龔本洲 王鈺捷 張志勝 陳雯 李亮
摘要:為了有效處理砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的廢水泥渣,避免其對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞,采用PAC、PAM、FeCl3、CaO、PAC+PAM、PAC+CaO、PAM+CaO處理泥渣,研究泥渣脫水性能。結(jié)果表明:PAM+CaO聯(lián)合投加對(duì)改善泥渣脫水特性效果最好;當(dāng)CaO投藥量為0.59%、PAM投藥量為0.012%時(shí),比阻較不投加化學(xué)藥劑條件下減小了40%。通過(guò)壓濾試驗(yàn),不投加藥劑條件下,泥餅厚度僅3mm,且無(wú)力學(xué)強(qiáng)度,泥餅含水率25%;PMA和CaO聯(lián)合投加條件下,泥餅厚度可達(dá)14mm,并具有一定力學(xué)強(qiáng)度,泥餅含水率僅為22%。研究成果可為今后國(guó)內(nèi)外砂石項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供借鑒。
關(guān)鍵詞:砂石廢水泥渣;脫水性能;比阻試驗(yàn);壓濾試驗(yàn);化學(xué)藥劑
中圖法分類(lèi)號(hào):X703
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1006-0081(2020)12-0048-05
1研究背景
在水電站工程施工中,大規(guī)?;炷了璧纳笆橇掀毡椴捎萌斯ぶ迫〉姆绞教峁榇_?;炷临|(zhì)量,在人工砂石骨料加工過(guò)程中,處理砂石料中的泥土雜質(zhì)是一個(gè)重大課題,較成熟的方法是采用大量潔凈水對(duì)砂石料進(jìn)行清洗,將骨料的泥渣及石粉含量控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi),從而產(chǎn)生相應(yīng)排放量的高懸浮物廢水。水電站施工期砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水中主要污染物成分為懸浮固體,廢水中SS質(zhì)量濃度一般高達(dá)30000~100000mg/L,有的甚至更高(視料源及加工工藝不同而變)。若不作任何處理直接排放,砂石加工系統(tǒng)的廢水,將會(huì)破壞施工區(qū)生態(tài)環(huán)境,造成河道淤積,河床抬高,進(jìn)而影響水生生物的生存環(huán)境。
砂石加工系統(tǒng)廢水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量泥渣,由于砂石廢水泥渣量極大,泥渣未經(jīng)處理直接進(jìn)入脫水設(shè)備,導(dǎo)致脫水設(shè)備運(yùn)行效率低、泥渣脫水效果差。本文以石料加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水泥渣為研究對(duì)象,探求不同化學(xué)藥劑對(duì)水電工程砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水泥渣脫水特性的影響。
2試驗(yàn)方法
2.1比阻試驗(yàn)
比阻測(cè)定試驗(yàn)裝置詳見(jiàn)圖1,根據(jù)Carman公式,在壓力一定的條件下過(guò)濾時(shí),t/V與V成直線(xiàn)關(guān)系:
在直角坐標(biāo)系中,以V為橫坐標(biāo),t/V為縱坐標(biāo),對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸,求解斜率b,再利用式(2)求得比阻r。
2.2泥渣脫水試驗(yàn)
試驗(yàn)采用廂式壓濾機(jī)(濾板為隔膜板,規(guī)格1m×1m),研究在調(diào)理劑作用下不同含固率泥樣脫水能力,脫水試驗(yàn)裝置如圖2所示。
為模擬工程現(xiàn)場(chǎng)前端加藥的時(shí)間條件,先向原水樣中投加藥劑,等其沉降后,將一部分清水排出,使其達(dá)到指定的含固率。
假設(shè)原泥的重量為M1,含固率為ω1,排出水后泥的重量為M2,指定的含固率為ω2,由于排出的只有清水,泥樣前后所含的干泥總重是不變的,因此有:
3泥渣脫水特性試驗(yàn)
比阻試驗(yàn)表明,白鶴灘水電站三灘泥渣脫水性能良好。本節(jié)采用小型廂式壓濾機(jī)進(jìn)行泥渣脫水試驗(yàn),壓濾機(jī)試驗(yàn)的主要工作參數(shù)有壓濾時(shí)間、壓濾壓力和進(jìn)漿濃度等。每組試驗(yàn)將分別測(cè)定壓濾后的泥餅厚度、含水率及尾水SS等指標(biāo)。
一般認(rèn)為,污泥比阻值在1×1012~4×1012m/kg之間時(shí)進(jìn)行機(jī)械脫水較為適宜。對(duì)無(wú)機(jī)高分子、有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)鹽等不同種類(lèi)調(diào)理劑及其投藥量進(jìn)行比阻試驗(yàn),篩選出適宜的藥劑,可供泥渣脫水能力試驗(yàn)參考。
白鶴灘水電站三灘原水樣沉降濃縮加藥量與泥渣比阻試驗(yàn)加藥量轉(zhuǎn)換如表1所示(加藥量為藥劑質(zhì)量與干泥質(zhì)量之比)。比阻試驗(yàn)?zāi)嘣捎迷畼映两禎饪s后的底部泥漿,以期模擬沉淀池沉降分離過(guò)程。因此調(diào)理劑投加量即為原水樣絮凝沉降投藥量,投加不同調(diào)理劑條件下泥渣比阻值如表2所示。
(1)PAC、PAM、FeCl3、CaO單獨(dú)投加條件下,比阻較不投加調(diào)理劑均有不同程度地增大,其中PAM在0.006%投加量條件下比阻增大幅度最大,較不投加調(diào)理劑增大520%。
(2)PAC+PAM和PAC+CaO兩種聯(lián)合投加方式條件下,比阻較不投加調(diào)理劑均有不同程度增大,最高增幅244%。
(3)PAM+CaO聯(lián)合投加條件下,當(dāng)CaO投藥量為0.59%時(shí),比阻較不投加調(diào)理劑減小40%;當(dāng)CaO投藥量增大時(shí),比阻較不投加調(diào)理劑稍有增大。這表明PAM和CaO聯(lián)合投加有利于泥渣脫水。
壓濾試驗(yàn)條件如表3所示,壓濾試驗(yàn)結(jié)果如表4、圖3和圖4所示。
(1)不投加藥劑條件下,壓濾尾水渾濁,泥餅厚度僅3mm,且無(wú)力學(xué)強(qiáng)度,泥餅內(nèi)部和表面含有較多附著水,含水率25%。
(2)PMA和CaO聯(lián)合投加條件下,壓濾尾水TSS 32mg/l,泥餅厚度可達(dá)14mm,并具有一定的力學(xué)強(qiáng)度,泥餅表面附著水分較少,含水率22%。
4泥渣脫水特性分析
4.1泥渣中水分形態(tài)
污泥中水分的存在形式有多種分類(lèi),Cosenza將污泥中的水分分成兩大類(lèi):自由水和結(jié)合水。自由水是指污泥在脫水過(guò)程中,污泥中水分性質(zhì)不隨周?chē)腆w顆粒存在而發(fā)生變化的那部分水分。相對(duì)于自由水,結(jié)合水是指與固體顆粒存在相互作用力的水分。根據(jù)水分與污泥顆粒間作用力的不同,可將其分成3種。
(1)內(nèi)部結(jié)合水。以化學(xué)鍵力與污泥顆粒結(jié)合的水分。
(2)表面結(jié)合水。以吸附、吸收的方式固定在固體表面。
(3)機(jī)械結(jié)合水。存在于毛細(xì)管內(nèi)或者絮體內(nèi)的水分。
污泥的水分分布特性與污泥的機(jī)械脫水性能關(guān)系密切。結(jié)合水越多,機(jī)械脫水越難。一般而言,不同水分形式的結(jié)合強(qiáng)度依次為自由水<機(jī)械結(jié)合水<表面結(jié)合水<內(nèi)部結(jié)合水。與市政、工業(yè)等廢水不同,砂石加工廢水是無(wú)機(jī)懸浮物廢水,沉渣中幾乎不含有機(jī)質(zhì)和微生物,內(nèi)部結(jié)合水含量較少。
4.2泥渣調(diào)理機(jī)理
水電工程砂石加工廢水處理系統(tǒng)產(chǎn)生泥渣脫水難度與固體顆粒的密度和粒徑有關(guān)。密度越小的泥渣,相同重量體積越大,因此水分含量越高,脫水越困難。泥渣粒度越小,其表面積越大,結(jié)合水的水量越多,脫水越困難;泥渣粒度均勻,顆粒間空隙較大,雖然能容納較多水分,但其水分易受重力作用排除。泥渣粒度不均勻,細(xì)顆粒將充填在粗顆??障吨?,顆粒間空隙較小,水分較難排除。
泥渣調(diào)理的目的是將無(wú)定形的膠樣污泥轉(zhuǎn)變成有空隙的物質(zhì),便于釋出其中的水分。脫水過(guò)程中使用調(diào)理劑以期改善濾液澄清度或提高過(guò)濾速度,按照其作用機(jī)理可分為介質(zhì)型和化學(xué)調(diào)理劑。介質(zhì)型調(diào)理劑只靠物理或機(jī)械作用來(lái)改善過(guò)濾物料,不涉及吸附作用或化學(xué)作用,是一些分散的、不同尺寸分布的固體顆?;蛱砑游镔|(zhì)。在過(guò)濾過(guò)程中,它們起著過(guò)濾介質(zhì)的作用,主要應(yīng)用于固體顆粒小且對(duì)濾液有較高要求的場(chǎng)合?;瘜W(xué)調(diào)理劑指通過(guò)吸附或化學(xué)作用改善過(guò)濾過(guò)程。
不投加調(diào)理劑條件下,泥渣比阻值在適宜直接機(jī)械脫水比阻范圍內(nèi)。多種藥劑比阻試驗(yàn)表明,PAM和CaO聯(lián)合投加可進(jìn)一步改善泥渣的脫水性能,這也表明絮凝沉降試驗(yàn)所推薦藥劑與泥渣脫水調(diào)理需求一致。
脫水試驗(yàn)表明,在泥渣不進(jìn)行調(diào)理的條件下,由于白鶴灘水電站三灘泥渣粒徑較?。ㄖ兄盗郊s3.43μm),固體顆粒容易穿過(guò)和堵塞濾布,造成壓濾尾水水質(zhì)較差,濾餅薄且無(wú)力學(xué)強(qiáng)度。采用CaO和PAM進(jìn)行調(diào)理后,壓濾尾水澄清,泥餅較厚且力學(xué)強(qiáng)度較好。CaO水溶液主要成分是Ca(OH)2,Ca2+和OH-。一方面,相關(guān)研究表明水的硬度對(duì)廢水沉降有較大影響,當(dāng)硬度較大時(shí),水中Ca2+、Mg2+含量增高,這些離子可以在固體顆粒表面吸附,改變顆粒表面電位,使顆粒表面水化作用發(fā)生變化,促使顆粒凝聚。另一方面,Ca(OH)2是一種介質(zhì)型調(diào)理劑,在其表面具有吸附膠體的能力,使得形成的濾餅具有格子型結(jié)構(gòu),保持良好的滲透性,使得細(xì)顆粒不易粘附堵塞濾布;PAM通過(guò)架橋作用,細(xì)顆粒形成絮團(tuán),改變物料粒度組成,提高濾餅滲透率,加快過(guò)濾速度。
5結(jié)語(yǔ)
PAM和CaO聯(lián)合投加對(duì)砂石系統(tǒng)生產(chǎn)廢水泥渣脫水性能改善效果顯著。當(dāng)CaO投藥量為0.59%、PAM投藥量為0.012%時(shí),比阻從不加藥的0.85×1012m/kg降至0.51×1012m/kg。通過(guò)壓濾試驗(yàn),在PMA和CaO聯(lián)合投加條件下,泥餅厚度從不加藥的3mm增至14mm,泥餅含水率從25%降低至22%。該方法適用于砂石系統(tǒng)生產(chǎn)廢水泥渣的有效處理,從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù),可為今后國(guó)內(nèi)外砂石項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供借鑒。
(編輯:唐湘茜)