復(fù)合絮凝劑應(yīng)用于廢泥漿脫水的試驗研究

饒運章， 陳楨干， 朱 鋒

（江西理工大學(xué)，a.資源與環(huán)境工程學(xué)院；b.建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

0 引 言

基礎(chǔ)工程施工過程中護(hù)壁泥漿常常使用膨潤土或高嶺土配制，施工結(jié)束后會產(chǎn)生大量的護(hù)壁泥漿與粘土等鉆渣[1]組成混合體的廢泥漿，廢泥漿具有粘土顆粒細(xì)、稠度大、處于無強(qiáng)度的流動膠體狀態(tài)、直接固液分離難度大等特殊性，常被施工單位偷排到農(nóng)田、江河、甚至城市排水系統(tǒng)，造成耕地、水源污染和疏涇堵塞.目前對廢棄泥漿的處理通常有兩種方法：固化處理法和固液分離法[2-3].固化處理就是向廢棄泥池中投入適量固化劑，進(jìn)行均勻攪拌，經(jīng)一定時間的化學(xué)反應(yīng)和物理固化，使其轉(zhuǎn)變成無污染的固體[4].但是此方法需要效果較好的固化劑，固化時間較長，場地也較大.固液分離是通過加入絮凝劑改變廢泥漿的物理、化學(xué)性質(zhì)破壞泥漿的膠體體系，使懸浮的細(xì)小顆粒聚結(jié)成較大的絮凝體，再通過機(jī)械手段達(dá)到固液分離的目的.Turchiuli等[5]通過試驗研究了鐵鋁絮凝劑對污泥脫水性能的影響，對比了鐵鹽和鋁鹽絮凝體的尺寸，從絮凝體結(jié)構(gòu)方面解決絮凝脫水問題.Bach等[6]試驗研究了明礬絮凝劑對廢泥漿脫水過程中氫氧化物的影響，在明礬污泥及含氫氧化物懸浮液之間進(jìn)行一系列的比較，包括絮體尺寸、濃度以及不同時間的脫水行為.

試驗主要分析了石灰、石膏、粉煤灰和高分子絮凝劑4種材料組成的復(fù)合絮凝劑[7]對比有機(jī)高分子絮凝劑對廢泥漿的絮凝脫水效果，以及復(fù)合絮凝劑各成份最佳摻量的研究.

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 試驗儀器

主要儀器有精密pH計、電子天平 （精度1mg）、液壓壓濾脫水設(shè)備[8]、燒杯量筒、濾布等.

1.2 試驗絮凝材料

試驗所用的絮凝材料分為兩組：第一組為石灰、石膏粉、粉煤灰和有機(jī)高分子絮凝劑聚丙稀酰胺組成的復(fù)合絮凝劑；第二組為純有機(jī)高分子絮凝劑聚丙稀酰胺.

1.3 試驗用的廢泥漿

以某高層建筑工地鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生的廢泥漿為試驗對象，泥漿含水率72%，廢泥漿中固態(tài)物質(zhì)的主要化學(xué)成分和質(zhì)量百分含量為:SiO259.3%、K2O 3%、Al2O39%、Na2O 12.7%、MgO 2.5%、CaO 0.6%、有機(jī)質(zhì)6%.

1.4 試驗設(shè)計

采用正交法L934試驗[9-11]，對廢泥漿的固液分離進(jìn)行研究.主要討論4種材料組成的復(fù)合絮凝劑的固液分離試驗，分析各因素對固液分離效果影響，以及復(fù)合絮凝劑和高分子絮凝劑固液分離效果的對比[12-13].

（1）確定正交實驗的指標(biāo)、因素和水平.指標(biāo)：絮凝廢棄泥漿壓濾脫水的出水量.因素：石灰、石膏、粉煤灰、聚丙烯酰胺.水平：各因素均取3個水平[12]，見表1.

表1 因素水平表/g

（2）選正交表，列出試驗方案.選用L934正交表，共安排9次試驗，如表2.

表2 L934正交試驗表/g

根據(jù)已做的試驗選用摻量為0.1 g的聚丙烯酰胺作為對比試驗.

2 試驗結(jié)果與分析

為保證各組試驗的一致性，進(jìn)行壓濾試驗前用手持式小型電動攪拌機(jī)對50 L塑料桶內(nèi)的泥漿進(jìn)行攪拌，使其整體均勻分布；攪拌完成后，立即取出500mL泥漿放入1000mL燒杯中；然后將試驗設(shè)計所規(guī)定摻量的絮凝劑加入到泥漿試樣中，用玻璃棒攪拌5min，使絮凝劑與泥漿充分混合均勻，靜置絮凝2 h后，在0.8 MPa的恒壓下進(jìn)行壓濾脫水處理，每5min記錄一次脫水量；40min后，每10min記錄一次；60 min后，每15min記錄一次，壓濾時間持續(xù)120min.壓濾試驗完成后，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理.

2.1 試驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上述步驟，得出14個時間段復(fù)合絮凝劑的廢泥漿壓濾脫水試驗數(shù)據(jù)，如表3.

對表3試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出水量與時間的關(guān)系曲線，如圖1.

圖1中，在復(fù)合絮凝劑正交試驗中，脫水剛開始時，試驗2的脫水速率最明顯，其余8組試驗脫水速率差別不大，當(dāng)脫水到60min時，試驗6脫水速率突然變小.當(dāng)脫水時間到120min時試驗1的脫水量要大于其它8組試驗.綜合分析脫水效果，可以發(fā)現(xiàn)120min內(nèi)，試驗2脫水速率和脫水量都有著比較好的效果.

2.2 極差分析

（1）試驗結(jié)果的處理.從脫水量、壓濾出水速率兩個方面來比較絮凝劑的壓濾脫水效果.取90min的出水量進(jìn)行分析，對試驗結(jié)果進(jìn)行如下處理.

表3 實驗中14個時間段廢泥漿壓濾脫水試驗數(shù)據(jù)表/m L

圖1 復(fù)合絮凝劑脫水量隨時間變化

石灰因素A.將表2中石灰用量1.4 g（記為A1水平）的3次試驗記為第一組，表2中石灰用量1.2 g（記為A2水平）的3次試驗記為第二組，表2中石灰用量1.0 g（記為A3水平）的3次試驗記為第三組，分析因素A在3個水平的試驗情況.

第一組試驗中得到的壓濾出水量之和為：出水量I=286+297+273=856mL；第二組試驗壓濾出水量之和為：出水量II=280+267+251=798 mL；第三組試驗壓濾出水量之和為：出水量Ⅲ=279+277+271=827 mL.

每組3次試驗中，A1(A2或A3)出現(xiàn)3次，而因素B、C、D的3個水平各出現(xiàn)過3次，可認(rèn)為B、C、D的影響大體相等，I、Ⅱ、Ⅲ的差異是由于因素A取3個不同水平引起的.

同時計算出每水平的平均脫水率(I/3、II/3、Ⅲ/3)和平均結(jié)果的極差 (最大值與最小值之差)R=19.3.極差的大小反映了該列所在排因素的水平變動對指標(biāo)的影響.極差R值大，表明該因素對指標(biāo)影響就大.

同理，可分析因素B、C、D的影響，如表4.

表4 試驗分析表/m L

（2）因素對指標(biāo)的影響分析.表4可見，絮凝劑中石灰摻量對脫水效果的影響最顯著，聚丙烯酰胺摻量對脫水效果的影響最小，各因素影響的主次順序為A、B、C、D，最優(yōu)水平組合為 A1B1C2D3.

根據(jù)表4作水平－指標(biāo)規(guī)律變化圖來表示各因素水平影響的趨勢（圖2）.

從圖2和表4中可以看出當(dāng)石灰劑量處于1.2～1.4 g時隨著劑量的增加脫水效果越好，但石灰劑量過大時影響泥漿的流動性不利于壓濾脫水；在石膏量小于0.8 g時，摻量的變化對泥漿脫水速率的影響明顯，當(dāng)石膏加藥量大于0.8 g時，摻量的變化對泥漿脫水速率的影響不明顯；在粉煤灰絮凝劑中最佳加藥量為1.2 g左右，摻量過大或過小都不利于泥漿的壓濾脫水；在聚丙烯酰胺絮凝劑中加藥量的變化對泥漿壓濾脫水速率基本沒有影響.

2.3 試驗對比分析

復(fù)合絮凝劑正交試驗表2中試驗2與0.1 g聚丙烯酰胺對廢棄泥漿脫水對比分析，如圖3.

從圖3可以看出.脫水剛開始時，加入復(fù)合絮凝劑的廢泥漿脫水速率非常明顯，但到60min以后，脫水速率相對減緩.而加入0.1 g聚丙烯酰胺絮凝劑的廢棄泥漿25min之前脫水速率較為明顯，25min以后脫水速率變緩，綜合分析兩組試驗的脫水效果，可以發(fā)現(xiàn)加入復(fù)合絮凝劑的泥漿脫水速率和120min時的脫水量都明顯優(yōu)于加入0.1 g聚丙烯酰胺絮凝劑泥漿的脫水效果.

圖2 水平－指標(biāo)變化規(guī)律圖

圖3 壓濾時間與出水量關(guān)系圖

3 結(jié) 論

（1）在廢棄泥漿絮凝壓濾脫水時，復(fù)合絮凝劑的脫水效果優(yōu)于聚丙烯酰胺絮凝劑.

（2）影響絮凝壓濾脫水效果的因素主次為：A（石灰）、B（石膏）、D（聚丙烯酰胺）、C（粉煤灰），在工程實踐的廢泥漿脫水處理中，選擇合理的絮凝劑種類是至關(guān)重要的.

（3）試驗表明，復(fù)合絮凝劑中各藥劑投放量存在最佳投放量，500mL廢泥漿中，各藥劑的最佳投放量依次為：石灰1.4 g、石膏1.0 g、粉煤灰2.0 g、聚丙烯酰胺0.1 g.

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