前面所述方法进行捣棒,在水泥注浆的过程中注意填满模具边角处。试模填满后,将盖板盖在试模上部。若试模漏浆,则应废弃该试样。试模装满并盖上盖板后,立即放入养护水浴中,水浴应预先加热到预定的养护温度,,。用带孔的挡板或其他合适的隔板将试模垫高使之脱离水浴底部便在养护期间水能在试样周围循环。在试样进行强度测试之前45min时,将试模从水浴中取出并将试样脱模,然后测试试样的力学性能。1220再分别取干泥饼,28,36,40388,380,364,,gg,ggg,水泥ggg360g即干泥含量分别为3%,7,,1,,记,5%%9%0%重复上述步骤录实验结果。2.7固化模块抗压强度的测定将水泥固化块置于测压仪器上,,逐渐增大压力当水泥固化块出现裂纹时的瞬时twi压力即为水泥固化块被压裂的压力。抗压强度计算公式如下:Ra=P/ARa:抗压强度(单位:Pa),P:水泥固化块被压裂时的瞬时压力(单位:N),2A:水泥固化与测压仪器的接触面积(单位:m)。2.8脱出水水质检测2.义1COD检测2.8.1.1实验试剂的制备=重铭酸钟标准溶液(Ci/6K2Cr2〇7〇.25mol/m:称取于现在12CTC烘干2h的优质纯重铭酸钟1.2258g溶于水中,移入lOOmL容量瓶,稀释至标线。18 天津科技大学硕-丄'学位论文‘邻菲罗嘟((:&化)0试亚铁灵指示液:称取1.485g.695g硫酸亚铁12吐0,FeS〇*H(7〇)溶于水中,稀释至lOOOmL,贬于栋色瓶中。42F’=硫酸亚铁锭标准溶液{C(NH4)2e(S〇4)26H2〇0.1mol/L}:称取7.9g硫酸亚铁镑溶于水中,边揽拌边缓慢加入4mL浓硫酸,冷却后移入200mL容量瓶中,加水稀释至标线,摇匀。临用前,用重络酸钟标准溶液标定。硫酸-硫酸银溶液:于lOOmL浓硫酸中加入Ig硫酸银,放置1至2天,不时摇动使其溶解。2.8.1.2步驟用烧巧收集油砂细尾矿絮凝抽滤后脱出水,将脱出水混合均匀,取20mL混合水-样置于250mL磨曰的回流锥形瓶中OmL,加入1重络酸钟标准溶液及34粒小玻璃珠,L-连接磨口回流冷凝管,从冷凝管上口加入30m硫酸硫酸银溶液,轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀,加热回流2h(自开始沸腾时计时)。待加热回流2h后,停止加热,待锥形瓶冷却后,用90mL水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶,,。溶液息体积不得少于140mL否则会因酸度太大导致滴定终点不明显。溶液再度冷却后,向锥形瓶中加入3滴试亚铁灵指示液,用硫酸亚铁钱标准溶液滴定,待溶液颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁锭标准溶液用量。测定水样的同时,取20mL蒸饱水,按同样操作步骤做空白试验,记录空白时硫酸亚铁较标准溶液的用量。硫酸亚铁较浓度的测定,:向锥形瓶中加入lOmL重链酸钟标准溶液用蒸馈水稀释至lOOmL,再向锥形瓶中加入30mL浓硫酸。待溶液冷却后,向锥形瓶中滴加3滴试亚铁灵指示液,用硫酸亚铁镑滴定。待溶液颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁较标准溶液用量。COD计算公式如下:COD(〇mg=(-xxxV式-72,/!){V〇V!)C8l〇〇〇}/(2)--C硫酸亚铁按标准溶液的浓度,mol/L--V滴定空白时硫酸亚铁锭标准洛液的用量,mL〇V--滴定水样时硫酸亚铁钱标准溶液的用量,mLiV--水样的体积,mL—氧/mo8(1/20)摩尔质量,Lg2.8.2TC与TOC的检测测定原理:将水溶液样品中的总有机碳氧化为二氧化碳,利用二氧化碳与总有机碳之间碳含量对应关系,从而对水溶液样品中总有机碳进行定量测定。测定仪器:GESieversIrmovOx型实验室总有机碳(TOC)分析仪‘仪器工作原理:3^C将密封反应器模块中的样品水加热到,将反应器模块中的压力提高到3200si,从而使水到达超临界状态。在此情况下,水既非气体也非液体,p19 2实验部分却兼具两者的优点,。无论对于水中的有机化合物还是其它的杂质来说超临界水氧化技术使InnovOx分析仪达到99%^上的氧化效果,从而达到更高的总有机碳(TOC)测量准确度和精度。2.8.3浊度的检测1l浊度是表示水质浑浊程度的指标。水质分析中规定;L水中含有mgSi〇所构2一成的浑浊程度为个标准浊度单位,简称为1度。°测定原理,:浊度计发出光线,使之穿过比色槽中的样品并从与入射光呈90的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射。测量仪器:ThermoAQ4500浊度仪。步骤,:将每次待测水样揽拌均匀后倒入比色槽内测量完毕后用蒸溜水对比色槽进行多次清洗。2.8.4重金属含量检测2.8乂1火炮原子吸收光谱法测巧含量:将含待测元素的样品溶液通过原子化系统喷成细雾,方法原理,随载气进入火焰并在火焰中解离成基态原子,。当空也阴极灯福射出待测元素的特征光通过火焰时因被火焰中待测元素的基态原子吸收而减弱一。在定实验条件下,特征光强的变化与火焰中待测元素基态原子的浓度有定量关系,故只要测得吸光度,就可W求出样品溶液中待测元素的浓度。水样巧消解,,:取50mL混匀的的水样于烧杯中加入ImL浓硝酸在电热板上加,蒸发至体积小于20mL,至样品清澈透明,,热煮沸呈浅色或无色否则,补加浓硝酸继续消解。蒸至近干,取下烧杯,稍冷后加质量分数为2%的HN〇320mL,温热溶解可溶盐。若有沉淀,应过滤,滤液冷至室温后于25mL比色管中定容,备用。\原子吸收光谱仪工作条件:Zn测量波长为213.9,灯电流为2.0mA,光谱通带为0,,,.7nm燃烧头高度为7.0mm,己诀流量为2.0L/min空气流量为15L/min乙烘压力M化。为0.09标准曲线的绘制:将巧标准储备液稀释为浓度2.5^lg/l标准溶液。取6个251111比、色管,分别编号1、2、3、4、56,分别向6个比色管中加入OmL、ImL、2mL、3mL、Zn4mL、5mL巧标准溶液,用超纯水定容。按照原子吸收光谱仪工作条件测量标准溶液的吸光度。通过测量水样的吸光度与Zn元素的回归方程,从而计算出水样中Zn元素的浓度。2.8A2石墨巧原子吸收光谱法测攝、铜、铅方法原理:石墨炉原子吸收法也被称为电热原子吸收法,主要采用电流加热石墨‘炉原子化器,使其温度达到2000CW上,从而使样品达到原子化。石墨炉升温程序按---4干燥灰化原子化清除步完成,在整个过程中,除了原子化阶段,石墨炉管在惰性气体氨保护下进行工作,防止其在高温下被空气氧化。在干燥阶段,温度升高到 ̄10013(TC,溶剂和酸性物质挥发,溶质残留在管壁上。在灰化阶段,试样中的有机20 天津科技大学硕±学位论文物质灰化,按盐等物质被高温进行分解或挥发。在原子化阶段,,温度升至最高在分析元素被解离为原子时,停止输送惰性保护气体,此时测,防止分析元素随蒸气逸散量分析元素的原子吸收光谱信号。在清除阶段,将石墨炉管加热到295(TC,清除残留物,达到清除记忆效应。一水样消解:与火焰原子吸收光谱法测巧消解方法致。实验步骤;将消解后的水样和标准溶液直接注入电热石墨炉内的石墨管中进行测 ̄定1020。,石。每次进样量阵测定时墨炉分王个阶段加热升温。首先W氏温(小电流)干燥样品,使溶剂完全挥发,但不发生剧烈沸腾为宜,称为干燥阶段然后用;中等电流加热,是样品灰化或炭化(灰化阶段),在此阶段应有足够长的灰化时间和,足够高的灰化温度,使样品基本完全蒸发但又不使被测元素损失;最后用大电流加热,使被测元素迅速原子化(原子化阶段),通常选择最低原子化温度。测定结束后,一一将温度升至最大允许值并维持定时间,W除去残留物,消除记忆效应,做好下次进样的准备2-3。。石墨炉的工作条件见表表2-3石墨炉的工作条件Tab-rahurnaceworkncondnle23Gpitefigitios进样元特征光波长干燥温度(时灰化温度(时原子化温度清洗适用质量浓体积‘’素(nm)间)C(S)间)C(S)(时间)X:(s)气体度范围帖/L?1^^228--婦.880100(20)500(20)11500(20)氣00.2224-?铜3.780100(20)900(30)2500(8)氨10150铅2- ̄8310(2)7(2)2000(5)氣10150.380000002.9固化块浸出性实验实验采用固体废物-浸出毒性浸出方法-水平振荡法J557—20(H10)对固化物进行COD、Cd、Pb、Cu、Zn溶出性进行测定。将水泥固化块进行粉碎,使样品颗粒全部通过3mm孔径的筛网。称取lOOg样品固化块颗粒,,盖紧瓶盖后固定在水平,置于2L提取瓶中向提取瓶中加入1L蒸馈水振荡装置上,振荡频率为11化10次/min、振幅为40mm为设置条件,在室温下振荡8小时。按照上述方法取5个提取瓶编号为1、2、3、4、5,分别称取lOO样品颗粒进行g浸出性实验。1号提取瓶在振荡完8小时后,静置16小时后对浸出液予W检测2;号提取瓶在振荡完8小时后,静置7d后对浸出液予W检测;3号提取瓶在振荡完8小时后,静置14d后对浸出液予W检测;4号提取瓶在振荡完8小时后,静置21d后对浸出液予W检测;5号提取瓶在振荡完8小时后,静置28d后对浸出液予W检测。在压力过滤器上装好滤膜,过滤并收集浸出液,进行冷藏保存。2.9.1COD检测21 2实验部分取20mL过滤后浸出液水样置于250mL磨口的回流锥形瓶中,加入lOmL重络酸--钟标准溶液及34粒小玻璃珠,连接磨口回流冷凝管,从冷凝管上口加入3〇1111^硫酸硫酸银溶液,,加热回流2h(自开始沸腾时计时)轻轻摇动锥形瓶使溶液海匀。待加热回流2h后,停止加热,待锥形瓶冷却后,用90mL水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL,否则会因酸度太大,导致滴定终点不明显。,向锥形瓶中加入3滴试亚铁灵指示液溶液再度冷却后,巧硫酸亚铁较标准溶液滴定,待溶液颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁镑标准溶液用量。测定水样的同时,取20mL蒸溜水,按同样操作步骤做空白试验,记录空白时硫酸亚铁较标准溶液的用量。硫酸亚铁较浓度的测定:向锥形瓶中加入lOmL重络酸钟标准溶液,用蒸馈水稀释至lOOmL,再向锥形瓶中加入30mL浓硫酸。待溶液冷却后,向锥形瓶中滴加3滴,。待溶液颜色由黄色经藍绿色至红褐色即为终点试亚铁灵指示液用硫酸亚铁锭滴定,记录硫酸亚铁较标准溶液用量。COD计算公式如下:(=-xxx-COD〇2,mg/L)((V〇Vi)C8l〇〇〇}/V式口8)C--硫酸亚铁钱标准溶液的浓度,mol/LV--滴定空白时硫酸亚铁较标准溶液的用量,mL〇--V,mLi滴定水样时硫酸亚铁鞍标准溶液的用量V--L水样的体积,m—(8氧1/20)摩尔质量,g/mol125对编号、、3、4、提取瓶中的浸出液按照上述方法进行检测。2.9.2TC与TOC的检测TC一与脱出水水质、TOC检测方法致。对编号1、2、3、4、5提取瓶中的浸出液按照上述方法进行检测。2.9.3重金属含量检测与脱出水重金属含量检测方法一致。对编号1、2、3、4、5提取瓶中的浸出液按照上述方法进行检测。22 天津科技大学硕±学位论文3实验结果与分析3.1油砂细尾矿物理特性、、实验对象粘度高、乳化严重,为凝胶状泥浆。经离屯机3000转/min离屯15min后,油砂细尾矿不分层,经过离也机3000转,油砂细尾矿经稀释后加入适量A1920PAM-/min离也15min后,油砂细尾矿分层,且上清液澄清。实验现象如图31所示。rwi-'■I誦^I,霸W娜2鱗2接胃;3-图1油砂细尾矿絮凝前后离心对比图I*F-1Fnen打duanctulndaercrinig.3i化iligssasfloccltioenrifgabefoKaftontastfige-由图31中可得出,油砂细尾矿性质非常稳定,在水分散体中胶体粒子表现出极低的惯性力。其结果导致胶体粒子表面电荷在它们的相互作用起到了显著作用。相PW邻的胶体粒子间相互作用可W用疏液胶体稳定性理论(DLVO)进行描述,胶体粒子间同时存在范德华为相互吸引作用和因双电层交联产生的静电排斥作用,导致油砂细尾矿性质非常稳定。机械脱水方法己经不能够将油砂细尾矿中的水分脱出,只能借助化学方法,对油砂细尾矿进行絮凝脱稳。根据不同的表面电荷,布朗运动碰撞可能一会导致低表面电荷的胶体粒子接触黏在起,高表面电荷的胶体粒子则不能相互接触一黏在起,两种不同类型的交互影响沉降速率和沉积物的形成:1.低表面电荷的胶体粒子快速沉降,形成含水率大的沉积物;2.高表面电荷的胶体粒子沉降缓慢,泥砂紧凑,形成的沉积物含水率低。废尾矿是由细小的粘止颗粒(如高岭±)组成,具有非均质的表面特性,经过高分子絮凝剂絮凝后,油砂细尾矿内颗粒相互结合形成絮体快stq速沉降,经离也机物理作用迅速实现固液分离。3丄1油砂细尾矿含水率蒸发皿:30.8740g蒸发皿+污泥:%.9983g蒸发皿+污泥干重:47.1220g23 3实验结果与分析--=〇.油砂细尾矿含水率.47220(%..1:(%99831)/99833087407.05/〇)3丄2油砂细尾矿含油量称取2g风干的油砂细尾矿样品于50mL具塞比色管中,向比色管中加入15.00ml石油離-(6090)振荡2min,待分层后,用玻璃注射器吸出石油醜萃取液,注入盛有,一20mLL-硫酸钢溶液的60m锥形分液漏斗中,用W.OmL石油醜(6090)重复萃取次,,,并入分液漏斗待静置分层后将萃取液吸出。,2min,在原比色管中加入lOmL硫酸钢溶液振荡,待分层后将析出的石油酸吸,并入上述分液漏斗中。振荡2min()20m出,待静置分层后,去除水相下层。再用L硫酸纳溶液重复洗涂2次,去除水相,用滤纸卷吸干锥形分液漏斗下端管颈内的水分,将萃取液放入50mL具塞比色管中。由于萃取的溶液浓度过高,其吸光度超过紫外分光光度计的量程。故将萃取的溶25I5液稀释倍(用移液管取mL萃取液于2mL容量瓶中,用石油趟定容,摇匀)。对230nm230nm萃取液进行全波段扫描,确定其在处吸收峰最大,因此于处测吸光度。标准曲线的绘制:配制含油浓度为88mg/L的原油基准液,取6支50mL比色管,分别加入ImL、4mL、8mL、lOmL、20mL、40mL原油基准液此标准系列的油浓度分,176mL、1LLL、230nm别为:.g/7.04mg/L、4.08mg/、17.6mg/、35.2mg/70.4mg/L。在,/1),吸光度为纵坐标绘制标准曲线波长处测定吸光度W浓度(mg为横坐标。经紫外分光光度计测量原油标准系列数据如表-31所示。3-表1油标准曲线数据T3-ab1landardaleOistcurvedat浓度(mg/W020406080A0O.Z780.5650.8641.154-根据原油标准系列数据,可得原油标准曲线如图32所示。24 天津科技大学硕-上学位论文1.4P12;*lfEuilsn^qJ/X__-1--0岂;品户〇?r??s;""'..’"….-"j.ttj*??"sw;!T",iSuntedtznr ̄■■-.bFM*〇?a妨w0.8T^;B-:siw*a019061.2683IE4.雲。.6B—LinearFfBitO0-.4/0-.2 ̄'?*01■1■?.0020406080)浓度(mg/1-2图3油标准曲线巧-2g.3Oils化ndardcurve样品质量?:2.1267gA=l.8913625=稀释倍萃取液的浓度Ci130.89mg/L=x=原萃取液的浓度C2;I30.89253272.34mg/L=^0=萃取液中含油的质量M3272.34mg/.05163.61mg=1/212油砂细尾矿含油量:163.66.77.69%3丄3油砂细尾矿灰质含量巧蜗:55.2867g巧巧+干污泥:巧.7958g’经马弗炉600C高温加热2h后的质量:58.9504g油砂细尾矿灰质含量;81.25%3.2油砂细尾矿稀释倍数的确定由于油砂细尾矿含有大量粘王和添加剂,具有较高的粘度,流动性差,乳化严重。向油砂细尾矿中直接加入高分子絮凝剂,细尾矿不能絮凝脱稳,因此必须对细尾矿进stw行加水稀释降低油砂细尾矿的表观粘度。因此必须降低油砂细尾矿的表观黏度,采---用加水稀释法可W降低油砂细尾矿的密度,,结果见表32实验现象如图33,34,3-5所示。表3-2稀释不同倍数的油砂细尾矿脱水情况-2Table3Differentdilutedmultilesofoilsandsoffinetailinsdewateringpg25 3实验结果与分析;污泥稀释浓度%253540()35.巧35.88369泥饼含水率(%).3污泥形成絮体情况较大较大巧大滤出液情况较清澈较浑浊浑浊P师]-巧%--图33泥浆稀释巧度为。图34泥浆稀释浓度为3日%。图35泥浆稀释浓度为40%-MF-F-MF.4Mudig.33uddiluteig3diluteig.35uddilute%〇trt2i.4concenaion5%.concentratonwas35concentrationwas5/〇.was-A由表32可看出,将钻井废泥浆稀释4倍,加入150mg/kg1920PAM絮凝剂,加大了污泥颗粒间的距离处理,,污泥脱水效果和污泥滤出水效果最好。污泥稀释后P3减少了形成网状结构的可能性,使大量的加重剂通过自然沉降分离出来l3.3絮凝攒拌强度的确定用六个烧杯分别称取等量的油砂细尾矿,编号134564倍。,2,,,,每份均加水稀释,揽拌巧匀后向六份泥水混合液中加入150mg/kgA1920PAM的脱水剂后置于攪拌器中。123号泥水混合液分另似300r/min200r/rnin100r/inm;,的揽拌强度攪拌相同的时间后,,;对形成的絮体进行抽滤,将经抽滤形成的泥饼放入烘箱中烘干,通过泥饼前后质量差算得泥饼含水率,,含水率最低的为最佳揽拌强度。确定最佳揽拌强度后对456号,,泥浆最佳揽拌强度进行攒拌,攒拌时间分别为10s,2化3化。,按照上述方法测量形成泥拼的含水率3-3,含水率最低的为最佳揽拌时间。实验结果如表所示。表3-3稅拌强度对泥饼含水率的影响b-Tale33TheSirrininensiinflwrnnfferetgttyuenceofa化co化toiltcak揽拌强度攒拌时间含水率(%).lOOr/min10s絮体小,絮团松散49.92200r/min10s絮体小,浆团松散如300r/min10s絮体小,絮团松散40.77攪拌强度攒拌时间现象含水率(%)化 天津科技大学硕丄'学位论文300r/min10s絮体大,絮团松散40.77300r/min20s絮体较大,浆团松散39.%m一300r/in30s絮体大,絮团联在起38.261^^由上表数据中可看出,当^3〇〇[/1^;11攒拌3化后,形成浆团状态良好,且泥饼含水率最低,故该揽拌速度和攒拌时间为最佳揽拌强度。3.4脱水剂筛选的确定3.4.1APAM(分子量为1200万)最佳加量的确定经不同加量的APAM(1200W)处理后,滤出的上清液特别浑浊,污泥含水率结-4果如表3所示。-4APAM表3(1200W)不同加量对污泥含水率的影响Tab-le34APAM(1200w)infIenceofdi干feddedamountoftheslud,theurentagemoisturecontentAPAM(1200W巧口7080100120量(mg/kg)〇含水率(/〇)43.2741.8248.0747.96?.W由W上数据可W看出,随着APAM1200加量的增加,泥饼含水率呈现先降低()且当加量为/k,,后升高的趋势,80mgg时泥饼含水率达到最低此含量即为APAM0200W的最佳加量。)3.4.2APAM(分子量为1800万)最佳加量的确定经不同加量的APAM00-5(18W)处理后,污泥含水率结果如表3所示。3-5APAM表(1800W)不同加量对污泥含水率的影响Tab3-5APAM0Winfluenceofdifferenlile。如)thetaddedamountofthesudgemosture,content〇APAM1800W加量(m/k)现象含水率(/〇)()gg35形成絮体小,絮团松散42.%45形成絮体大,絮团松散37.2550.8形成絮体大,絮团松散42055形成絮体大,絮团松散54.61由表中数据可知,当APAM1800W加量为45mg/kg时,泥饼含水率最低,此加()27 3实验结巧与分析量即为污泥脱水的最佳加量。3.4.3APAM(分子量为2000万)最佳加量的确定经不同加量的APAM3-6(2000W)处理后,污泥含水率结果如表所示。-APAM2000W表36不同加量()对巧泥含水率的影响Tab-le36APAM(2000w)influenceofifferenamountofludemoistu,thedtaddedthesgrecontentAPAM2000W口(巧35405060量(m/k)gg〇(/〇)39.1740.3944.62含水率.5844由W上数据可W看出,随着APAM(2000W)加量的增加,泥饼含水率呈现逐渐升高的趋势。3.4.4APAM(分子量为2200万)最佳加量的确定经不同加量的APAM3-7(2200W)处理后,污泥含水率结果如表所示。表3-7不同加量APAM200W口)对污泥含水率的影响Tab-le37APAM(2200w)theinfluenceofdifferentaddedamountofthesludemoisture,gcontent〇APAM2200Wmk/(/)现〇)(伽量gg象含水率(30絮体大,絮团形成大浆团39.6735絮体不大,絮团紧实40.3140絮体较大,絮团少量松散39.5145絮体较大,絮团少量松散38.0450絮体大,絮团形成大浆团40.5555絮体大.,絮团松散巧42由W上数据可看出,当APAM(2200W)加量分别为30mg/kg,35mg/kg,40mg/kg时,含水量大致保持不变,随着APAM含量的继续增大,含水量逐渐减小,后逐渐增大。且在含量为45mg/kg时泥饼含水量最小。此加量即为污泥脱水的最佳加量。3.4.5A1920PAM最佳加量的确定经不同量的A-1920PAM处理后,污泥含水率结果如表38所示。28 天津科技大学硕-上-学位论文3-8A表1920PAM不同加量对泥饼含水率的影响-Table38APAM(2200w)theinfluenceofdifferentaddedamountofthesludemoisture,gcontent920PAMM加量120140150200(mg/kg)含水率(%)37.4338.1435.3340.4975rtt————>7。-巧V-?-A20PAM^19'\\1.2X10APAH60-7-A-1.8X1〇aPAMA^^-乏t2.0>u〇M巧-MW7--42A.2X1〇a?’ ̄S^1掘圆so:WK\義巧-?I111111301111、050100150200250絮凝剂加量(mg/kg)图3-6不同高分子絮凝剂加量对滤饼含水率的影喃-Trm巧lrl径.36heefectsofdifeentoefloccuantdosaeon化ecakemois1:urepyg从图3-6可W看出,阳离子聚丙稀醜胺对该油砂细尾矿并没有絮凝脱水作用,通常采用阳离子聚丙婦醜胺对污泥进行絮凝脱水,脱水机理主要是电中和、压缩双电层、wti。吸附架桥本研巧对象中加入阳离子聚丙婦醜胺后,污泥未出现脱稳絮凝现象,可能是由于油砂细尾矿中含有大量的横酸盐,横酸盐所带的大量负电荷破坏了阳离子聚丙赌醜胺的结构,污泥脱稳产生絮体,絮;加入阴离子聚丙締醜胺后体翻卷形成絮团并沉降。随着阴离子絮凝剂加量的不断増加,滤饼含水率呈先降低后增加的趋势。且分子量越大的阴离子絮凝剂在相同加量的情况下,形成滤饼的含水率越低,是由于絮ssti。凝剂分子量越大分子链越长,分子链对污泥颗粒的吸附架桥作用更加显著由图3-650m/kA1920PAM乳液最佳加量可知,1gg为阴离子聚丙帰醜胺,此时脱水后油砂细尾矿泥饼的含水率为35.33%。3.5油砂细尾矿污泥比阻测定29 3巧验巧果与分析布氏漏斗直径为60mm。3.5.1未经稀释油砂细尾矿污泥比阻测定未经稀释油砂细尾矿50g的体积经称量为34.2m^循环水式真空抽滤粟压力表趋于稳定的示数为:0.095M化;滤液体积:19.7m^27N,:〇.〇1S/m滤液粘度;:1.06/mL滤饼固体浓度g;-t/v37所示)斜26.53对V所作直线(如图率:;2i污泥比阻为:尸303.513xl〇m/kg11r-10*如.m,"JL1——..—"-""I^IX'tiirihtii.eiiHfciceaAan?tllSg■ZZ::::yX1iaiw8t<i><b?4En?r*uInra(?lai,a6821p-8*化MWaSifiM5.未经稀辞油砂细尾矿—LineaFitfBro4/-3II.II......III1.01.11.21.31.41.51.6V图3-7未经稀释油砂细尾矿t/v对V所作直线F-neig.37Withoutdilutingoilsandsfinetailinstovt/vlig3.5.2稀释4倍后油砂细尾矿污泥比阻测定稀释4倍后油砂细尾矿50g的体积经称量为44.3mU循环水式真空抽滤累压力表趋于稳定的示数为;0.095M化;:31.4mJL滤液体积;2-滤液粘度:〇.〇17NS/m;滤饼固体浓度:l.;36g/mL;、v(-t/对V所作直线如图38所示)斜率:10.%;i2=x…污泥比阻为:r166.123m/kg30 天津科技大学硕止学位论文11「■_10iI■?!.巧————.产BmIAmI&■W9-'嘴^Uj.tSmtfy ̄ ̄I.'ror;V?lingtjtfijlCt.…….SSSSii、椒ia曲T^’'8-■化;ii一soba‘i"-5-■-稀释4倍油砂细尾矿LinearFitofSV/3-.I■I.t.I.I.I■I0112131415161.1......乂图3-8稀释4倍后油砂细尾矿t/v对V所作直线F-r4meunvrig.38Aftetisdiltiooffinetailingssandst/toVinastaightline由计算所得未经稀释与稀释4倍后油砂细尾矿污泥比阻值可知,对油砂细尾矿稀释能大量降低油砂细尾矿污泥比阻值。.3.5.3A1920PAM对油砂细尾矿污泥比阻的影响20PAMP3.5.3.1力口量为120mg/kgA19对油砂细尾矿污泥比阻的影向油砂细尾矿絮体体积为18mU循环水式真空抽滤累压力表趋于稳定的示数为.a:OlMP;滤液体积;11.2mL;2,滤液粘度:〇.〇17NS/m;滤饼固体浓度:1.786g/mUt/v对V所作直线(如图3-9所示)斜率:化1815;i2=xm污泥比阻为:rl.6410/kg31 3实验结果与分析0.55广0-.50?Umxlm,……’-\《■^占知占。eihtigi’…’I^0-.45相抗抖1rsar?*?'…?"―宁"ri?古《riiT;ri,'-aiMIamVtsiMbi0?.40'mtrt.w-mti.2!aonai?"w色wwadoaeyjy0-.35/V^羣-0.300-.25-■-^120mg/kgA1920PAML0-inearRtofB.20。"-■/I1111■**10?.1075808.59.09.510.0..V3-9Am图1920PAM加量为120g/kgF-1AM1ig.39A920PaddedamounUo20mg/kg340m/kPAM对油砂细尾矿污泥比阻的影口.S.3.2力口量为1ggA1920向16油砂细尾矿絮体体积为.0m^循环水式真空抽滤泉压力表趋于稳定的示数为:〇.〇9MPa;滤液体积:9.8m^2,:〇.〇17NS/m滤液粘度;滤饼固体浓度:1.71/m^gv对V所作直线3-t/(如图10所示)斜率:0.1834;i2=xm/k污泥比阻为:rl.4421〇g32 天津科技大学硕±学位论文0.7P?-???*,<0.6I知"?I’―?’—…―-*品/■??Mew**MX ̄ 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天津科技大学硕-上学位论文-图312A1920PAM加量为200mg/kg-mF12A1AMamoun200ig.3920Paddedt化g/kg3.10m口.5.35力n量为2g/kgA1920PAM对油砂细尾矿污泥比阻的影向油砂细尾矿絮体体积为34.6m^lMP循环水式真空抽滤粟压力表趋于稳定的示数为:O.a;滤液体积:26m^2‘滤液粘度;0/m.020NS;滤饼固体浓度.4%/m:1gU-t/v对V所作直线(如图313所示)斜率:0.3864i2=污泥比阻为:r6.496xl〇m/kg■" ̄ ̄—■,…—,1""""/,1每古時?..…ZIZ人a妨iInldMl____二I03i-—^/由?品广靖而I品^if-?'…-’……-.…Sa*iifaWit-〇.e,^-■-210mg/kgA1920PAM0-.4LnearFitofBi.-02/X■.I.I.I.1.I.5.56.06.57.07.58.0V-A1920PAM量为0mk图313加21g/gF-210ig.313A1920PAMaddedamount化m/kgg通过对不同加量脱水剂A1920PAM处理后的油砂细尾矿污泥比阻的测定结果(如-图314所示),可知油砂细尾矿污泥比阻值降低幅度大,比阻值达到最佳机械脱水范围。35 3实验结果与分析7广不同A1920PAM加量对比阻值影响f:<4-/r:/2?—-1..?..IIIIII120140巧0180如02如A1920PAM加量(mg/kg)3-图14不同加量A1920PAM对比阻值的影响F-TrA1AMrasvaig.314heinfluenceofdiffeentaddedamount920Pconttlue-由图314中可W看出,脱水剂A1920PAM不同加量对油砂细尾矿污泥比阻值的A一影响趋势与不同加量1920PAM对油砂细尾矿泥饼含水率影响趋势样。3.5.4(分子量为1200万)APAM对油砂细尾矿比阻值的影响80mkPAM3.5.4.1加量为g/gA(分子量为1200万)油砂细尾矿絮体体积为15m^循环水式真空抽滤累压力表趋于稳定的示数为:0.1M化;滤液体积:7.6m^2’滤液粘度:〇.〇19NS/m;滤饼固体浓度:1.336/m^g-t/v对V所作直线(如图315所示)斜率:化2616;i2=xl.1污泥比阻为:r697〇m/kg36 天津科技大学硕±学位论文-1*2?to??Wmlw,j____________'.__i枯ibi占i成-*ift如■一心1&adi/'?与苗三二哥^IZZT二/-"w0—一<br1-'"".*Marmni^击iSid…."*?乂祐占巧进0视://-■—80mg/kgAPAMA—L/inearFitofB。'4;I??■I■I.1■I..0I言I23035..4.04.55.05.56.06.5V-巧APAM图3(分子量为1200万)加量为80mg/kgF-APAMrwemi.315moleculaihtis12illionaddedamountto80m/kg(g)gg3.S.4.2加量为100mg/kgAPAM(分子量为1200万)油砂细尾矿絮体体积为20mL循环水式真空抽滤粟压力表趋于稳定的示数为:化IMPa;滤液体积?:2‘滤液粘度;〇.〇17NS/m;滤饼固体浓度:1.213g/m^-t/v对V所作直线(如图316所示)斜率:0.0936;i2=x污泥比阻为:r1.376l〇m/kg0.55广■0-.50/iNwie/e,jjhWW—?一胃———!//由減0■.45is微 ̄…,边f*?la*StarfKitl^orr曲苗■—丢谢-古碰0-.40p0-.巧客0-//.30//0-.巧lOOmg/kgAPAM—LtinearFiofB0-.200-.15/.I.I.I.I.I.I.I.i.I5.56.06.57.07.58.08.59.09.510.0V37 3实验结果与分析3-图16APAM(分子量为1200万)加量为100mg/kg-Fi.316APAM(molecularweightis12million)addedamount化100m/kggg3.S.4.3加量为120mg/kgAPAM(分子量为1200)万油砂细尾矿絮体体积为20mU循环水式真空抽滤粟压力表趋于稳定的示数为:O.lMPa;滤液体积:12.2m^2N’;〇.〇17S/m滤液粘度;滤饼固体浓度.137/m:1g^-t/v对V所作直线(如图317所示)斜率;0.1223;i2=r.m/k污泥比阻为:158^1〇g—0.巧rP二|II■-*■***??kfltel?<j—t——T--?*———--—-?AmTit-u0.50j.I^**uetairrmirijSiidE!■描品w.I每妨Haotia■-.'’-w哭gi细doori,0(f450-.40-0.35^占-O'孤-■-120mg/kgAPAM.?LtinearFiofB0-.巧/0-.20■/0-.15I.I.I■I.I.I.I.I.6.06.57.07.58.08.59.09.5V-图317APAM(分子量为1200万)加量为120m/kgg-PAMmoFi.317Alecularweihtis12millionaddedamoLinUo120m/kg(g)gg3.5.5(分子量为1800万)APAM对油砂细尾矿比阻值的影响3.5.5.1加量为35mg/kgAPAM(分子量为800万)1油砂细尾矿絮体体积为19m^循环水式真空抽滤粟压力表趋于稳定的示数为:〇.〇45MPa;滤液体积:13.7mL2.:〇S/m滤液粘度.〇18N;滤饼固体浓度./m:1413^g-t/v对V所作直线(如图318所示)斜率:化9878;i2=x污泥比阻为:r7.216l〇m/kg38 天萍科技大学硕止?学位论文0.55广■0-.50?/?*一ewUeo,,q?”’.i.’-—.‘—.’I——…n/■[J苗*;早171!吟!啤’心姑畔义7.!—.二71二11.—://-0.45i…" ̄ ̄jwiHt^.rilI^llMtwwVili*Nl?;lnrt??t,HL<2?f040_u;0.lOMT?*isicfwo.ensBaws0-.巧含030-//.//-0.25—■—巧mg/kgAPAMLinearFitof60-.200-.15/■t.?.I.I■I.I■..III5.56..06.57.0758.08.59.09.510.0V3-图18APAM(分子量为1800万)加量为:J5m/kgg-moF.1APAMecuarweig38llihtis18millionaddedamount化35m/k(g)gg3.5.5.2加量为45mg/kgAPAM(分子量为800万)1油砂细尾矿絮体体积为:18m^.〇.〇9〇MPa循环水式真空抽滤泉压力表趋于稳定的示数为:;滤液体积■:12.7mL2,滤液粘度:〇.〇18NS/m;滤饼固体浓度:1.734g/rr山;(-t/v对V所作直线如图319所示)斜率;0.1202;i2污泥比阻为=x:r1.326l〇m/kg11r-10.?.N-—,b-I"—II;占;iSiiTjSjipii……….S规/-9…—遍—^■.?''诏iiSiMhHIrmMrt-iaM4.16SIC&Wlp-一8?、頂瓦南If<TuaM——5-■巧mg/kgAPAMLinearFitofB3-.i.t.i.i.i.t.i1.01.11.21.31.4.161.6V39 3实验结果与分析3-图19APAM(分子量为1800万)加量为45mg/kg-F.1APAMlitiiit化45mig39molecuarwehs12mllonaddedamoun/k(g)gg3.5.S.3加量为50mg/kgAPAM(分子量为1800万)油砂细尾矿絮体体积为:循环水式真空抽滤累压为表趋于稳定的示数为.〇9:〇0MPa:滤液体积:15.1mL;2’1N滤液粘度:〇.〇8S/m;滤饼固体浓度;1.638/mLg-20t/v对V所作直线(如图3.1275所示)斜率:0;'2污泥比阻为:尸l.巧レ10m/kg11r-10,?if■W■I&l-IIM[一Iieihin?iiaaaIeshiiduaiSo"l^-g一--—:T:a…。加:…'?rro8ite<t^IKt?re?ipt:a?2i|-—?…一…-8?幻品SSSawArT话■-550mg/kgAPAMLinearFfitoB4户3-.I.I.t.I.1.1.11.01.11.21.31.41.51.6V-20APAM图3(分子量为1800万)加量为50mg/kg-Fi.320APAMlihiUHon/(molecu祉wets18m)addedamount化50mkgggg3.5.S.4加量为55mg/kgAPAM(分子量为1800万)油砂细尾矿絮体体积为:20.3m^循环水式真空抽滤粟压为表趋于稳定的示数为:0.100M化;:15〇1滤液体积.7以2滤液粘度-:〇.〇18NS/m;/滤饼固体浓度:1.576m^g-t/v对V所作直线(如图320所示)斜率:0.1324;i2x污泥比阻为:尸2.5441〇m/kg40 天津科技大学硕上学位论文0.8P?0?-7Wi.lfeta!it[--一由減1I????rtw?<!?--BjT-;>0.0_tn""-[W0.]n0.03aMj|"*’’’?so*ftmuoMuipd。-5>—■—巧mg/kgAPAM0_4——LinearF巧ofB0-.3//0-.2.i.t.i.i.t.i.i.i.i.4.04.55.05.56.06.57.07.5瓦0瓦5V3-巧图20APAM(分子量为1800万m/k)加量为ggF-mow.20APAMu1added55mig3(leclareightis8millionamount化/k)gg3.5.6(分子量为2000万)APAM对油砂细尾矿比阻值的影响3.5.6.1加量为35mg/kgAPAM(分子量为2000万)?油砂细尾矿絮体体积为10〇1以循环水式真空抽滤粟压力表趋于稳定的示数为?:0.080M化;滤液体积:5mdL;2滤液粘度-:〇.〇18NS/m;滤饼固体浓度;1.113g/m^V(-t/v对所作直线如图321所示)斜率:0.6212;i2x污泥比阻为:尸3.9621〇m/kg;41 3实验结果与分析1.4P-12/—田.。巧?马f^jZ.^‘.…-….进吉品!1.01吊一一'bror//ra-lBl.aBMfliWBiUft;?Sla*^??aia?*in.ply/s:—■—35mg/kgAPAM——LinearFitofB。'4;/y?言02303.23.43.63.84.04.24.44.64.8.V-m32:图1APAM(分子量为2000乃)加量为35g/kgF-1APAMmorweig.32leculaihtis20millionaddedamounUo35m/k(g)gg3.S.6.2加量为40mg/kgAPAM(分子量为2000万)15m油砂细尾矿絮体体积为.5^:0.090MPa循环水式真空抽滤累压力表趋于稳定的示数为;*滤液体积:7.7mL;2‘.1N:〇〇8S/m滤液粘度;滤饼固体浓度:1.107/m^g-t/v322所示):0.2176对V所作直线(如图斜率:尸xi2污泥比阻为:2.29l〇m/kg;1.0「。9-!/qu.lonel■“--…0-.8::^基,一/产-iwi#MJ.tSar*;? ̄-T^Uim说品?俗占0■.7Inland!aWW*]?isi—;azinra"?40mkAPAMg/g—LinearitfBFO0.4:0-.3....02i.t.iii.tt3.54.04.55.0瓦56.06.5V42 天津科技大学硕-上学位论文3-22APAM2000万40m/k图(分子量为)加童为gg-moiiiliFi.322APAMlecularwehts20mlonaddedamount40mkg(g)化g/g3.S.6.3加量为50mg/kgAPAM(分子量为2000万)油砂细尾矿絮体体积为16mL;M>I循环水式真空抽滤累压力表趋于稳定的示数为:〇.〇95a;滤液体积:lO.lmL2-滤液粘度:〇.〇18NS/m;滤饼固体浓度:1.23/m^g-t/vV323所.所作直线(如图示)斜率:015对;i2r=x1m:.76l〇/kg污泥比阻为;0-.胡j:■二二f畔I■'Staat乂…….…"一化50-、向r二zizi*—r执巧tbiu^a?〇?〇?*-一|jI045戸0-.40^。35含;化3050mg/kgAPAM*L?0inearFitofB250-.20'■/0-.15I.I.I.I.t■I■I.?.6.06.57.07.58.08.59.09.5V3-250m图3APAM(分子量为2000万)加量为g/kgF-23APAMmoecuarwe2ig.3(llightis0millionaddedamount化50m/k)gg3.S.6.4加量为60mg/kgAPAM(分子量为2000万)油砂细尾矿絮体体积为16.5mL;5MPa循环水式真空抽滤累压力表趋于稳定的示数为:化09;.m滤液体积:l〇8^2N‘1滤液粘度:〇.〇6S/m;滤饼固体浓度:1.307/m^g/v3-24所示)斜率t对V所作直线(如图:0.1352;i2=污泥比阻为:r2.18xl〇m/kg;43 3实验结果与分巧-0.90- ̄.8*blIEWM"—?…….—……>沁扭‘占二:.:Z人色也占iMiteitoHi!ums__Sq?__———y化■'"■??A—?i!*?m.…-? ̄— ̄ 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3实验结果与分析3-26APAM40m图(分子量为2200万)加量为g/kgFig.3J6APAM(molec山arweightis22million)addedamountto40mg/kg5mPAM3.5.7.3力口量为4g/kgA(分子量为2200万)油砂细尾矿絮体体积为10.3m^循环水式真空抽滤泉压力表趋于稳定的示数为:化lOOMPa;滤液体积:7.12’滤液粘度:〇.〇18NS/m;滤饼固体浓度.031/m:1gLV所作直线-t/v对(如图327所示)斜率:0.0669;i2=污泥比阻为:r1.278xl〇m/kg;江60-■'??一畔tiM;//_J?0Kethlhllnt.55:gf|*.90U8BH.liflAalSiaof;S?WMI■_JI....UJi.'aiMerirrlSM*4Ert0-.50nlm?-1ilnIO.0MM〇〇4?'--—…V?l*村巧识研.Sopj-/S0巧/y-■-45mg/kgAPAM0..40LinearFitf己o-0.巧-六.yI1*1110■■■??.30678910V3-巧APAM2200图(分子量为万)加量为45mg/kg*-Fi.327mollihtisi/kgAPAMecuarwe22millonaddedamountto45m(g)gg3.5.7.4力口量为50mg/kgAPAM(分子量为2200万)油砂细尾矿絮体体积为循环水式真空抽滤索压力表趋于稳定的示数为:0.095M化;滤液体积:7.9m^2‘滤液粘度:〇.〇17NS/m;滤饼固体浓度:1.143/m^gt/(-v对V所作直线如图328所示)斜率;化0961;i2=污泥比阻为:rlJ6xl〇m/kg;46 天津科技大学硕止学位论文^0".55???|古兮V—i______■<-JeWSie4csatadIiAlS<i|050-"I."斬今-町^柏—ltatedirirwT……rN?otoiwM.wnfioTMlaily^_■石占Y占府.!j045/0-.40。35含;—■—50mg/kgAPAMLinearFitofB0-巧'0-.巧l.t.t.I.I.I.I.I.6.06.57.07.58.08.59.09.5V3-28APAM2图(分子量为200万)加量为50mg/kgF-ig.328APAMmolecularweihtis22millionaddedamount化50m/k(g)gg3.5.8污泥比阻值误差分析经过测量加入不同种类、不同加量脱水剂后油砂细尾矿污泥比阻值后,发现比阻i2?x值都在14l〇m/kg范围内说明经过脱水剂的絮凝处理后,油砂细尾矿的污泥比阻能达到机械脱水的要求。然而,发现脱水率最高的A920PAM.1絮凝油砂细尾矿后,污泥比阻值并不是最一个指标低的。这是因为污泥比阻值只是油砂细尾矿脱水难易的,油砂细尾矿脱水难WSWl易还包括污泥絮凝形成絮体的大小及强度等因素的综合影响。不同加量的脱水剂对污泥比阻值的影响趋势与其对应的泥饼含水率影响趋势不一致,可能是由于实验方法误差所致,当测量污泥比阻值时,滤饼的体积、滤饼固体一浓度测量计算存在误差,所W导致污泥比阻值与真实值有定偏差,但并不影响其证实不同加量的脱水剂对油砂细尾矿大量降低其污泥比阻。3.6枉藻±助滤为强化脱水效果,在加入不同量的娃藻±后加入150mg/kgA1920PAM絮凝剂,3-9所示滤饼含水率及抽滤达到负压所需时间随珪藻±加量的变化如表。表3-9滤饼含水率随桂藻±加量的变化情况Tab-rle39Filtercakemoistuecon化ntwith化echangeofdiatomUeaddedamount0124l126滤饼含水率(%);36.51%.l35.140.47 3实验结果与分析达到负压所需时201532间min()3-92%如表所示,娃藻王在加量为1%、的情况下能使滤饼含水率降到35%左右,这表明娃藻王有强化脱水的作用。当继续增加娃藻±的加量时,滤饼含水率并没有相一应的降低,反而含水率提高了,即助滤有个极限值。助滤只是在滤饼中形成骨架结,构,降低污泥的压缩系数,构成不容易被压缩的结构从而使泥浆能在抽滤过程中保心一’^持多孔性结构,油砂细尾矿中的水分也可[^从这些多孔性结构中流出^另方面显著减少油砂细尾矿的抽滤时间,有效地降低抽滤能耗。3.7化学助滤剂协同作用3-0.7.10P1助滤效果一--17OP10是种白色或乳白色糊状物化工原料,易溶于水,PH(%水溶液)为6,’-HLB值14,6167C,主要成分为烧基龄聚氧己婦醜、.5浊点为,具有优良的孔化扩散、W’W1润湿。向油砂细尾矿中加入A920PAM的最佳加量,然后加入不同、抗静电性---加量的OP10,考察不同加量的OP10对油砂细尾矿的助滤效果,如表310所示。--表310不同0P10加量下泥饼含水率情况Ta-mo-b1ThilersureconnundererenP1le30eftcakeittetdifftO0addedamount-OP10加量(/k)481640gg.〇含水率(/〇)3t71;36.3838.3242.65-P-从表310中可看出,随着O10加量的增加,泥饼含水率呈现先降低后升高-的趋势,随着OP10加量的增大,泥饼脱水恶化,滤饼含水率升高,且当加量为8g/kg--,泥饼含水率达到最低1010时,此含量即为OP的最佳加量。从OP分子式中可W看--至IJ,10疏水能力强,其非极性基团很长,因此OP,而OP10的亲水基团夹在碳氨链中-P-导致其亲水能力弱当O10加入稀释后的油砂细尾矿中,此时OP10的分子空,,亲水基包围疏水基间结构在水的作用下发生变形形成曲折结构,使整个亲水基在一,,个大的亲水基团外面细尾矿中的水分子W氨键的形式与酸基连接形成,使其亲tw’wi-水能力提高。在滤饼抽滤过程中,OP10将滤饼中的水分吸收,从而有效地降低滤饼含水率。3.7.2全氣非离子表面活性剂助滤效果全氣非离子表面活性剂具有高表面活性,能显著地降低溶液体系、水性体系的表68697〇71[,,1[]面张力。其主要由具有活性氨的含氣憎水性原料,如含氣的烧基敢、烧基钱nti脂肪幾酸、院基醇駄按等在酸或碱催化剂参与下和环氧石烧加成制成。其亲水链一段与碳氨表面活性剂相似,般为聚氧立蹄亲水段。向油砂细尾矿中加入A1920PAM48 天津科技大学硕止学位论文的最佳加量,然后加入不同加量的全氣非离子表面活性剂,考察不同加量的全氣非离-子表面活性剂对油砂细尾矿的助滤效果,如表311所示。-表311不同全氣非离子表面活性剂加量下泥饼含水率情况-Table3rren11Unde化edifeterfluorinatednonionicsurfactantaddedamountmudcakemoisUirepcontent全氣非离子表面活性剂加量(/k)481216gg35.含水率(%).16357336.2136.32由表3-11数据可看出,随着全氣非离子表面活性剂加量的增加,泥饼含水率呈现逐渐升高的趋势,随着全氣非离子表面活性剂加量的增大,泥饼脱水恶化,滤饼含水率升高,且泥饼含水率相对比未加氣非离子表面活性剂时均处于较低状态/k,故4gg为全氣非离子表面活性剂的最佳加量。全氣非离子表面活性剂能有效地降低污泥颗粒74[1与水之间界面张力,使泥饼在抽滤过程中水分更容易分离。3.7.3低泡表面活性剂助滤效果75£01具备低泡性能的表面活性剂主要有四种:/?0嵌段聚酷^石氧基化脂肪酸甲twi醋类衍生物聚醜改性有机娃类表面活性剂和异辛醇磯酸醋衍生物。本次研究一采用聚跑改性有机娃类表面活性剂。有机娃表面活性剂是种合成材料,W无机娃氧晓和有机基团杂化而成。有机桂案面活性剂铺展效果好,润湿性能良好。单独的有机娃结构不具有低泡与消泡的效果,只有加入疏水性的白碳黑方才能起到破泡和消泡的一效果。将有机桂表面活性剂中的甲基用聚醋取代,步提高表面张力能进,有效地减7911少泡沫。向油砂细尾矿中加入A1920PAM的最佳加量,然后加入不同加量的低泡-表面活性剂,如表312,考察不同加量的低泡表面活性剂对油砂细尾矿的助滤效果所示。3-表12不同低泡表面活性剂加量下泥饼含水率情况*Ta-wmudmoble312Underdiferentlofoamsurfactantaddedamountcakeistuiecontent低泡表面活性剂加量4812/k(gg)〇含水率(/〇)%.9235.9938.50由W上数据可1^看出,随着低泡表面活性剂加量的增加,泥饼含水率呈现先降低后快速上升的趋势,随着低泡表面活性剂加量的増大,,泥饼脱水恶化滤饼含水率升高,且泥饼含水率相对比未加低泡表面活性剂时均处于较低状态,故4g/kg为低泡表面活性剂的最佳加量。49 3实验结果与分析3.7.4氣离子表面活性剂助滤效果氣离子表面活性剂是目前为止表面活性最高的一种表面活性剂。由于其具有很低56?的临界胶束浓度(大概为1(Tl(Tmol/L),在其浓度很低时便能使溶液的表面张力急剧降低。向油砂细尾矿中加入A1920PAM的最佳加量,然后加入不同加量的氣离子-表面活性剂,如表313,考察不同加量的氣离子表面活性剂对油砂细尾矿的助滤效果所示。3--表13不同YF001氣离子表面活性剂加量下泥饼含水率情况-T-1DerenYF1able33ifft00fluorineionsurfactantaddedamountofmudcakemoisturecontentundereuanthsittioYF-001氣聞子表面活性剂加量481216(g/kg)42.1633.7739.914含水率(%)1.90F-001由数据可W看出,泥饼含水率,随着Y氣离子表面活性剂加量的增加-,随着YF00,泥饼脱呈现先降低后快速上升的趋势1氣离子表面活性剂加量的增大-水恶化,滤饼含水率升高,故8g/kg为YF001氣离子表面活性剂的最佳加量。-3.7.50P15助滤效果一-50P1是种乳白色或淡黄色糊状物化工原料易溶于水,HLB值约为15,浊点,°-C为9499,主要为烧基酪与环氧己烧缩合物具有优良的乳化、扩散、润湿、抗静电,-性A1920PAM的最,OP15,。向油砂细尾矿中加入佳加量然后加入不同加量的考-15对油砂细尾矿的助滤效果-1。察不同加量的OP,如表34所示3--表14不同0P15表面活性剂加量下泥饼含水率情况--TabI141e3DiferentOP5surfac化ntaddedamountofmudcakemoisturecon化ntunder化esiUiation-OP15加量4080120160200(mg/kg)〇(/〇)38.1339.307:.13含水率.25373.6038-由数据可W看出,随着OP15現化剂加量的增加,泥饼含水率呈现先降低后-快速上升的趋势,泥饼脱水恶化,滤饼含水率升高,故120mg/kg为OP15乳化剂的-P-最佳加量15或化剂助滤机理与O10。OP乳化剂助滤机理相似。3.7.6各种化学助滤剂助滤效果对比50 天津科技大学硕-上学位论文3-29。综合上述数据,将化学助滤剂对滤饼含水率影响绘制于下图0P-10-*—全氣非离子表面活性剂W45-★-低泡表面活性剂]-44一■--:IYF001氣畜子表面活性剂-43J\—襄三?;E-33-32-31-30■■I■II51015助滤剂加量/kg)(g图3-29不同化学助滤剂剂加量对滤饼急水率的影响F-29Derenchemcaermounaenaddednuenceofwaerconenieri.3iftilfiltidagtattheifltttoffltcakeg,--从图329中可W得出,当YF001型氣离子表面活性剂加量为8g/kg时,其助滤33.77%。殘果最好,此时滤饼含水率为3.8脱出水循环试验对污泥进行稀释再处理效果比较理想,但会相应产生大量废水,造成二次污染,--为了减少稀释水产出量,尝试将脱出水作为稀释水循环使用。结果见表315与图330、--331、332。如广:;?A/IV/叫心-38.I.I.I.I.I.I024681012循环次数-图330油砂细尾矿脱出水循环次数对泥饼含水率的影口向51 3实验结果与分析-巧梦330FineoilsandstaHingswatercycletimesontherola化cakemoisturecontentpp表3-巧脱出水循环泥饼含水率情况b-Tale315waterlmudittcyceandcakemosureconentA1920PAM加量水循环次数滤出液浊度含水率(%)(mg/kg)0600596380.4156075841.16252075143.21348065645.04444049945.03540048348.38660015乂539.04756019140.368520巧643.39948034444.481044036045.011140039246.0352 天津科技大学硕-上学位论文1000「。。-//\皿朗。-\’磬/一讓.//\-■i/■0h......II1III024681012循环次数3-图31油砂细尾矿脱出水循环次数对脱出水浊度的影响I^-Fig.331Oilsandsfinefilingsprolapseafectst:hewatercycletimeson化ewaterUnbidity巧-—IfIf)*30-艺5-I]^I.a20__旺-長15???1-1〇5.M\IIJJ\.iI,\..0_012345循环次数-32图3油妙细尾矿脱出水循环次数对抽滤泥饼成负压所需时间的影口向F-watermi.332Afect也etimetheoilsands打netailinsrolasecleti山redforggycmesreavacuuppqfiltrationcake一对油砂细尾矿采用絮凝剂A1920PAM进行脱水循环试验,循环5次为周期,即5510经过,对脱出水进行絮凝处理降低其浊度次循环试验后用无机絮凝剂C1,然后一3-303-3用处理后的脱出水进行新循环周期试验。由图及图1可看出,随着油砂53 3实验结果与分析细尾矿脱出水循环次数的增加,滤饼含水率、污泥脱出水浊度呈增大的趋势。第6次-循环试验,,,稀释水经过无机絮凝剂C1510处理使其浊度大幅度下降(见图331)此时泥饼含水率与刚开始絮凝脱水试验得到的泥饼含水率差不多,油砂细。由此可知,尾矿泥饼含水率与泥浆稀释水浊度有关,稀释水浊度越大相对应的泥饼含水率也越一-大,抽滤泥饼至负压所需的时间越长(见图332)。综上所述,进行个周期油砂细,对脱出水进行简单的无机絮凝处理降低其浊度尾矿脱出水循环实验后,可达到无限次循环利用油砂细尾矿脱出水。这可^^^降低在对油砂细尾矿脱水过程中对环境的污染,对水资源进行重复利用。3.9添加桂藻±后脱出水循环试验通过娃藻±助滤试验,可W得出桂藻止能有效地降低滤饼含水率及抽滤时间、能2%,耗。因此向油砂细尾矿中加入的赶藻止进行脱出水循环试验,发现在脱出水试验-中,娃藻±能有效降低滤饼含水率及抽滤时间与能耗。结果如表316所示。3-6表1添加枉藻±后脱出水循环泥饼含水率情况-waterTab31Afterainclirlamiuriile6ddgycedatomiteosedcakeostecon化ntcondtonsppA1920PAM加量()(mn)(%)水循环次数娃藻±加量g抽滤时间i含水率(mg/kg).01.02%)6001039.04(11.02%5601035.54()21.02%5201038.79()31.0(2%4801441.65)41244040.08.0%10()51.02%4001039.23()由W上数据可W看出,当加入2%的娃藻止后,达到与之前相同的泥饼含水率,20ml抽滤时间由原来的in变为Omin,大大缩短了时间,同时也降低了能耗。而第H次抽滤所需时间为14分钟,较其它组所需时间长娃藻止的加量时,滤,当继续增加一饼含水率并没有相应的降低,反而含水率提高了,即助滤有个极限值。3.10不同循环次数脱出水抽滤时间对比与分析6个烧杯分别加,编号1、2、3、4、5、6取入等量的油砂细尾矿,分别加入等量循环0次、1次、2次、3次、4次、5次的脱出水进行稀释处理,向稀释后的油砂细尾矿中加入150mg/kgA1920PAM絮凝剂进行絮凝处理。分别对上述形成的絮体进行54 天津科技大学硕尘学位论文(-抽滤,抽滤直到形成负压为止即真空抽滤粟气压表开始下降)。实验结果如表317,-图333所不。-7表31水循环抽滤时间对比情况b-mTale317Coarisonof化ewatercyclefiltrationtimepA1920PAM加量(mn水循环次数浊度抽滤时间i)含水率(%)(m/k)gg015002038.5021150巧2639.502150530293906.3150626323乂70415065.132393251508483538.%36-?..34-//-32■■3。/I;■一"f-X駕26-f*24;/22-/200123456循环次数图3-33不同循巧次数脱出水对抽滤时间的影响F-i333Differentcclesrolaseaffecswaerfilrationimg.ypptttte3--从表17与图333可1^1看出,在抽滤至产生负压,含水率大致相同的情况下,脱出水循环次数越多,所需的抽滤时间越长。上述数据从侧面反映了稀释水的浊度会影响油砂细尾矿脱水一,増加油砂细尾矿脱水难度,因此进行个周期油砂细尾矿脱出水循环实验后,对脱出水进行简单的无机絮凝处理降低其浊度,可达到无限次循环利用油砂细尾矿脱出水。这可W降低在对油砂细尾矿脱水过程中对环境的污染,对水55 3实验结果与分析资源进行重复利用。3.H油砂细尾矿滤饼的资源化油砂细尾矿经脱水后形成滤饼,若将滤饼进行填埋堆放,容易污染止壤及地下水。stw因此将尾矿滤饼与水泥进行混合固化处理制成建筑材料,起到固废重新利用的效果。一脱水后的泥饼属于固体废弃物的种,泥饼中含有大量重金属元素、石油疫等污染物,,若随意丢弃会对环境造成极大的污染。因此本实验对脱水后的泥饼进行水泥固化处理,制成建筑材料,既能不污染环境又能变废为宝。固化原理是通过水与娃酸一,待娃酸巧凝固后形成种含氨氧化物和桂酸纤维的物体盐反应生成娃酸巧水合胶,将油砂细尾矿包容,并逐步硬化形成水泥固化体。水泥固化具有如下优点:处理技术相对成熟,设备与工艺简单;油砂细尾矿可直接处理;成本较低;对油砂细尾矿中化学性质的变动具有承受力。3-35不同含量油砂细尾矿滤饼对固化块抗压强度的影响结果见图,固化样品如图3-34所示。'‘吟繁.|若图3-34油砂细尾矿滤饼固化样品F-34ig.3Fine巧1化rcakeoftailinssandscuringsamlesgp56 天津科技大学硕±学位论文46-■44-\-\C042曼.\强40.巧坛38.36-???I■I?t1?I?3405101520巧滤饼含量/%图3-35不同含量油砂细尾矿滤饼对固化块抗圧强度的影响F3-350ihig.1任6化111contentoffine化ilingssandsfiltercakeefectonthecompressvestrengtof化esolidifiedblock油砂细尾矿固化块的强度与其孔隙度呈负相关关系,空隙量越大则固化块强度越小。若空隙量相同时,固化块中孔径越大,强度越小。由于油砂细尾矿颗粒间含有孔.stw隙水,导致固化块浆体存在孔隙水而导致固化块强度降低。随着滤饼含量的增加,<,根据固化块的抗压强度可知泥块抗压能力逐渐下降,固化块可W满足多种建筑材料>B-200的抗压强度要求;如国家《棚体结构设计规范KG500031),墙体材料要求15MIa,路基基层设计强度3.5MPa。同时考虑滤饼含量,因此选择固化块细尾矿含量为25%为最佳建筑材料。若滤饼含量增加到27%,由于滤饼中含有大量粘主,将导致固化水泥浆严重稠化,所不适用于建筑材料。3.12油砂细尾矿脱出水水质检测上述脱出水循环实验表明只要对循环脱出水进行简单的处理,降低其浊度便可W15111达到无限循环。但对油砂细尾矿第、、0、次脱出水进行水质分析,各重金属-标准曲线如图3-36、3-37、3-38、3-39所示,分析结果见表318,不能达到无限循环利用脱出水。57 3实验结果与分析0■.14■.?b*itialiani,qWilh‘°脚‘山0-?'。忠:i*&WWTKSutr?暮q!;?—?',Sfi*ir<bror|I-"—"財品??rdi.知;t(K^j—-0_■.1口S???aftOim.684pI;134j0-.08昭^-■—Cd系列0-.04LinearFit日of-0.02/0-.00?I.I.I.I.I.0.0000.00.100020.0030.004浓度(mgA)-36Cd图3标准曲线-F.336ndaigCdstardcurve誦w—,;/|.i?iilinrt|te■ic?tich]〇-.的5?-0.ABS13AdJ.|Suart:4|!Yaltalia^rdbrtr"……’0-t.030initK?ia曲巧一—..'^?幻去批if&〇?/共Iyy0-.02S0-顿.0200-雲.015/f—■-化-0.010LinearFitofB0-.0050-.000-0I11■11i1-005.0.0000.0050.0100.0150.020浓度(mg/1)图3-37化标准曲线-FiPbndaurveg.337stardc摊 天津科技大学硕-上学位论文^-0.30,^??b?Iti?r?g|h贿;(j"*bfitaiSimefO巧-.—'祇欄1tVttoiS?id?4brerj"^……nTwrta化iViir志献jI ̄":?—..".-stiJTipZHV瓦i腿■0-.20皆。;.10戶'/—■_CuLinear刊ofB0-.化0-^.00t.<■....IIII0.000.020.040.060.080.10浓度(mg/1)3-图38Cu标准曲线F-rrveig.338Custandadcu0.35广???t?■bliEuaion;qj'?tto姑ini!方elth知[—……—0-.307'.側'……--…'…-….'…'ST品?*j!1.fai*:l?iHbror1jSd'....'...■0.25ti品i足近带皮放ij少B"打占.i6?石0T6|74S}断J0-.20。-愛.15S-jy0——.10■ZnwLrinearF化foB0-.05y/0-■.00-I1111110?■i?.050.00.10.20.30.40.5浓度(mg/1)-3图39Zn标准曲线-Fi3nsdadcug.39Ztanrrve3-从表18中可W看出,随着脱出水循环次数的不断増加,脱出水中的污染物质的含量也不断増加。第1、5、10次脱出水COD均高于《污水综合排放标准》第二类污一染物级排放标准一,重金属含量均低于《污水综合排放标准》第二类污染物级排放标准。经过无机絮凝剂处理后,COD大幅度下降,但仍然高于排放标准;而脱出水中的重金属含量经过无机絮凝剂处理后增大,这是由于无机絮凝剂C1510显酸性,将巧 3实验结果与分析脱出水中悬浮颗粒物中的重金属溶解到水中,但仍然低于排放标准。其中第H次循环后,脱出水经无机絮凝剂处理后Zn含量超过《污水综合排放标准》第二类污染物一级排放标准。因此,综上所述,油砂细尾矿脱出水循环利用10次即两个周期比较理想。脱出水循环10次后,只需降低脱出水中的COD即可排放,不需要考虑水中重金属对环境的影响。3-表18脱出水水质分析Tab-le318Prolapsewaterualilitanayssqy\巧COD^TOC(mg/L)TC(mg/L)Cd(mg/L)Pb(mg/UCum/UZnm/L〇(g(g\化\/L)(mg第一次脱287528.2950.0009...000640.058403802出水无机絮凝145.8321.558.10.00140.00720.03320.6038剂处理后脱出水循5647353.61.190.181..84.30.003400208964环5次后无机絮凝154.3727.483.50.00640.02的0.09811.3919剂处理后?脱出水循-716.6772059006211.24651380060..0.0.的0.环10次后无机絮凝170.687.40.01.04111..832809080.6878580剂处理后脱出水循751.3625211」.10.031.271.416.0006306393环U次无机絮凝176.432乂I91.40.00880.04370.17642.0143剂处理后3.13水泥固化块溶出性检测--557—20将水泥固化块粉碎按照固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ10)3-40-测得水泥固化块COD溶出量如图所示,重金属CM、Pb、Cu、Zn溶出量如表319所示。60 天津科技大学硕±学位论文+—级排放标准COD―务…65-COD随时问变化曲线60■I■■■55-^50-Q845-40-?-?-35?K..51015202530浸泡时间(d)图3-40COD溶出量随时间变化曲线-Fi.340CODe山tionamountversustmgiecurve一3-40可COD由图知,溶出量远远低于国家级水质排放标准,且随着水泥固化块浸泡时间的延长,COD溶出量较为稳定。说明油砂细尾矿经水泥浆固化处理后,能有效的控制油砂细尾矿COD的溶出量。表3-19重金属溶出量随时间的变化Tab-Lmele319eachingofheavtalschanovertimeyge浸泡时间(d)Cd(mg/L)Pb(mg/L)Cu(mg/L)Zn(m/L)g10.00120.00740.09;360.巧7070.00130.00690.09510.5875*140.00120.007901.09900.67721000150089.0.0.10%0.63%280.0016000944.0.10600.630一01级排放标准.1.002.5.03-由表19可知,重金属ai、Pb、Cu、Zn溶出量远低于国家水质排放标准,且随着浸泡时间的延长重金属溶出量趋于稳定。综上所述,水泥浆固化能有效地降低油砂细尾矿泥饼对环境的污染,同时达到固废重新利用的目的。61 4油砂细尾矿脱水工艺确定4油砂细尾矿脱水工芝确定根据上述实验结果,采取集优化原则确定油砂细尾矿脱水最佳工艺。将油砂细尾矿稀释4倍;向稀释后油砂细尾矿中加入2%的珪藻止,充分攒拌均匀;然后加入150m-g/kgA1920PAM,揽拌待其破胶絮凝完毕;采用螺旋压梓脱出机(图41)对絮体进行脱水处理;得到滤液经过无机絮凝剂C1510絮凝处理后进行回用,脱出水循环次数建议为2个周期;将得到的滤饼采用水泥浆进行固化处理,总体水灰比为0.44,油砂2工艺流程如图4-细尾矿滤饼含量为5%。2所示。有机絮凝剂 ̄ ̄—油砂细尾矿?稀释?絮凝处理?巧旋压巧化水?滤讲固化化理iiI1滤液回用4-图1油砂细尾矿脱水工芝流程F4-1waernrcessig.Oilsandsfine^yingsdetigop"4_jLySCREWPRESSrfm信。口'l、’?■"l"■■?—‘T、。'扛I1??言,SLUDGEFEED醒巧蛛D■?帳凶瓜S图4-2螺旋压榜脱水机-rma巧.42Screwessdewateringchinegp螺旋压巧脱水机对油砂细尾矿絮体脱水效率高,,脱水技术成熟具有无二次污染、综合费用低廉、能实现连续脱水处理、操作简单等优点。因此选择其作为机械脱水仪器。的 天津科技大学硕全学位论文5结论(1)油砂细尾矿经过稀释后才能实现固液分离。将油砂细尾矿稀释4倍,加入150mg/kg阴离子絮凝剂A1920PAM处理油砂细尾矿后,滤饼含水率最低降至35.33%;8/kYF-00加入2%的娃藻±能显著地减少污泥抽滤时间和滤饼含水率;加入加量为gg133。氣离子表面活性剂能将滤饼含水率降低至.77%(2)将油砂细尾矿脱水处理中的泥浆抽滤水作为稀释水进行回用,根据循环水中污>2个循。,可^10次染物浓度与循环次数的关系1得出环周期即循环1最佳(3)油砂细尾矿经脱水后形成滤饼,若将滤饼进行填埋堆放,容易污染止壤及地下水,起到固废重新利用的效。因此将尾矿滤饼与水泥进行混合固化处理制成建筑材料果,,,。随着滤饼含量的增加泥块抗压能力逐渐下降根据固化块的抗压强度可知固化块可W满足多种建筑材料的抗压强度要求;如国家《棚体结构设计规范》(50003-20011M化。同GB),墙体材料要求5MPa3.5,路基基层设计强度时考虑滤饼含量,因此选择固化块细尾矿含量为25%为最佳建筑材料。若滤饼含量增加到27%,由于滤饼中含有大量粘±,将导致固化水泥浆严重稠化,所W不适用于建筑材料。--(4)对滤饼形成的水泥固化块粉碎按照固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ557—20COD溶出量Cd、Pb、Cu、Zn溶出量。结果显10)测得水泥固化块,重金属D与重金属Cd一示CQ、Pb、Cu、Zn溶出量远远低于国家级水质排放标准,且随着,COD与重金属Cd、Cu、Zn水泥固化块浸泡时间的延长、Pb溶出量较为稳定。说明水泥浆固化能有效地降低油砂细尾矿泥饼对环境的污染,同时达到固废重新利用的目的。63 6展望6展望一油砂是种重要的非常规能源资源,其储量大于石油的探明储量,开采油砂矿能有效地缓解当今的能源危机,尤其对我国这样的能源消耗大国有着非常重要的作用。我国的油砂资源也十分丰富,主要分布在大盆地中,包括鄂尔多斯盆地、松迂盆地、twi四川盆地、柴达木盆地、塔里木盆地、准葛尔盆地等。但我国油砂开采产业起步较。慢,应加紧对油砂开采的研究加拿大是世界油砂资源开采的大国,有许多油砂开采的经验值得我国学习与借鉴,但我国应该注意在开采油砂时,油砂细尾矿的无害化处理,避免油砂细尾矿污染环境。本文仅在实验室完成对油砂细尾矿脱水、脱出水循环试验,筛选最佳脱水剂,确定最佳加量并W此提出油砂细尾矿最隹脱水工艺。但针对开采施工现场的情况,还需进一步进行现场实验及性能测试。由于实验条件限制,没有测量油砂细尾矿污泥比阻的仪器,只能根据测量污泥比阻仪器的原理制作简易设备进行测量,误差较大只能作为参考数据。还需采用专口仪器对加入脱水剂后油砂细尾矿污泥比阻值进行测量,W研究脱水剂加量与种类对污泥比阻值得影响。本文侧重于研究桂藻±对油砂细尾矿助滤作用的影响,并没有对其他物理助滤剂进行筛选。还需对多种物理助滤剂进行筛选。本实验中各种化学助滤剂对油砂细尾矿的助滤机理研究还不深入,仍需进行相关一实验,,同时化学助滤剂加量过大应对降低化学助滤剂与化学助滤剂进行复配进步研究。油砂细尾矿滤饼资源化实验只是将滤饼进行水泥浆固化处理制成地砖等建筑材,,如料但还有许多因素没有考虑到;地砖的美观性、经济性。对滤饼资源化的方法一一也比较单,应对滤饼资源化进步研巧。总体来讲,采用A1920PAM脱水剂与桂藻止进行复配能有效地降低油砂细尾矿的一定的可行性含水率及在机械脱水中的能耗和时间。本文中提出的脱水工艺有。油砂一资源的开采在我国刚起步,对油砂细尾矿的无害化脱水处理有待进步研究。64 天津科技大学硕丄学位论文7参考文献C-.,201028413714化.我国可再生能源发展现状和前景展望[]可再生能源,;山韩芳()2单玄龙,车长波,李剑,等.国内外油砂资源研究现状[A].世界地质,2007,26[](4)459-464:.[3]WangC,HarbottleD,LiuQ,etal.Currentstateiffinemineralt;ailingstreatment:AcriticalreviewontheoryandpracticeU].MineralsEngineering,2014,58口):11-1331.4AbolfazlzadehdoshanbehbazariM,BirksS,C.MoncurM,etal.Fateandtransportof[]oU-sandprocessafectedwakrin化化eunderlyingclaytill:AfieldstudyJ.Journalof[]20-ContaminantHdrolo,13,15183%.ygy:巧)A-5lamgirA,HarbottleD,MasliyahJ,etal.AlPAMassistedfiltration巧stemfor[]abatementofmaturefinetailingsJ.ChemicalEngineeringScience,2012,806:[]()91-99.[6]BradleyH,Hartong,Malyynba.SludgedewateringwUhcyclodexlxins[J].WaterResearch-,2007,4161212.:0106()7孙先长,罗云,万涛.含油污泥处理技术现状与展望[A].中国资源综合利用.2009,[]271-209.:6()[8]高延耀,顾国维著.水污染控制工程(下)[M].北京:高等教育出版社,2003.[9]汤鸿霄.用水废水化学基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1973,73.。0]陈坚.环境生物技术应用与发展[M].北京:中国轻工业出版社,2001.-A11,Fenton氧化破解剩余污泥和改善污泥脱水性能.周經,张爱菊,张吩月等光[][]-环境工程学报.2011.11,511.:26002604()12VonHomeerA,KrentzD0,KuHckeWM,etal.Optimizationof1;heolelectrolte[]ypyydosagefordewateringsewagesludgesuspe打sio打sbymeansofanewcentrifugationanaserwtotoeectroncsensor.ooidandPolmercence,,lyihanpli口CllySi19992777:]()637-645.amza-13H.A.H,D.J.Stanon化ichaelA.essick.ccuaionotreate,MKFloltflimedoil[]ansesternesearchenre-sandstili.WRCt,1996,.gU八口:280284])14NinX,LuoH,LianX,etal.Efectsoftannersludeincinerationslaretreatment[]ggyggpo打tt-sludedewaerabiliyJ.ChemicalE打i打eerinJournal,2013,221:17.g[]gg[15]于真真.钻井废弃泥浆无害化处理实验研究[D].天津:天津大学化工学院,2009.16BuyukkamaciNKucukselekE.Imrovementofdewaterincaackofa[,ppy]gJourna-etrochemicalsludeJ.lofhazardousmaterials2007,1441:323327.pg[],()[17]TuanPA,SillanpaaM.Efectoffreeze/thawconditions,polyelectrolyteaddition,ands-ludgeloadi打go打sludgeelectrodewateri打grocess[J].Ghemical£ngi打eeri打gJournal,p65 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天萍科技大学硕-上学位论文民-68,,tAtttichardColemanBran,eal.lomeraion打oaion:recoverofhdrohobic[]yggyypcomonentstBt5115-11pfromoilsands打打eaili打s.uterWorh,1995,9:662.g69ChenWang,DavidHarbo行le,ingxiaLiu,etal.Currentstateoffinemineralfilins[]Qgtreatment:Acriticalreviewon化eorandractice.MineralsEnineerin,201458:y,pgg-113131.70YuminXuTadekDabrosJianminKan.Fiherabilitofoilsandsilins.Process[]g,,yfgand-SafetyenvironmentProl:ection,2008,86:268276.[71]民.C.K.Wong,J.E.Gillott,S.Law,M.J.Thomas,C.S.Poon.Calcinedoilsandsfine化ilingsassupplementarycementinmaterialforconcrete.CementandConcreteg民巧earch-,2004,34,12351242.72贾米.伊斯特伍德,斯蒂芬.约瑟夫.杨,胡格斯.罗伯特.奥尼尔,等.对污[]泥熟化细污泥进行絮凝和脱水的方法[巧.中国专利:CN102巧6351A,20120718.7,杨海真,吴桂标,等.表面活性剂改进活性污泥的脱水性能及其作用机[引陈银广-理!,,2000,21(5)11.?环境科学;03[]74BanuOrmeci,AarnePVesilind.Developmentofanimprovedsntheticsludge:a[]yposs化lesurrogateforsUidyingactivatedsludgedewateringcharacteristics.Wat.Res.,-2000,34478.:106910()[75李瑞龙.憐石膏与粉煤灰用于钻井废泥浆固化处理的实验研究m.石油与天然气]-化工,2005,34(3)225228.;76杨慧芬.固体废物处理技术及工程应用.北京M:机械工业出版社.[][]""[77]刘惠卿,盘英,李玉婦.H泥处理现状[J].石油化工环境保护,2001,(1):-33%.78赵吉平,任中启,刘爱军等.废弃钻井物的二次利用和无害化处理的.石油钻探[]-技术,2003,31(1):3739.79赵庆祥.污泥资源化技术M.北京.2.:化学工业出版社002[][]巧別S睐宝,谭克锋,刘涛,等.固化后的钻井废泥浆制备新型墙体材料化四川建-筑科学研究,2008(2.,34);17617969 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