濾材表面改性對(duì)淤泥脫水過(guò)程中滲透性能影響

2017-03-15 08:06:21

　　中國(guó)進(jìn)行的滇池?巢湖?太湖等大型湖泊的疏浚工程，每年會(huì)產(chǎn)生大量的含水率高達(dá)85%以上的淤泥。由于淤泥的高含水率及低塑性，使其很難處置利用，為便于淤泥的資源化利用，例如，制備建筑材料?輕質(zhì)骨料?人造土壤?衛(wèi)生填埋?濕地恢復(fù)與創(chuàng)建等[1-3]，通常需要將淤泥進(jìn)行脫水處理，淤泥的堆場(chǎng)存放，自然干化是最常用的脫水方法，但此過(guò)程不僅干化周期長(zhǎng)，而且需要很高的操作維護(hù)費(fèi)用[4]。為實(shí)現(xiàn)底泥的快速脫水，便于資源化利用，同時(shí)，針對(duì)淤泥滲水性差致使底部排水困難的缺點(diǎn)，采用絮凝劑?助濾劑與真空抽濾相結(jié)合的方法處理淤泥是最行之有效的方法[5，6]。

　　國(guó)內(nèi)外已有許多研究者研究絮凝劑[7-9]?助濾劑[10]及真空抽濾對(duì)淤泥脫水性能的影響，以提高淤泥脫水性能，而濾材的選用對(duì)淤泥脫水性能的影響至關(guān)重要，一些學(xué)者研究濾材對(duì)淤泥脫水性能的影響，Yu等[11]采用小空隙不銹鋼網(wǎng)代替濾布，探究濾布對(duì)活性污泥脫水過(guò)程負(fù)載的影響。Moo-Young等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究土工布管在高含水率物質(zhì)脫水過(guò)程中的應(yīng)用情況。孫立坤等[12]研究制備了PVA/PVAm改性滌綸濾布復(fù)合膜并探究其抗污染性能。淤泥脫水過(guò)程中過(guò)濾材料容易被堵塞，造成淤泥脫水能力下降。為減少淤泥顆粒在濾材表面的粘附，防止濾材的堵塞現(xiàn)象，本研究將表面活性劑噴涂于濾材表面以改變?yōu)V材的表面性能，探究了改性濾材對(duì)淤泥脫水性能的影響。

　　本研究針對(duì)淤泥堆場(chǎng)存在的低滲透性?滲流特殊?板結(jié)?堵塞等情況[13]，采用自制淤泥脫水裝置，模擬淤泥脫水過(guò)程，以陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(以下簡(jiǎn)稱CPAM)作為絮凝劑，以粉煤灰為骨架，在真空度0.07MPa條件下進(jìn)行淤泥滲透實(shí)驗(yàn)。探究5種濾布(3927?621?758?750A?750B)對(duì)淤泥脫水性能及淤泥顆粒附著情況的影響，基于濾布選型實(shí)驗(yàn)，引入3種表面活性劑改性濾布，探究改性濾布對(duì)淤泥脫水性能的改善作用。本研究將對(duì)不同濾布及改性濾布在淤泥脫水裝置中的應(yīng)用提供可靠的理論基礎(chǔ)。

　　1 材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　泥樣取自云南滇池外海北部，為便于運(yùn)輸，供試淤泥初始含水率為55%，淤泥容重采用環(huán)刀法測(cè)量為0.616g/cm3，密度采用比重瓶法測(cè)定為2.59g/cm3，淤泥孔隙度78.26%，計(jì)算方法如(1)式，淤泥有機(jī)質(zhì)采用灼燒法測(cè)定為9.09%，比阻采用布氏漏斗抽濾法測(cè)定[14]為13.25×1012 m/kg，淤泥顆粒粒徑的測(cè)定采用Ls激光衍射粒度分析儀測(cè)定，平均粒徑9.62μm，中值粒徑5.52μm。

　　?由于淤泥經(jīng)管道送入堆場(chǎng)初始含水率在85%左右，為模擬實(shí)際堆場(chǎng)淤泥脫水過(guò)程，實(shí)驗(yàn)時(shí)將原始含水率55%淤泥配置為含水率85%。CPAM(分子量1000萬(wàn)?陽(yáng)離子度15%)用作淤泥的絮凝劑，使用前將CPAM完全溶解于蒸餾水中，配制成濃度為1000mg/L溶液，攪拌6h待用。粉煤灰來(lái)自天津華電南疆熱電廠。

　　1.2 濾布和表面活性劑

　　5種濾布(3927?621?758?750A?750B)用于滲透實(shí)驗(yàn)過(guò)濾材料，其性能參數(shù)見(jiàn)表1。3種表面活性劑用于改性濾布，分別為織物平滑劑，灰白色均質(zhì)半透明液體，固含量30%，來(lái)自東莞市澳達(dá)化工有限公司;毛毯柔軟劑，淺黃色粘稠液體，型號(hào)XY129，有效物含量100%，來(lái)自蘇州勛云化工有限公司;氟表面活性劑，琥珀色透明液體，型號(hào)Ee602，有效成分含量27%，來(lái)自上海久士城化學(xué)有限公司。

圖片關(guān)鍵詞

　　1.3 滲透實(shí)驗(yàn)

　　1.3.1 實(shí)驗(yàn)方法

　　供試所用實(shí)驗(yàn)裝置為按照變水頭滲透原理自制的滲透裝置，主要由儲(chǔ)水瓶?帶刻度變水頭管(刻度精確至1mm)?滲透儀?緩沖瓶及真空泵組成，如圖1所示。供試滲透儀為T(mén)ST-55型土壤滲透儀(滲透容器為圓柱形，截面積30.08cm2，高度L=4.0cm)。分別使用5種濾布以及改性濾布做為過(guò)濾材料。每千克85% 含水率淤泥中加入預(yù)先配置的1000mg/LCPAM1mL?粉煤灰10g，攪拌均勻。淤泥倒入滲透儀容器后，調(diào)節(jié)真空壓力至0.07MPa，當(dāng)出水口有水溢出時(shí)開(kāi)始記錄變水頭管中起始水頭高度H1 和起始時(shí)間t1。記錄每分鐘管道液面高度Hi，共30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算平均滲透系數(shù)及滲水量，并卸除濾布表面濾餅，烘箱烘干5h后使用掃描電子顯微鏡觀察過(guò)濾后淤泥顆粒在濾布表面的附著情況。

?　　1.3.2 滲透系數(shù)

　　滲透系數(shù)表示流體通過(guò)孔隙骨架的難易程度，反映流體特性和流體透過(guò)多孔介質(zhì)能力的綜合指標(biāo)。當(dāng)介質(zhì)滲透性很小時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)需施加負(fù)載壓力，此時(shí)只要將負(fù)載壓力換算成相應(yīng)的水頭[15]:

?　　再加上變水頭管的水頭高h(yuǎn)i即可，則滲透系數(shù)計(jì)算公式變?yōu)?

?　　式中:kt為水溫t℃時(shí)的試樣滲透系數(shù)(cm/s)，計(jì)算至兩位有效數(shù)字;a為變水頭管的內(nèi)徑面積，0.368cm2;2.3為ln和lg的變換因素;L為試樣高度4.01cm;t1和t30分別為滲透開(kāi)始和終了時(shí)間，s;H1 和H30為起始和終止水頭，cm;A為試樣的過(guò)水面積，30.08cm2。具體參見(jiàn)污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)按(4)式計(jì)算: