原生煤泥、造气湿煤灰和生活污泥的保水性能研究∗

张 雷刘日鑫张锦洲刘继义曹广安焦险峰5

（1.徐州工业职业技术学院，江苏省徐州市，221140；2.常州工程职业技术学院，江苏省常州市，213164；3.长江大学，湖北省荆州市，434023；4.江苏晋煤恒盛化工有限公司，江苏省徐州市，221400；5.中国矿业大学，江苏省徐州市，221116）

★节能与环保★

原生煤泥、造气湿煤灰和生活污泥的保水性能研究∗

张 雷1，4刘日鑫2张锦洲3刘继义4曹广安4焦险峰5

（1.徐州工业职业技术学院，江苏省徐州市，221140；2.常州工程职业技术学院，江苏省常州市，213164；3.长江大学，湖北省荆州市，434023；4.江苏晋煤恒盛化工有限公司，江苏省徐州市，221400；5.中国矿业大学，江苏省徐州市，221116）

为加强原生煤泥、造气湿煤灰和生活污泥的资源化利用，减少其对环境的污染，模拟在不同温度、不同风速和不同堆积厚度环境下，对三种浆体的保水率进行对比实验。结果表明，随着温度的升高，三种浆体的保水性均下降，原生煤泥保水率随堆积厚度增加而增高的趋势比造气湿煤灰和生活污泥要小，生活污泥保水率的变化与造气湿煤灰相近；生活污泥保水率随风速增大下降的程度比造气湿煤灰大，而造气湿煤灰保水率下降的幅度比原生煤泥大。

造气湿煤灰 原生煤泥 生活污泥 保水性

原生煤泥是煤炭洗选加工中的废弃物，造气湿煤灰为煤化工行业在造气过程中产生的废渣，城市生活污泥是城市污水处理过程中的废弃物，以上三种废弃物每年产生量巨大，对环境造成严重污染，分析原生煤泥、造气湿煤灰和城市生活污泥三种浆体在不同环境下的保水性能变化情况，为其在管道输送工程中的模拟研究提供可靠参数。

1　原材料及实验方案

1.1 原材料

原生煤泥、造气湿煤灰和生活污泥的样品均来自于徐州某煤化工企业。在每个采样点上，按层垂直向下切取浆体样品，且在每个点上所取的浆体量相等，采样完毕后装袋保存，每种浆体采集样品3袋。

1.2 实验设计

1.2.1 人工环境模拟设计

实验采用人工形成不同光照、风速和堆积厚度的环境箱，测试在不同模拟条件下各种泥浆的保水率和含水率，如图1所示。温度采用碘钨灯的照射强度来控制环境箱体内部的温度，照射温度分别为23℃和35℃；风速通过调节风扇的转速来提供不同的风速，风速用转速代替，分别为200 rpm和400 rpm；浆体的堆积厚度为30 mm、40 mm和50 mm。

图1　模拟环境变化的环境箱

1.2.2 保水率计算

不同条件下浆体的保水率计算公示为：

式中：R——浆体保水率，%；

W0——玻璃器皿的质量，g；

W1——浆体未失水时的初始质量（含玻璃器皿），g；

W2——浆体在不同时间失水后的质量（含玻璃器皿），g；

K——浆体含水率。

1.2.3 含水率测试方法

称取100 g±10 g浆体试样，置于干燥并已称重的盘中，在（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，浆体含水率应按公式（2）计算：

式中：K——浆体含水率，%；

M1——烘干前浆体样品的质量，g；

M2——烘干后浆体样品的质量，g。

2　结果分析

2.1 环境对于原生煤泥保水性能的影响

图2　温度对原生煤泥保水性的影响

2.1.1 温度对原生煤泥保水性的影响

如图2所示，在不同照射温度下，原生煤泥的保水性随时间而出现下降现象。温度为23℃，照射时间为1 h时，原生煤泥保水率为78.5%，35℃时原生煤泥保水率为14.0%。从下降幅度看，温度为23℃时，下降平均百分比约为5%；温度为35℃时，下降平均百分比约为29.5%，说明随着环境温度的升高，原生煤泥的保水性能明显降低。

图3　厚度对原生煤泥保水性的影响

2.1.2 堆积厚度对原生煤泥保水性能的影响

图3为不同堆积厚度的原生煤泥在无风情况下，于35℃照射温度时保水率随时间的变化。堆积厚度对原生煤泥的保水率存在显著影响。厚度为50 mm的原生煤泥在温度为35℃，照射l h后保水率仍可达到43.3%，而厚度为30 mm原生煤泥在同样条件下的保水率仅为14%。照射1.5 h后，厚度为50 mm原生煤泥的保水率仍可达到13.9%，厚度为30 mm原生煤泥保水率已经小于10%，厚度为40 mm原生煤泥保水率在80 min时仅为0.6%，1.5 h已无法正常监测出保水性。由图3可知，厚度为30 mm、40 mm和50 mm的原生煤泥保水率在不同堆积厚度下随时间下降的平均百分比分别为29.5%、26.5%和20.5%，因此煤泥的堆积厚度越大，保水率随时间损失越小。

2.1.3 风速对原生煤泥保水性能的影响

厚度为50 mm的原生煤泥在不同风速情况下，于35℃照射温度时保水率随时间的变化如图4所示。原生煤泥保水率随着风速的增大而降低，但风速的影响没有温度和厚度的影响显著。风速为200 rpm，温度为35℃时，照射30 min后的原生煤泥保水率约为18.4%，而在风速为400 rpm，温度为35℃时，照射30 min后的保水率降至约16.1%。由图4数据可知，保水率在风速为200 rpm和400 rpm时，下降的平均百分比分别为29.2%和31.0%，两个数据非常相近，说明风速对原生煤泥的保水率影响不大。

图4　风速对原生煤泥保水性能的影响

2.2 环境对于造气湿煤灰保水性能的影响

2.2.1 温度对造气湿煤灰保水性能的影响

不同温度下造气湿煤灰的保水性与时间的关系曲线如图5所示。

图5　照射温度对造气湿煤灰保水性能的影响

不同照射温度对造气湿煤灰保水性能的影响非常明显，温度为23℃，照射时间为90 min时，造气湿煤灰保水率依然高达68.3%。温度为35℃，照射时间为60 min时，造气湿煤灰保水率仅为12.2%。温度为23℃和35℃时，保水率下降的平均百分比分别为4.4%和31.0%，可见照射温度越高，造气湿煤灰的保水率下降越大，该数据与原生煤泥相近。

2.2.2 厚度对造气湿煤灰保水性能的影响

不同厚度下造气湿煤灰的保水性随时间的变化情况如图图6所示，其与原生煤泥的变化比较相似。照射时间为60 min，厚度为30 mm和50 mm时的造气湿煤灰保水性能差别明显，厚度为40 mm和50 mm的造气湿煤灰保水性能差别不大。30 mm、40 mm和50 mm造气湿煤灰保水率下降平均百分比分别为31.0%、16.3%和12.7%，下降速度比原生煤泥要大。

图6　厚度对造气湿煤灰保水性能的影响

2.2.3 风速对造气湿煤灰保水性能的影响

不同风速下，造气湿煤灰的保水率随时间变化的曲线图如图7所示。

图7　风速对造气湿煤灰保水性能的影响

造气湿煤灰在不同风速下，保水性能存在显著的差别。风速为200 rpm，照射时间为50 min时，造气湿煤灰保水率为13.5%，照射时间为55 min时造气湿煤灰的保水率小于10%。风速为200 rpm 和400 rpm时，湿煤灰保水率下降的平均百分比分别为32.4%和43.0%。风速越高保水率下降越快，但两者相差较小，说明风速对湿煤灰保水率的影响较小，但比原生煤泥影响要大，这主要是由于湿煤灰内部的湿度比空气的湿度高很多，煤浆中的水分就会自发的向空气中扩散，在有风的情况下，就会加速空气流通，导致湿煤灰中的水分很快随着时间的延长而散失，保水率下降。

2.3 环境对生活污泥保水性的影响

2.3.1 照射温度对生活污泥保水性能的影响

图8为生活污泥在不同的照射温度下，保水率与时间的关系。温度为23℃和35℃时，生活污泥保水率下降的平均百分比为4.0%和28.0%。照射温度对于生活污泥保水率影响与对前两种煤浆的影响规律相似，即随着照射温度的升高，泥浆的保水率的损失较大，原生煤泥在35℃时的保水率比23℃时降低了6倍，造气湿煤灰和生活污泥都降低了约7倍。

图8　照射温度对生活污泥保水性能的影响

2.3.2 厚度对生活污泥保水性能的影响

图9为生活污泥不同厚度的保水率变化曲线。厚度对于生活污泥保水性能的影响效果没有温度对保水性能的影响明显，但生活污泥在30 mm厚度和50 mm厚度时的保水性能差异还是很明显的。30 mm、40 mm和50 mm的生活污泥保水率下降平均百分比为28.0%、16.0%和11.8%。比较三种泥浆的平均下降比率，原生煤泥的保水率随堆积厚度增加而增高的幅度比造气湿煤灰和生活污泥要小，而生活污泥的变化与造气湿煤灰相近，这可能是生活污泥颗粒粒径分布及形态与造气湿煤灰接近的缘故。

2.3.3 风速对生活污泥保水性能的影响

图10为风速对生活污泥保水率影响曲线。风速对于生活污泥保水性能的影响明显，风速为200 rpm，照射时间为60 min时，生活污泥的保水率为16.5%。风速为200 rpm和400 rpm时，生活污泥保水率下降平均百分比为18.6%和30.7%，风速越大，保水率下降的越大，比较以上数据可知，生活污泥保水率随风速增大下降的幅度较造气湿煤灰大，而造气湿煤灰下降的幅度比原生煤泥大。

图9　厚度对生活污泥保水性能的影响

图10　风速对生活污泥保水性能的影响

4　结论

（1）三种浆液的保水率都随着照射温度的升高，迅速降低；造气湿煤灰和生活污泥的变化相近，都比原生煤泥降低速度要快。

（2）风速对原生煤泥的保水率影响较小，但对造气湿煤灰和生活污泥的影响较为明显。

（3）堆积厚度对保水率的影响，三种浆液的变化规律相似；原生煤泥的保水率随堆积厚度增加而变化较小，生活污泥和造气湿煤灰变化8较大。

［1］ 吴传明，钱觉时，侯鹏坤等.湿排粉煤灰对混凝土性能的影响［J］.土木建筑与环境工程，2009（5）

［2］ 王婕，付晓恒，李珞铭等.煤泥分选超净煤的药剂研究［J］.中国煤炭，2016（1）

［3］ 赵学义，付建卓，崔玉江等.煤泥的流变特性实验研究［J］.中国矿业大学学报，2006（1）

［4］ 杜欣，金宜英，张光明等.城市生活污泥烧结制陶粒的两种工艺比较研究［J］.环境工程学报，2007 （4）

（责任编辑 孙英浩）

Study on water retention capacity of primary slime，gas making wet coal slime and domestic sludge

Zhang Lei1，4，Liu Rixin2，Zhang Jinzhou3，Liu Jiyi4，Cao Guangan4，Jiao Xianfeng5
（1.Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou，Jiangsu 221140，China；2.Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou，Jiangsu 213164，China；3.Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China；4.Jiangsu Jinmei Hengsheng Chemicals Co.Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221400，China；5.China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

In order to strengthen resource utilization of primary slime，gas making wet coal slime and domestic sludge and reducing environmental pollution，the authors simulated different temperatures，different speeds of wind and different bulking thicknesses.The results shows that when the temperature increased，the water retention capacity of the three slurries all decreased，the tendency of primary slimewater-retention rateincreased by bulking thickness increasing was less than gas making wet coal slime and domestic sludge＇s；the decreasing of domestic sludgewater-retention rate by wind speed increasing was larger than gas making wet coal slime＇s，and the decreasing of gas making wet coal slimewater-retention rate was larger than primary slime＇s.

gas making wet coal slime，primary slime，domestic sludge，water retention capacity

TD997.7

A

江苏省科技厅项目（BY2014034），徐州市科技局项目（XM13B015）

张雷（1972-），男，江苏徐州人，副教授，博士，主要从事固体废弃物资源化研究。