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%。通過壓濾試驗(yàn)，不投加藥劑條件下，泥餅厚度僅3mm，且無力學(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內(nèi)外砂石項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)營提供借鑒。

　　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

　　1研究背景

　　在水電站工程施工中，大規(guī)模混凝土所需的砂石骨料普遍采用人工制取的方式提供。為確保混凝土質(zhì)量，在人工砂石骨料加工過程中，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)廢水處理過程中會產(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)廢水泥渣為研究對象，探求不同化學(xué)藥劑對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)

　　比阻測定試驗(yàn)裝置詳見圖1，根據(jù)Carman公式，在壓力一定的條件下過濾時(shí)，t/V與V成直線關(guān)系：

　　在直角坐標(biāo)系中，以V為橫坐標(biāo)，t/V為縱坐標(biāo)，對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，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。對無機(jī)高分子、有機(jī)高分子和無機(jī)鹽等不同種類調(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，Cosenza將污泥中的水分分成兩大類：自由水和結(jié)合水。自由水是指污泥在脫水過程中，污泥中水分性質(zhì)不隨周圍固體顆粒存在而發(fā)生變化的那部分水分。相對于自由水，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。

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