[絮凝剂对淤泥脱水效果分析] 淤泥絮凝剂脱水性能

　　摘要： 太湖淤泥含水量高，强度较低，压缩变形大。本试验在淤泥中掺入不同含量阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，将其装入针刺无纺土工织物上，针刺无纺土工织物滤层排水，被下层高分子超吸水聚合物吸附。试验分别在0.01%、0.02%、0.03%浓度的阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂、不同布置形式下进行对比试验。结果表明，采用双面排水，0.02%絮凝剂的脱水效果最好，其中絮凝剂起到加速水土分离的作用，土工布（滤纸）将溶液与固体分离，有隔离的作用，超吸水能够吸收大量水分。其脱水后淤泥的含水量由86.59%降至23.43%。
　　 关键词：太湖淤泥; 脱水固结; 絮凝剂; 试验；超吸水聚合物；针刺无纺土工布（滤纸）
　　 中图分类号：TQ352.67文献标识码： A 文章编号：
　　引言：
　　 太湖是中国最大的淡水湖泊，近年来生态环境急剧恶化，污染物从周边地区进入湖体，渐渐形成大量的太湖淤泥，成为了太湖主要的内源污染。因此太湖淤泥的科学清除，是从根本上改善水体环境、治理太湖的关键所在[1]。
　　 太湖淤泥液性指数大，承载力低，无法进行二次利用，而经过适当处理用于工程则能变害为宝。本课题正是致力于太湖淤泥的性质与淤泥的脱水固结研究。
　　 为了有效处理和利用淤泥，国内外的学者进行了大量的研究，不少发达国家已经用商业化方式对淤泥进行了综合开发利用。在我国，主要使用自然风干法，此种方法占地面积大，脱水时间长，容易造成二次污染，不适合大批量淤泥的处理。对疏浚淤泥进行固化与资源化处理，化害为利，对在国内形成一个既有发展前途的新兴产业，具有重要的意义。絮凝作为一种简洁高效的脱水方法被普遍地用在了淤泥脱水过程中[2]，且絮凝剂比例及淤泥含水率等性质是影响淤泥脱水固结重要因素。本文通过研究太湖淤泥水力特性，实验加入高分子絮凝剂使淤泥脱水固结，找出絮凝剂最适合配比。
　　1 试验淤泥的微观机理及力学性质
　　1.1 试验淤泥的初始含水量
　　1.1.1试验材料及仪器：太湖淤泥、铝盒、修土刀、不锈钢盘、数显鼓风干燥箱、电子天平。
　　 1.1.2 试验方法：
　　 取三铝盒编号并称重，用修土刀取三土样放入铝盒再称重，再放入数显鼓风干燥箱中烘九个小时且干燥箱温度保持在115℃，烘干后求出淤泥的自然含水量，即初始含水量。 试验数据如下表4-1所示。
　　表4-1 初始含水量
　　
　　
　　 由表4-1中可知淤泥的含水量比较高。
　　 1.2 试验淤泥的天然密度
　　 1.2.1 试验材料及仪器：淤泥、环刀、电子天平、修土刀。
　　 1.2.2 试验步骤：取6个环刀并记下编号，再将环刀放在滤纸上并称它们质量，用修土刀取淤泥放入环刀内直至装满，然后在称装了淤泥的环刀重，最后根据环刀体积计算淤泥的密度。
　　 具体数据如下表4-2。
　　 表4-2淤泥的密度
　　
　　
　　 1.3 试验淤泥的界限含水量
　　 1.3.1 试验材料及仪器：淤泥、盛土杯、调土刀、数显鼓风干燥箱、数显液塑限联合测定仪（STYS-1）、铝盒、电子天平、不锈钢盘。
　　 1.3.2 试验方法：液塑限联合测定法。
　　 1.3.3 主要试验步骤：取有代表性的天然含水量土样进行试验，将土样分层装人盛土杯中。将装好土样的试杯放在联合测定仪上，得到入土深度H为9mm的土样。重复以上步骤再得到入土深度为5-6mm和3-4mm的土样，最后测出这三组盛土杯中土的含水量ω。并按测定结果在双对数坐标上作出圆锥体的入土深度与含水量的关系曲线。
　　 具体的试验数据见下表4-3
　　 表4-3淤泥界限含水量
　　
　　
　　 1.3.4 结论:
　　 (1)由试验数据可得，淤泥的塑性指数Ip= 41.59，可知淤泥的塑性指数比较大，淤泥处于可塑状态的含水量范围较大。
　　 (2)从土的颗粒来说,由于Ip随着土粒的表面积增大而愈大，结合水含量愈高，所以该淤泥的土粒比较细，从而得出土粒表面积较大。
　　 (3)从土中水离子成分和浓度来说，当水中高价阳离子浓度减少时，土粒表面吸附的反离子层中低价阳离子增加，Ip变大。所以该淤泥的土中水高价阳离子浓度较小。
　　 (4)由试验可知液性指数IL==1.4>1.0，故原状淤泥处于流塑状态,说明土质很软。
　　
　　 1.4 试验淤泥的粒度分析
　　 1.4.1试验材料及仪器：原泥、大烧杯、试验小勺、BT-9300H激光粒度分布仪
　　 1.4.2试验方法:
　　 a.取少量淤泥加入烧杯中，再加入少量清水并搅拌至淤泥完全溶解在水中。
　　 b.在激光粒度分析仪中加满清水，打开分析仪读出清水的粒度情况。
　　 c.待清水中数据稳定后，向分析仪中加入淤泥水溶液，待软件中溶度数据在30到59间时停止。
　　 d.点击测试键开始分析淤泥的粒度情况。数据如下表图所示
　　 淤泥粒度分析表
　　
　　 1.4.3 试验结论：
　　 从图表中得到不均匀系数，可看作是均粒土，属级配不良。
　　
　　 2 絮凝剂介绍
　　 2.1有机絮凝剂
　　 有机絮凝剂是指能产生絮凝作用的天然的或人工合成的有机分子物质。它包括天然高分子、合成高分子和微生物絮凝剂三大类。根据含有不同的官能团离解后粒子的带电情况可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，因此具有很强的吸附功能使水土分离[3]。
　　 2.1.1合成有机高分子絮凝剂
　　 人工合成有机高分子絮凝剂多为水溶性的聚合物,现已在淤泥处理中得到广泛应用,目前应用较多的是聚丙烯、聚乙烯物质。合成有机高分子絮凝剂具有用量少，絮凝速度快，受共存盐类、介质pH 及环境温度影响小，生成污泥量少的优点并且由于分子量大、官能团多的结构特点，在我国市场上占绝大优势。根据官能团离解后所带电荷性质的不同,合成有机高分子絮凝剂又可以分为阳离子、阴离子型和非离子型三种，其相对分子质量从五十万到千万以上，这使其絮凝效果有很大的提高。在应用中常使用阳离子型的有机高分子絮凝剂，国内外对合成有机高分子絮凝剂的研究也主要集中在阳离子型有几高分子絮凝剂上。但是由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒，且合成用丙烯酰胺单体有毒，能麻醉人的中枢神经，应用领域受到一定限制，因此目前絮凝剂正向廉价实用、无毒高效的方向发展。
　　 2.1.2天然有机高分子絮凝剂
　　 天然有机高分子改性絮凝剂是利用农副产品中的天然有机高分子物质经过化学改性而得到的。由于天然高分子改性絮凝剂具有活性基团多、结构多样、来源丰富、价格便宜、无毒、可再生等特点,使得此类絮凝剂具有巨大的开发潜能。
　　 2.1.3微生物絮凝剂
　　 微生物絮凝剂是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的处理剂。微生物絮凝剂目前较为普遍接受的是“架桥作用”机理: 微生物絮凝剂具有能与胶粒表面某些部分起作用的化学基因。当微生物絮凝剂与胶粒接触时, 基团能与胶粒表面产生特殊的反应而互相吸附,而微生物絮凝剂的其余部分则伸展在溶液中, 可以与另一表面有空位的胶粒吸附, 这样就起了“中间桥梁”的作用[4]。
　　 2.2无机絮凝剂
　　无机絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。它比较经济、用法简单，但用量大、絮凝效果低，存在成本高、腐蚀性强。其作用机理是能提供大量的络合离子，且能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用，使胶体凝聚，同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，胶体微粒由原来的相斥变为相吸，破坏胶团稳定性，使胶体微粒相互碰撞，形成絮状混凝沉淀，极具吸附能力。