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基于絮凝法的海港疏浚泥脱水除盐试验研究.pdf
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1、晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂0引言伴随国家沿海开发战略的持续推进,非自然因素引起的港口、航道、河道淤积成为常态。目前国内淤(污)泥资源化利用率低,特别是港口疏浚泥,其处理成本极高,固结缓慢,资源化利用周期长1-2。絮凝法作为疏浚泥处理常用方法具有较低成本、改善淤泥物理、化学及生物性能、稳定污染物及便捷等特点3。目前,我国淤泥化学处理多采用聚丙烯酰胺(PAM)等絮凝剂实现脱水,但效果欠佳。为了解决这一问题,许多研究者开展了不同方面的研究。Hiroto 等4通过研究无机絮凝剂、高分子絮凝剂和助絮凝剂组成的复合干粉絮凝剂絮凝行为,发现无机凝
2、絮剂和聚合物凝絮剂组合的絮凝效果较好。黄娟凤5对江苏内河、港口等典型地域淤泥进行絮凝脱水处理,考察了药剂类别、用量及淤泥类别对经处理后淤泥的絮团大小、滤饼含水基于絮凝法的海港疏浚泥脱水除盐试验研究朱晨俊1,温小栋1,冯蕾1,蒋国平2(1.宁波工程学院 建筑与交通工程学院,浙江 宁波315211;2.福建江夏学院 工程学院,福建 福州350108)摘要:为了实现海港疏浚泥在墙材资源化利用,需解决氯离子引起的设备腐蚀和含水量高带来的运输量大的问题。研究了淤泥初始含水率、絮凝剂及 pH 值调节剂等因素对脱水除盐效果的影响。结果表明:初始含水率在 150%350%时,脱水率和氯离子去除率均随初始含水率
3、的增加而提大;絮凝剂的加入会促进海港疏浚泥脱水除盐,高含水率下,絮凝剂 SPFS 脱水和去除氯离子能力均优于絮凝剂 PAM,其中脱水率平均高 26.16%,PAM 不表现除氯能力,而掺入 SPFS 的海港疏浚泥氯离子去除率最高为 25.85%,最优脱水除盐掺入比为 0.0625%;絮凝剂 PAM 与 pH 值调节剂复合使用能进一步提高脱水效果,并存在最佳掺入比,但 Na2SO4效果好于NaOH;絮凝剂 PAM 在碱性条件下最优脱水效果的 pH 值为 12.2 左右。关键词:疏浚泥;絮凝法;资源化利用;脱水除盐中图分类号:TU447文献标识码:A文章编号:1001-702X(2023)09-00
4、71-06Experimental study on dehydration and desalination of harbor dredged mud based on flocculation methodZHU Chenjun1,WEN Xiaodong1,FENG Lei1,JIANG Guoping2(1.School of Civil and Transportation Engineering,Ningbo University of Technology,Ningbo 315211,China;2.Engineering College,Fujian Jiangxia Uni
5、versity,Fuzhou 350108,China)Abstract:In order to realize the resource utilization of harbor dredged mud in wall materials,it is necessary to solve theproblems of equipment corrosion caused by chloride ions and large transportation volume caused by high water content.The effectsof initial water conte
6、nt of sludge,flocculant and pH regulator on dehydration and desalination were studied by dehydration rate andchloride ion removal rate.The experimental results show that when the initial water content is 150%350%,the dehydration rateand chloride ion removal rate increase with the increase of initial
7、 water content.The addition of flocculant can promote the dehy原dration and desalination of harbor dredged mud.With high water content,the dehydration and chloride ion removal ability of floc原culant SPFS are better than that of flocculant PAM,and the dehydration rate is 26.16%higher on average.PAM do
8、es not showthe ability to remove chlorine,while the chloride ion removal rate of harbor dredged mud mixed with SPFS is 25.85%,and the op原timal dehydration and desalination mixing ratio is 0.0625%.The combination of flocculant PAM and pH regulator can further im原prove the effect of dehydration,and th
9、ere is an optimal mixing ratio,but the effect of Na2SO4is better than NaOH.The pH valueof the optimal dehydration effect of PAM under alkaline conditions is about 12.2.Key words:dredged mud,flocculation,recovery of resources,dehydration desalination基金项目:国家自然科学基金项目(51569035);宁波市科技局重大重点项目(2017C510007)
10、;国家级大学生创新创业训练计划项目(202211058003)收稿日期:2022-12-28;修订日期:2023-06-02作者简介:朱晨俊,男,1998 年生,硕士研究生,E-mail:。通讯作者:温小栋,博士,教授,E-mail:。中国科技核心期刊71新型建筑材料圆园23援09率、滤液透过率、滤液 COD_(Cr)(化学需氧量重铬酸盐法)和Zeta 电位的影响。Chen 等6研究了硫酸和表面活性剂预处理活性污泥对其胞外聚合物(ECP)、脱水和沉降性能的影响,结果表明,pH 值为 2.5、表面活性剂用量为 0.1 g 时脱水效果最好。王东星等7通过研究疏浚泥化学絮凝-真空预压技术发现,絮凝剂
11、的掺入能实现疏浚淤泥减量化,并找到 5 种絮凝剂的最优掺量:Ca(OH)21500 mg/L、PAFSI 200 mg/L、PAC 200mg/L、HCA 50 mg/L、APAM 500 mg/L。尽管目前已有多种无机絮凝剂、有机絮凝剂及其组成的复合絮凝行为研究,但不同于河道淤泥,海港淤泥资源化利用需要在考虑脱水率的基础上考虑其高氯离子含量对设备的腐蚀。以往的研究因试验材料不同、复合效果不明、适用性不高,指导作用存在一定缺陷。此外,现阶段对初始含水率和碱性环境对脱水除盐的影响研究较少。为此,本研究针对海港疏浚泥,通过絮凝剂种类、剂量、搭配上的选择,分析了海港疏浚泥在絮凝剂和 pH 值调节剂作
12、用下脱水率、氯离子去除率和 pH 值等指标,研究了各指标的特点及变化规律。对海港疏浚泥脱水除盐在药剂和剂量的选择上实现低成本、高效的目标具有重要参考作用。1试验1.1原材料试验土样为海港码头疏浚泥,取样于宁波舟山港镇区浅滩,外观固结,呈黄褐色。将所取样品破碎后置入 105 益干燥箱中,烘干至恒重。对烘干后的淤泥样品磨粉封膜短期保存,用于配置不同含水率的海淤泥试验样品。絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM):有效物含量逸90%,宁波人源化工有限公司;絮凝剂聚合硫酸铁(SPFS):有效物含量 20%21%,河南天泉环保材料公司;pH 值调节剂:Na2SO4(NS)、NaOH(NH),分析纯,上海阿拉丁生化科技
13、股份有限公司。1.2试验装置试验选用 DHG-9140A 型电热恒温鼓风干燥箱、pH 测试笔、天平、玻璃容器、粉磨机、保鲜膜及各类器皿等。图 1 为脱水试验装置,其容器采用塑料盒,盒底部留有 5 个直径为 4mm 的小孔排水。图 1脱水试验装置1.3试验方案设计 2 种絮凝剂在不同掺入比(0.025%0.075%)、初始含水率(MC、150%、250%、350%)及絮凝剂 PAM 下 2 种 pH 值调节剂在不同掺入比(SC,0.5%2.5%)共 28 组方案,如表 1 所示。表 1脱水除盐试验方案编号淤泥/g水/gPAM/gSPFS/gNS/gNH/gSC/%X12001800.050-0.
14、0250X22001800.075-0.0375X32001800.100-0.0500X42001800.125-0.0625X52001800.150-0.0750T1200180-0.050-0.0250T2200180-0.075-0.0375T3200180-0.100-0.0500T4200180-0.125-0.0625T5200180-0.150-0.0750X-001002001.000-T-00100200-1.000-NS-051002001.000-0.500-0.500NS-101002001.000-1.000-1.000NS-151002001.000-1.500
15、-1.500NS-201002001.000-2.000-2.000NS-251002001.000-2.500-2.500NH-051002001.000-0.5000.500NH-101002001.000-1.0001.000NH-151002001.000-1.5001.500NH-201002001.000-2.0002.000NH-251002001.000-2.5002.500XW11001501.000-XW21002501.000-XW31003501.000-TW1100150-1.000-TW2100250-1.000-TW3100350-1.000-朱晨俊,等:基于絮凝
16、法的海港疏浚泥脱水除盐试验研究72晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂表 1 中,X、T 表示凝絮剂种类,NS、NH 表示 pH 值调节剂种类,W 表示初始含水率试验。试验采用氢氧化钠(NH)、硫酸钠(NS)2 种 pH 值调节剂和聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硫酸铁(SPFS)2 种絮凝剂,絮凝剂掺量控制在 3%以内5,8。试验通过配置药剂水溶液以喷壶喷洒的方式掺入疏浚泥中。此外,在各组试验中,海淤泥(烘干)质量、水质量等非对照性试验条件均保持一致。不同变量的掺入比 SC 按式(1)计算:SC=MdMs伊100%(1)式中:Md各组所掺变量的试
17、剂质量,g;Ms配置海港疏浚泥质量,g。1.4测试方法淤泥 pH 值:采用 pH 笔对搅拌均匀后的泥浆进行 pH 值测试。淤泥含水率:采用质量法进行淤泥含水率测试,将 m1淤泥样品置入干燥箱中,105 益烘干至恒重后冷却,测试其质量为 m2,其含水率 MC 为:MC=m1-m2m1伊100%(2)式中:MC淤泥含水率;m1淤泥样品质量,g;m2淤泥样品烘干后质量,g。脱水率:采用质量法按式(3)对淤泥进行脱水率 DR 计算。DR=y1-y2y1伊100%(3)式中:DR淤泥脱水率,%;y1样品脱水前质量,g;y2样品脱水后质量,g。氯离子含量:采用滴定法进行测试,配置含 3 g 烘干磨碎后的淤
18、泥样品和 30 mL 蒸馏水的待测溶液,覆上保鲜膜并静置 1 d,待氯离子充分溶解在去离子水中,过滤得 5 mL 无色澄清溶液,用硝酸银和指示剂铬酸钾滴定,记录滴定前后所用硝酸盐溶液的容积,并通过式(4)计算得到淤泥中氯离子质量和氯离子浓度。MCI=V伊c伊30伊35.55伊3(4)式中:MCI淤泥中氯离子含量,mg/g;V滴定所用硝酸银溶液容积,mL;c试验所用硝酸银溶液浓度,mol/L。35.5 为 Cl 的相对原子质量。氯离子去除率:通过计算所得氯离子含量按式(5)对淤泥进行氯离子去除率 CDR 计算。CDR=MCI1-MCI2MCI1伊100%(5)式中:CDR氯离子去除率,%;MCI
19、1样品试验前氯离子含量,mg/g;MCI2样品试验后氯离子含量,mg/g。2试验结果及分析2.1淤泥初始含水率2.1.1脱水率初始含水率是海淤泥的原有特征,通过在淤泥中掺入水量来调节所需的初始含水率。表 2 为初始含水率对絮凝剂脱水率的影响。表 2初始含水率对絮凝剂脱水率的影响由表 2 可见,XW 组 3 d 累计脱水率为 4.33%4.44%,TW组 3 d 累计脱水率为 5.58%7.97%。XW 组第 1 d 脱水率相近,第 3 dXW3XW2XW1;而 TW 组第 1 d 脱水率差异明显,随后表现脱水率和初始含水率呈正相关的特点。造成这一现象的原因可以解释如下:一方面,高含水率组水质量
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