湖底泥脫水試驗中絮凝劑篩選與評價

湖底泥脫水試驗中絮凝劑篩選與評價

0底泥減量化方法郴州是湖南省的一個重要工業(yè)城市，也是中國古代工業(yè)基地之一。清水塘工業(yè)區(qū)是株洲工業(yè)企業(yè)的集中聚集區(qū),其中的株洲化工廠、株洲冶煉廠、湖南智成化工有限公司、中成化工有限公司等大型化工、冶金企業(yè)為湖南乃至中國的工業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。與此同時,也將大量的工業(yè)“三廢”留在清水塘,為湘江流域的飲水和長株潭的發(fā)展留下了巨大的隱患。大湖湖泊作為清水塘地區(qū)內(nèi)面積較大的內(nèi)陸水域,多年來受該地區(qū)重工業(yè)的重金屬污染,水系遭到嚴(yán)重破壞,底泥中重金屬鎘、砷、鋅等污染較嚴(yán)重。2011年實施大湖重金屬污染治理工程,本工程作為株洲清水塘地區(qū)先行開展的三個示范項目之一,擬對大湖內(nèi)污染底泥進行疏浚清淤,計劃清淤底泥量為9.8萬m3。疏浚后的河道底泥含水量較高,導(dǎo)致其體積較大,為便于進一步處理,需對底泥進行脫水減量。目前使用的減量化方法主要有:自然干化法、機械脫水法、土工管袋脫水法等。陶君對三種方法進行了較為詳細(xì)的研究,并對三種處理方法的優(yōu)缺點進行了比較。根據(jù)本工程可利用土地面積較小等實際情況,選擇土工管袋法進行脫水減量。但是單純的土工管袋脫水無法滿足減量化需要。王松等指出在不投加絮凝劑的情況下,土工管袋無法正常發(fā)揮作用,這是因為底泥顆粒較小容易堵塞土工管袋孔隙,而絮凝劑能使底泥中顆粒物質(zhì)形成污泥絮體,更容易沉淀和形成反濾層。因此必須采用添加絮凝劑配合土工管袋對底泥進行脫水。目前可用于助凝的試劑種類較多,比較常用的有FeCl3、PAC、PAM等,但由于底泥性質(zhì)的差異,很多相關(guān)研究結(jié)果差別較大。與無機絮凝劑相比,合成有機高分子絮凝劑用量少,絮凝速度快,受共存鹽類、介質(zhì)pH及環(huán)境溫度影響小,生成污泥量也少;而且有機高分子絮凝劑分子可帶—COO、—NH—、SO3、—OH等親電基團,可具鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu),利于污染物進入絮體。對于重金屬的治理項目國內(nèi)多采用PAM作為助凝劑以加速底泥細(xì)小顆粒的絮凝。大湖重金屬污染治理工程擬采用添加PAM配合土工管袋脫水進行底泥減量化。經(jīng)過市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)市面上PAM種類繁多,質(zhì)量和價格參差不齊。為確定大湖底泥脫水絮凝劑的最佳投加比,估算大致成本,筆者針對國內(nèi)4個絮凝劑知名生產(chǎn)廠家提供的16種絮凝劑樣品進行篩選,探索出適于大湖底泥脫水的工藝參數(shù),為工程實踐提供參考。1試驗部分1.1底泥疏浚試驗采集大湖周邊的底泥,并調(diào)配泥水比約為1∶5的底泥試驗樣品,此時底泥的含水率為90%~95%,基本與大湖底泥疏浚后的含水率范圍一致。1.2試驗設(shè)備和藥物主要儀器有燒杯、玻璃棒、量筒、秒表、漏斗、土工管袋濾布等。試驗用國內(nèi)4個廠家提供的16種絮凝劑小樣。1.3投加量試驗及優(yōu)化藥劑配制:配制濃度為1‰的陽離子聚丙烯酰胺(cPAM)溶液(16種)。配制泥水比為1∶5的底泥試驗樣品,此時底泥的含水量大約在90%~95%范圍內(nèi)。粗篩:取300mL底泥樣品置于500mL的燒杯中,用針筒注射不同種類的絮凝劑至燒杯,同時攪拌,至出現(xiàn)明顯礬花(攪拌后不破碎),記錄絮凝劑投加量。將燒杯內(nèi)的底泥倒入加有土工管帶濾布的漏斗中,漏斗出水管置于量筒內(nèi),觀察出水效果,并分別記錄10,20,30,50,90,120s時量筒中水面的刻度。優(yōu)化:選擇經(jīng)濟性好、出水快、水質(zhì)清的絮凝劑種類進行用量優(yōu)化試驗。方法如下:用針筒注射不同量的絮凝劑至燒杯,同時攪拌。將加入絮凝劑的底泥倒入過濾裝置,并記錄10,20,30,50,90,120s時的出水體積。2試驗結(jié)果2.1比選試劑的確定根據(jù)試驗結(jié)果(見表1),可以看出1號和4號試劑瞬間脫水速度最快,但是4號試劑用量過大,而3號試劑加藥量最少(5mL),且最后的脫水速度較好。為此對1號和3號試劑進行進一步的比選,得出在絮凝劑用量相同的情況下,1號和3號試劑脫水速度相當(dāng),3號濾出的液體更加澄清,但是1號的報價為25000元/t,3號報價為28000元/t,考慮到經(jīng)濟性,選擇1號試劑。對1號試劑進行進一步的優(yōu)化,如圖1所示。由圖1可以看出:絮凝劑加入量為7mL時出水速度最快,因此7mL為最佳用量,此時底泥的絮凝劑濃度為23.3mg/L。平均處理每萬方底泥(加水)的單價為5811元。2.2絮凝劑用量優(yōu)化根據(jù)試驗結(jié)果(表2),可以看出6號試劑用量省且效果最好,因此選用6號試劑并對其進行用量優(yōu)化,如圖2所示。由圖2可看出:絮凝劑用量為10mL時出水速度最快,故選用10mL,與之對應(yīng)的底泥內(nèi)絮凝劑的濃度為33.3mg/L。單價為25000元/t(包括運費及稅),平均處理每萬方底泥(加水)的單價為8325元。2.3用量參數(shù)優(yōu)化由表3可以看出:9號試劑的脫水速度最慢,且用量最高,棄之。比較10號和11號,可以看出其脫水速度相當(dāng),11號出水質(zhì)量更好,故選11號。對11號進行用量優(yōu)化(見圖3)可以看出絮凝劑用量在11mL時脫水速度最快,故11mL效果最佳,與之對應(yīng)的底泥內(nèi)絮凝劑的濃度為36.7mg/L。單價為27000元/t(包括運費及稅),平均處理每萬方底泥(加水)的單價為9909元。2.4種外施試劑用量對底泥內(nèi)絮凝劑溶液效果的影響根據(jù)表4可以看出:14號脫水速度最快,選用14號藥劑并對其進行用量優(yōu)化試驗,結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出:10,11,12mL效果均不錯,用量在11mL時2min內(nèi)脫水更多,因此本試劑用量在11mL時效果最好,此時底泥內(nèi)絮凝劑的濃度為36.7mg/L。單價22000元/t,平均處理每萬方底泥(水)的單價為8074元。3不同絮凝劑的應(yīng)用效果和成本分析本研究主要以藥劑的絮凝效果和成本作為評價其優(yōu)劣的指標(biāo)。在本試驗中絮凝效果主要表現(xiàn)在脫水速度快,脫出水質(zhì)清。從每個供應(yīng)商所提供的供試樣品中選擇一種效果最好的藥劑,然后對選出的效果好的藥劑進行經(jīng)濟分析,選出成本最低的絮凝劑。本試驗結(jié)果顯示供應(yīng)商一所提供的1號絮凝劑是最經(jīng)濟且效果較好的藥劑,平均處理每萬方底泥(加水)的單價為5811元。采用此種藥劑和添加量進行后續(xù)的土工管袋試驗發(fā)現(xiàn),脫出的水的質(zhì)量,尤其是重金屬污染程度明顯優(yōu)于原大湖湖水,說明絮凝劑不僅可以達到快速脫水減容的效果,還可以吸附、固定水體里面的重金屬離子,降低二次污染風(fēng)險。本研究是在絮凝劑種類確定的情況下開展的,但是陽離子聚丙烯酰胺(cPAM)種類很多,離子度不等,絮凝效果相差很大,因此即便是確定了陽離子聚丙烯酰胺作為絮凝劑,其種類的選擇也是一個復(fù)雜的過程。因此在實際工程中首先要了解底泥的特性,通過跟廠家技術(shù)工程師交流確定可能適用的幾種絮凝劑,然后進行上述試驗,可以達到試驗絮凝劑效果和估算成本的目的。本試驗只是底泥脫水試驗的第一階段,本試驗的結(jié)果必須經(jīng)過中試放大試驗進行驗證和調(diào)整,才能最終作為實際工程運行的指導(dǎo)性參數(shù)。按照本試驗得到的絮凝劑添加比例,進行中試試驗,管帶濾出水水質(zhì)得到明顯改善。其中,重金屬鎘和鋅的含量明顯下降,經(jīng)絮凝沉淀和土工管帶過濾后,濾出液可以直接排入附近的霞灣污水處理廠?？梢?絮凝沉淀后土工管帶脫水不僅可以有效的避免疏浚后底泥的二次污染,還具有捕捉重金屬離子凈化水質(zhì)的作用。4土工管袋脫水減容技術(shù)土工管袋脫水作為一種新型的底泥脫水減容技術(shù),具有如下優(yōu)點:可進行就地脫水,減少運輸費用;處理量大,能滿足疏浚時大量底泥的處理;在土工管袋中進行脫水和固結(jié),無需特殊設(shè)備,耗能小無需設(shè)備維護;不受季節(jié)影響;尺寸選擇靈活,可以根據(jù)實際需要設(shè)計尺寸