Вплив концентрації та розміру твердої фази на ефективність флокуляції та седиментації тонкодисперсних завислих часток вугільних шламів

Abstract

Представлено результати досліджень впливу концентрації твердої фази та присутності грубо дисперсної фракції на ефективність флокуляції й седиментації тонкодисперсних завислих часток у вугільних шламах вуглезбагачувальних фабрик. Використано реальні проби рідких відходів із концентрацією твердої фази 13–48 г/л, де частка тонкодисперсних часток (<20 мкм) становить 77–79 %. Гранулометричний аналіз проведено методом мокрого просіювання, кінетику седиментації досліджено в мірних циліндрах об’ємом 500 мл при 19 °С. Встановлено, що при низьких концентраціях (~13 г/л) переважає вільне осідання з початковою швидкістю до 0,14 мм/с без чіткої межі розділу фаз. При концентраціях понад 48 г/л одразу формується чітка межа, процес переходить до стисненого осідання зі швидкістю 0,01–0,013 мм/с. Максимальна швидкість осідання досягається при 40–80 г/л. Досліджено вплив додавання грубодисперсної фракції (>0,1 мм) на флокуляцію з використанням аніонного (А-19), неіоногенного (ТФН) та катіонного (Zetag 8185) флокулянтів. Введення 6–30 г/л грубодисперсних часток підвищує швидкість седиментації флокул з 3,2 до 18 мм/с і міцність агрегатів (швидкість після руйнування – від 0,04 до 3,8 мм/с). Грубодисперсна фаза сприяє утворенню більших і важчих флокул, що зменшує витрати флокулянтів та підвищує стійкість до гідродинамічних впливів. Отримані результати свідчать про доцільність підготовки шламів перед флокуляцією шляхом регулювання концентрації твердої фази (розбавлення або змішування потоків) та введення грубодисперсної фракції. Це дає змогу оптимізувати процеси очищення стічних вод у відстійниках, зменшити витрати реагентів, підвищити ступінь освітлення води та інтенсифікувати зневоднення шламів. Запропоновані підходи можуть бути впроваджені на промислових підприємствах для підвищення екологічної та економічної ефективності водно-шламових схем вуглезбагачення.

The results of studies on the influence of solid phase concentration and the presence of coarse-grained fraction on the efficiency of flocculation and sedimentation of finely dispersed suspended particles in coal sludge from coal preparation plants are presented. Real samples of liquid waste with a solid phase concentration of 13–48 g/l were used, where the proportion of finely dispersed particles (<20 μm) is 77–79%. The granulometric analysis was carried out by wet sieving, and the sedimentation kinetics were studied in 500 ml measuring cylinders at 19°C. It was found that at low concentrations (~13 g/l), free sedimentation prevails with an initial rate of up to 0.14 mm/s without a clear phase boundary. At concentrations above 48 g/l, a clear boundary is immediately formed, and the process transitions to hindered sedimentation at a rate of 0.01–0.013 mm/s. The maximum sedimentation rate is achieved at 40–80 g/l. The effect of adding coarse-grained fraction (>0.1 mm) on flocculation using anionic (A-19), non-ionic (TFN) and cationic (Zetag 8185) flocculants was investigated. The introduction of 6–30 g/l of coarse particles increases the sedimentation rate of flocs from 3.2 to 18 mm/s and the strength of aggregates (speed after destruction — from 0.04 to 3.8 mm/s). The coarse-dispersed phase promotes the formation of larger and heavier flocs, which reduces flocculant consumption and increases resistance to hydrodynamic influences. The results obtained indicate the advisability of preparing sludge prior to flocculation by adjusting the concentration of the solid phase (dilution or mixing of flows) and introducing a coarse fraction. This makes it possible to optimise wastewater treatment processes in settling tanks, reduce reagent consumption, improve water clarification and intensify sludge dewatering. The proposed approaches can be implemented at industrial enterprises to improve the environmental and economic efficiency of water-sludge coal preparation schemes.