基本信息
- 项目名称：
- 外电场加速煤泥水沉降技术与装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 我们的装置用于净化选煤厂生产产生的煤泥水。在煤泥水中，煤泥颗粒会吸附介质中的反号离子，使得颗粒荷电。在这些反号离子的作用下，难以聚集沉降。如果在煤泥水中构建电场，使得荷电的煤泥颗粒在受到向下的电场力的作用，以克服排斥力而沉降。另外，通过调整煤泥水的pH值，也可以使得煤泥颗粒表面的荷电量增大，从而加大颗粒受的电场力，加速颗粒的沉降，以达到快速处理煤泥水的目的。
- 详细介绍：
- 在煤炭洗选过程中，会产生大量的煤泥水，这些煤泥水中含有大量表面带负电的颗粒，在静电斥力的作用下处于悬浮状态，难以沉降，影响选煤厂的正常生产，甚至污染环境。 现行煤泥水处理普遍采用化学药剂沉降法，其原理是通过添加化学药剂压缩煤泥颗粒双电层，减小煤泥颗粒表面带电量，实现颗粒的团聚沉降。而现实中，煤泥矿物种类繁多，药剂处理不能适用于各种矿物颗粒，所以导致产生的煤泥水无法循环再利用，只能外排或添加清水稀释，既污染环境，又浪费水资源。 外加电场加速煤泥水沉降技术，利用煤泥颗粒表面带电特性，在高压电场的作用下，煤泥颗粒受到电场力的作用加速沉降，能提高煤泥水的澄清效率。其技术特点如下：①外电场的加速作用，能够有效的减少煤泥水沉降时间，从而减小药剂的使用量，节约大量成本；②该技术沉降效果好，可以将煤泥水处理设备小型化，减小占地面积；③可以设置不同的电场强度，来适应相应的生产情况；④通过调节煤泥水的pH值，来增大煤泥颗粒表面的带电量，提高沉降效果；⑤该技术对其他工业废水的处理也有很好的参考价值。 该技术已经在淮南丁集矿区开展了技术服务并签署了相关合同，应用前景广阔。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计的目的： 我国的煤炭产量丰富，在能源结构中，63% 的能源都是由煤炭提供的。在煤炭的洗选加工过程中，会产生大量的煤泥水。现今煤泥水净化普遍使用的方法是通过加入药剂帮助煤泥颗粒凝聚，但是药剂普遍很贵，从而给选煤厂带来了很大的经济负担，并造成环境污染。我们的技术就是为了解决煤泥水沉降问题，提高选煤厂煤泥水处理环节中煤泥的回收率，降低澄清水浓度，显著减小煤泥水系统的占地面积，使得煤泥水的净化更加经济环保。 基本思路： 在煤泥水中，煤泥颗粒会吸附介质中的反号离子，使得颗粒荷电。在这些反号离子的作用下，同时在颗粒与水的极性作用下，使得颗粒难以聚集沉降。如果在煤泥水中构建电场，使得荷电的煤泥水颗粒在受到向下的电场力的作用，颗粒就可以克服水化力而沉降。 创新点： （1）利用颗粒自身荷电特性在外加电场下进行沉降，提高沉降效率 （2）设计出静电场加速煤泥水沉降试验装置，为煤泥水沉降设备小型化提供了依据 （3）减少药剂用量且耗电小，节能环保 技术关键： 外电场加速煤泥水沉降技术与装置已申请国家两项专利(专利号申请号分别为：（201020650615、201010581139），其关键技术在于利用煤泥颗粒的表面荷电特性，借助外加电场，加大煤泥颗粒的沉降力，从而达到更好的净化煤泥水的目的。 技术指标： 通过求算颗粒的在电场中的沉降速度，来评估外加电场对煤泥水沉降的作用效果。煤泥颗粒沉降速度越大，作用效果越佳。
科学性、先进性
- 首先，这种技术是比较经济的。在工业生产中，与加入絮凝剂的方法相比，这种方法可以避免药剂的使用，节省药剂的开支。与耙式浓缩机的占地相比，利用静电场加速沉降技术节约用地。 其次，这种技术是更加环保的。由于这种方法不需要使用药剂，降低了对环境的污染。混凝方法对煤泥水处理有累积作用，很多细粒级的颗粒无法沉降下来，有时不得不将这些废水排出厂外，对环境会造成较大的污染，而在静电场的加速沉降的生产中，由于带沉降颗粒都会受到电场力的作用，不存在这个问题。对于那些较难沉降的颗粒，可以在二段沉降的时候增大电极电压，或是通过加入调整剂调节水介质硬度或pH值增大煤泥颗粒表面的荷电量，增大电场对煤泥颗粒的作用，实现难沉降的颗粒二次沉降。 再次，本技术对降低煤泥水中微细泥颗粒的含量，获得澄清的循环水，防止装置跑粗的放生都有很大的帮助，当然，这也能有效的控制煤泥水的外排现象，能够有效的控制选煤厂对环境的污染。
获奖情况及鉴定结果
- 在第四界“挑战杯”合锻股份安徽省大学生课外学术科技作品竞赛中获二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 合同方式转让
作品可展示的形式
- 事物样机，动画，图片，文字。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： （1）检查装置的安全性 （2）将待测溶液倒入沉降杯 （3）调整电场 强度或溶液pH值实现颗粒沉降 （4）静电场下的沉降与数据的记录 （5）关掉电源 作品的技术特点： 该作品充分利用煤泥颗粒表面荷电这一特性，使得煤泥颗粒在电场力的带动下克服其他阻力发生沉降。并通过调整煤泥水的pH值，增加煤泥颗粒表面荷电量，加大煤泥颗粒所受的电场力，加速颗粒的沉降速度。 作品的技术优势： （1）占地面积小。 （2）药剂耗量小，降低成本。 （3）更加环保。 作品的使用范围: 适用于煤泥颗粒的沉降，还适用于其他污水体系中荷电颗粒的净化处理。 推广前景与市场分析： 在环保方面，很大程度上的避免了煤泥水的外排，保护了生态环境。本技术药剂耗量很小，与现有技术相比，至少每年节约62.4亿元人民币的药剂成本。提高煤泥回收率，如果煤泥的价格以40元/吨计，煤泥回收率每提高0.1个百分点，就会创收19000万余元。
同类课题研究水平概述
- 我国是一个煤炭资源十分丰富的国家，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。我国煤炭已探明储量1.2万亿吨，2010年煤炭占我国的一次能源的61.2%，煤炭产量达到32亿吨。开发推广洁净煤技术是减少污染物排放的最有效的途径之一，也是我国以煤为主的能源生产和消费结构下解决环境问题的一个必然选择。 选煤是洁净煤技术中的源头技术，但在选煤厂里，煤粉和其他杂质在洗选过程中悬浮于分选介质中成为煤泥水，煤泥水处理系统是全厂最复杂、投资最多、生产成本最大、管理最困难的部分。 国内在煤泥水沉降澄清领域进行较多研究的机构主要有中国矿业大学，太原理工大学，安徽理工大学，东北大学，黑龙江科技学院等单位。在煤泥水中微细颗粒的沉降澄清特性方面的研究主要体现在以下几个方面：（1）煤泥微细颗粒表面荷电特性及金属阳离子在其表面吸附作用研究。张明青，刘炯天等研究了水质硬度对煤泥水中微细煤泥颗粒分散行为的影响，并研究了钙离子在微细颗粒表面的吸附特性及不同变质程度煤颗粒间的相互作用能等，并进行了通过调整煤泥水水质硬度来实现煤泥微细颗粒聚集沉降的研究；郭玲香等研究了煤泥水悬浮液体系中颗粒间的作用能，并用EDLVO理论进行了分析。（2）原煤泥化特性的研究。朱金波等进行了煤的泥化特性及煤泥水的絮凝沉降试验研究。（3）煤泥水絮凝沉降试验研究，在这一方面国内有大量的文献报道。徐初阳等针对不同选煤厂煤泥水开展了絮凝沉降的药剂选择及药剂用量的优化试验研究；聂容春等进行了光引发合成阳离子型PAM絮凝剂的研究并对其絮凝沉降效果进行了研究（4）近年来一些研究者开展了煤泥水的微生物絮凝沉降处理研究。张东晨，吴学凤等采用酱油曲霉等生物质絮凝剂进行了煤泥水的絮凝沉降处理；LIANG Zhi 等开展了微生物絮凝剂在高泥化煤泥水沉降处理方面的研究。 国外在煤泥水沉降澄清方面的研究报道较少， Brian等研究了高岭石表面电荷特点；Blanco等采用红外技术研究了粘土矿物表面酸性吸附与解吸的特点；Van Oss等研究了蒙脱石颗粒间的静电和非静电作用；Duran等研究了粘土矿物悬浮液体系的流变性和电动电位；Karlsson等研究了在不同溶液中氧化硅表面荷电特性；Sabah等(进行选煤厂浮选尾煤絮凝沉降的研究。此外，国外较早地报道了用酵母念珠菌及其衍生物絮凝一些矿物的研究。
