（应用化学专业论文）有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究.pdf

硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 摘要 本文采用多种不同高分子絮凝剂，针对江苏省有一定代表性的六个内河、湖泊、 港口典型地域淤泥的絮凝脱水方法和脱水后淤泥中残留絮凝剂阳离子单体二甲基 二烯丙基氯化铵与非离子单体丙烯酰胺的共聚物( p d a ) 降解程度和评价方法进行 了初步研究。 应用相同离子性质、不同离子度和特征黏度，不同离子性质相近特征黏度的高 分子絮凝剂，对六个典型地域淤泥进行絮凝脱水处理。考察了药剂用量对经处理后 淤泥的絮团大小、滤饼含水率、滤液透过率、滤液c o d 。和z e t a 电位的影响。同时 利用浊度、透过率及显微拍照几种表征方法，在室内保湿环境下，对处理后淤泥中 残留药剂进行降解可能性及降解速率的研究。 淤泥絮凝脱水处理的研究结果表明：离子性质不同、离子度不同、特征黏度不 同的所选各种阴、阳、非离子絮凝剂对江苏省六个典型地域淤泥脱水均有效果，但 在形成絮团最佳点时药剂用量及处理后淤泥泥饼的含水率值各不相同。 对1 0 左右高固含量淤泥，处理内河、湖泊淤泥的絮凝剂用量较低，在 3 5 0 r a g l - 6 4 0 m g l 1 之间，处理后泥饼含水率在4 7 7 4 的大范围内；处理港口 淤泥的药剂用量较高，在8 5 0 m g l - 1 2 0 0 m g u 1 之间，泥饼含水率则在4 1 5 7 之间；对5 低固含量淤泥，处理内河、湖泊淤泥的絮凝剂用量在5 2 8 m g l - 3 1 6 8 m g l - 1 之间，处理后泥饼含水率在4 7 8 7 1 1 的大范围内；处理港口淤泥 的药剂用量在2 6 4 m g l - 1 5 8 4 m g l 1 之间，处理后泥饼含水率则在4 1 2 5 7 1 之间。三类淤泥药剂用量相差不大。处理后淤泥上清液化学需氧量( c o d e ，) 随药剂用量递增变化的一般规律是均里先减后增趋势，对应的透过率则成锯齿折线 状，先增后减：上清c o d e , 最低点往往不是形成絮团较大的絮凝剂最佳用量点，总比 这个最佳点c o d 。的值低少许。随着药剂用量的递增，阳、非离子药剂的z e t a 电位 递增，阴离子的递减。 由此可知，阴、阳、非离子药剂均可用于淤泥絮凝脱水，且就形成较佳絮团的 药剂用量而言，较高特征黏度的阴离子絮凝剂有一定优势；而且降低滤饼含水率从 处理后淤泥含水率上比较，某些阳离子絮凝剂和进口阳离子药剂有一定优势，能从 较大程度上降低淤泥运输成本和堆放体积。 絮凝后淤泥中残留p d a 的降解程度评价研究结果表明：絮凝后的淤泥经数天常 温保湿降解后，其1 悬浮液浊度升高，透过率降低，显微拍照显示泥样与水层的排 布结构由水包裹大块淤泥颗粒的状况变成泥水混和成糊的状况。在相同保湿降解环 境下，内河和湖泊淤泥原泥的1 悬浮液的浊度和透过率稍有变化，随着放置时问的 硕士论文有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 递增，浊度降低，透过率升高，变化幅度较大；而港口淤泥的这两个参数的变化不 很职显，幅度较小。经约2 0 天降解放星后，内河和湖泊絮凝淤泥的1 悬浮液浊度 与淤泥原泥的对应值趋于相近值，两者的透过率也趋于相近值，而港口絮凝淤泥1 悬浮液与其原泥的对应值无明显趋近迹象。由此可知，六个典型地域淤泥中絮凝 剂在常温保湿条件下均可降解，内河和湖泊淤泥中絮凝剂降解较快，常温条件下， 一般三个星期就可视为降解完全，港口淤泥中药剂降解较慢，降解时间较长，三个 星期基本不降解。 此研究工作结果可为清淤工程中的淤泥，尤其是浮淤絮凝脱水工艺和絮凝剂选 择浔题提供一定的参考，并为絮凝处理后淤泥的资源化再利用提供一定的指导性建 议。 关键词：淤泥脱水，絮凝剂，离子性质，特征黏度，絮团尺寸，含水率， c o d c ，z e t a 电位，浊度 n 硕士论文有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 a b s t r a c t d e h y d r a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ff l o c e u l a n t sw i t hd i f f e r e n ti o n i cp r o p e r t ya n di n t r i n s i c v i s c o s i t yi nt h ed e h y d r a t i o np r o c e s s e so fs l u d g ef r o ms i xd i f f e r e n tr e p r e s e n t a t i v ea r e a si n j i a n g s up r o v i n c ea n dt h ee v a l u a t i n gm e t h o do nd e c o m p o s i n go fp d af l o c c u l a n t si n s l u d g ed e h y d r a t e dw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r b yu s i n gs y n t h e t i ca n dc o m m e r c i a lc o p o l ya e r y l a m i d e0 a m ) w i mt h ec a t i o n i c n o n - i o n i ca n da n i o n i cp r o p e r t ya n dd i f f e r e n ti n t r i n s i cv i s c o s i t y , t h ee f f e c t so ft l l e i r d i f f e r e n td o s a g e so nt h es i z e so ff l o c c u l a t e s ，w a t e r - c o n t a i n i n gr a t e si nc a k e s ，c o d e r v a l u e sa n dt r a n s m i t t i o no fs u p p e rl e a k a g ew e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l a tt h e8 a l l l et i m e ， b yu s i n gt u r b i d i t yv a l u e ，t r a n s m i t t i o no fs u p p e rl e a k a g ea n dm i c r o s c o p ep h o t o g r a p h , t h e d e c o m p o s i n gp o s s i b i l i t ya n ds p e e d o ff l o c c u l a n tr e s i d u ai ns l u d g ew e r es t u d i e d t h ee x p e r i m e n t a lm s l l l t si n d i c a t e d ：f l o c c u l a n t sw i t hd i f f e r e n ti o n i cp r o p e r t ya n d i n t r i n s i cv i s c o s i t y , w h i c hw e l ea p p l i e dt r e a t i n gt h es l u d g ef r o md i f f e r e n tr e p r e s e n t a t i v e f l l - e a 5a l le f f e c t i v e ，b u tt h ed o s a g e su s e da n dt h ew a t e r - c o n t a i n i n gr a t e si nc a k e so f f o r m i n go p t i m u ms i z eo f f l o c c u l a t ew e r ed i f f e r e n t w h e nt h es l u d g ec o n t a i n i n gl o ww a t e r , s u c ha s9 0 ，w a sf l o c c u l a t e d ，t h ed o s a g e s u s e di no p t i m u ms i z eo ff l o c c u l a t ea n dt h ew a t e r - c o n t a i n i n gr a t e so fc a k e sf o rt h es l u d g e f r o mr i v e r sa n dl a k e sw e r ei nt h er a n g eo f3 5 0 m g 。l 6 4 0 m g l a n d4 7 0 7 4 0 r e s p e c t i v e l y , b u tt h ed o s a g e sa n dt h er a t e sf o rf r o mt h o s eh a r b o r sw e r e8 5 0 r a g l 1 1 2 0 0 r a g l f la n d4 1 0 5 7 o r e s p e c t i v e l y w h e nt h es l u d g ec o n t a i n i n gh i g h e rw a t e r , s u c ha s9 5 ，w a sf l o c c u l a t e dt h ed o s a g e su s e di no p t i m u ms i z eo ff l o c c u l a t e da n dt h e w a t e r - c o n t a i n i n gr a t e so fc a k e sf o rt h es l u d g ef r o mr i v e r sa n dl a k e sw e r ei n t h er a n g e o f 5 2 $ m g l - 3 1 6 $ m g l - 1 a n d4 7 g 7 1 1 r e s p e c t i v e l y , b u tt h ed o s a g e sa n dt h er a t e s f o rt h o s ef r o mh a r b o r sw e l e2 6 4 r a g l - 1 1 5 8 4 m g l a n d4 1 2 5 7 1r e s p e c t i v e l y a f t e rf l o c c u l a t i o nb yd i f f e r e n ti o n i cp r o p e r t ya n di n t r i n s i cv i s c o s i t y ；c o d c rv a l u e so f s u p p e rl e a k a g ed e c r e a s e df i r s t ，t h e ni n c r e a s e da si n c r e a s i n go ft h ed i f f e r e n tf l o c c u l a n t s d o s a g e s b u tt h et r a n s m i s s i o no fs u p p e rl e a k a g ei n c r e a s e df i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d ， c o r r e s p o n d i n g l y n 圮c o d e rv a l u eo ff o r m i n go p t i m u l t is i z eo ff l o c c u l a t ew a sm o l et h a n t h el o w e s tv a l u ei nt h ee u l v eo fc o d c rv a l u e z e t ap o t e n t i a lo ft h es u p p e rl e a k a g e i n c r e a s e da f t e rf l o c c u l a t e db yc p a ma n dn p a m ，b u td e c r e a s e db ya p a m i ng e n e r a l ， f o rc p ：a m 、a p a ma n dn p a m t h e ya l lc o u l db eu s e di ns l u d g ed e h y d r a t i o n 硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 f o rt h ep u r p o s e so ff o r m i n go p t i m u ms i z eo ff l o c c u l a t ea n df o ro b t a i n i n gl o w e s t w a t e r - c o n t a i n i n gm t e so fc a k e s ，a p a ma n dc p a m h a dt h e i rs u p e r i o r i t yb e t t e rt h a nt h e o t h e r s ，r e s p e c t i v e l y s p e c i a l l y , t h el o ww a t e r - c o n t a i n i n gr a t e s o fc a k e sp l a y e da l l i m p o r t a n tr o l ei nd e c r e 嬲i n gt h ec o s to f t r a n s p o r ta n dt h es m c k l n gv o l u m e t h er e s u l t sf r o mt h er e s e a r c ho np r o c e s s e so ff l o c c u l a n td e c o m p o s i n gi ns l u d g e f l o c c u l a t e da n do ni t se v m u a t i n gm e t h o di n d i c a t e dt h a t ：t u r b i d i t yo ft h es u s p e u s i o nl i q u i d c o n t a i n i n gl b yw c i g h to ff l o c c u l a t e ds l u d g ew h i c h h a dd e g r a d e da tr o o mt e m p e r a t u r e f o rs e v e r a ld a y si n c r e a s e d ，w h i l ei t st r a n s m i s s i o nr a t ef e l l d o w n p h e n o m e n ai n p h o t o m i c r o g r a p hs h o w e dt h a tl a r g ep a n i c l e so fs l u d g ea f t e rf l o c c u l a t e dw a ss u r r o u n d e d b yw a t e ra n dt h e nt u r n e di n t oak i n do fp a s t ea f t e rd e g r a d e d w h e nu n d e rt h es a l t l e d e g r a d i n gc o n d i t i o n , t u r b i d i t ya n dt r a n s m i s s i o nr a t e f o rt h es u s p e n s i o nl i q u i do ft h e s l u d g ef r o mr i v e r sa n dl a k e sc h a n g ea l i t t l ea tf i r 啦t h e nt h et u r b i d i t yr e d u c e dg r a d u a l l y w h i l et h et r a n s m i s s i o nr a t ei n c r e a s e dw i t ht h et i m ei n c r e a s i n g b u tf o rt h es l u d g ef r o m h a r b o r s 卸嬲t h et u r b i d i t ya n dt r a n s m i s s i o nr a t ec h a n g e di n a p p a r e n t l y i tc a nb e c o n c l u d e dt h a ta ho ft h ef l o c c u l a n t sw h i c hw a t eu s e df o rt h et r e a t m e n to fs l u d g ef r o m s u c hs i xt y p i c a la r e a sc o u l dd e g r a d e n 地f l o c c u l a n t su s e di ns l u d g ef r o mr i v e r sa n dl a k e s d e g r a d e dq u i c k l y , a n du n d e rr o o mt e m p e r a t u r e ，t h r e ew e e k sw e r en e e d e df o rf i l l l y d e g r a d a t i o n h o w e v e r , f l o c e u l a n t su s e df o rs l u d g ef r o mh a r b o r sd e g r a d e ds l o w l ya n dt h e w h o l cp r o c e s sw o u l dc o s tf o rm o r et h a nt h r e ew e e k s t h e s er e s e a r c hr e s u l t sc o u l dg i v eo u ts o m ep r o p o s e so np r o c c s so fs l u d g e d e h y d r a t i o n , a n db eh e l p f u lt os e l e c tp r o p e rf l o c c u l a n t sa n dt ou s es l u d g ea sar e s o u r c ei n m o d e ms l u d g ec l e a n i n g u pp r o j e c t k e y w o r d s ：s l u d g ed e h y d r a t i o n ，f l o c c u l a n t , i o n i cp r o p e r t y , i n t r i n s i cv i s c o s i t y , t h es i z e so ff l o c c u l a t e s ，w a t e r - c o n t a i n i n gr a t e ，c o d c r ，z e t ap o t e n t i a l ， t u r b i d i t y i v 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：乏叁龃冲。7 月0 7 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： o 唧年哆月穷日 硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 1 绪论 随着工农业的迅速发展和城市化进程的加速，我国部分地区水体环境状况急剧 恶化，不少河道、航道已沦为藏污纳垢的下水道，以致污染和淤积日益成为社会性 公害。河道、航道的淤积引发了一系列环境隐患：( 1 ) 灌溉、排涝、航运、旅游 等诸多功能衰落，如1 9 9 8 年洪涝灾害严重，洪水大、影响范围广、持续时间长。 全国共有2 9 个省( 自治区、直辖市) 遭受了不同程度的洪涝灾害。据各省统计， 农田受灾面积2 2 2 9 万公顷( 3 3 4 亿亩) ，成灾面积1 3 7 8 万公顷( 2 0 7 亿亩) ，死 亡4 1 5 0 人，倒塌房屋6 8 5 万间，直接经济损失2 5 5 1 亿元。江西、湖南、湖北、黑 龙江、内蒙古、吉林等省( 区) 受灾最重【”。( 2 ) 水质反复受到还原性污染，据对 部分河流的水生生物学和环境医学调查，水域生态系统已遭严重破坏，生物多样性 指标趋于零。( 3 ) 沿岸居民健康也己受到影响，免疫功能趋于下降。同时，由于 水资源匮乏，过量开采地下水而危及了地质环境的自然平衡，根据国家第2 期1 等 水准网复测结果，近1 0 多年来，嘉兴一带以2 0 3 0 m ma - 1 速率下沉，累计已达 8 0 0 m m t l l 。而地表下沉，复又加剧河道淤塞和污染，两者已显现恶性循环，行将使 今后的生态环境加速趋向恶化。 近日，江苏省无锡城区部分自来水用户受到“臭水”影响，有专家称全球变暖是 太湖蓝藻提前暴发主因，但也有人认为，长期以来太湖流域污染治理和排污措施不 利才是根本原因。有文献表明 2 1 ，底泥对于太湖藻类的生长产生较大影响。由此可 见，开展我国河航道清淤治本及相关问题的研究势在必行。 中国疏浚业历史悠久，已有1 0 0 多年的历史，今天中国的疏浚能力已位居世界 前列，主要疏浚力量分布在交通、水利等部门。经过3 0 多年的发展至今，我国有 大小疏浚企业近百家，随着港口、航道、农田水利及沿海城市建设的发展，这些疏 浚企业在国内从事着港口航道疏浚及治理、江河湖泊治理、水利设施、农田水利、 水库建设和维护、国防工程建设、环境保护疏浚、吹填造地、建材开发、采矿等事 业，疏浚业已成为我国经济建设和社会发展的非常重要的行业。 环保疏浚是近年新兴的产业，所谓的清淤疏浚是对河道、航道罩的淤泥进行处 理。淤泥是以含水铝硅酸盐为主的各种矿物的混合物，是一种资源量丰富和可以大 规模开发利用的新类型矿产资源。面对目益恶化的环境，如何在疏浚中注意环保问 题和如何利用疏浚手段改善环境成为中国疏浚业面临的非常重要的课题。 硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 1 1 淤泥 1 1 1 淤泥成因及其类型阁 淤泥可分为自然与人工两成因类型。 ( 1 ) 自然成因类型即流水搬运作用形成的各种淤泥。 包括有： a 海岸带淤泥：沉积于非基岩海岸河口一带与海岸线大致平行的淤泥即海岸滩 涂带淤泥。 b 河流淤泥：在平原区由于河流流速变缓而沉积于河床中的淤泥。 c 湖泊淤泥：河流搬运的粘土在流入湖泊时因流速变缓而沉积于湖泊中的淤 泥。 d 沼泽淤泥：湖泊萎缩、湖水变浅或干涸过程中形成的淤泥，即沼泽化形成的 泥。 e 泻湖淤泥：封闭或半封闭的海湾形成的淤泥，是海岸带淤泥的变种。 ( 2 ) 人工淤泥即人类生产或建设活动中形成的淤泥。 包括有： a 围湖造田淤泥：围湖造田中从外地人工搬运来的土质形成的淤泥。 b 城市阴沟淤泥：城市或工矿企业排污系统中形成的淤泥，即阴沟淤泥。 1 1 2 淤泥成分 淤泥是天然含水量大于液限，天然空隙比大于等于1 5 的粘性土。是一种由有 机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，包括混入生活 污水或工矿废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝固絮状各种胶体、 有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌虫卵等物质的综合固体物质 3 】。 由于含有病原菌、寄生虫( 卵) 、重金属及其某些难降解的有枫毒物，淤泥具 有较强的污染性，如果处置不当，极可能广泛传播污染。首先，淤泥含水率极高， 除了一部分自然蒸发到空气中外，大部分将渗入地表土层，并在雨水的冲刷下进入 地表水系统或影响地下水，淤泥中的污染物将随之进行传播；其次，没有进行卫生 化的淤泥进入农田会造成土壤、作物的重金属等污染，可能直接威胁人类的食物链： 再次，淤泥散发恶臭，可能影响相当大区域特别是城市的环境状况1 4 】。 2 硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 1 1 3 国内外淤泥脱水处理方法研究现状 1 1 3 1 国外淤泥脱水处理方法 国外发达国家环境意识特别强，非常重视城市环保清淤和淤泥的脱水处理，以 及对脱水后淤泥的综合利用进行了广泛深入的研究，并形成产业。 国外淤泥脱水方法大致有以下几种【习： a 中固化处理：此方法是在加气助送技术的基础上，用空气压缩机加入固 化材料( 凝聚剂) ，加气压送，输泥管中的淤泥，被加入的凝聚剂逐步固化，达到 脱水的目的。借助膨胀空气的力量，将管中的淤泥徐徐前移，送至排泥场。 b 分级压榨脱水：清淤设备清出的淤泥，通过泥沙分离装置进行分筛，分离出 的砂石可有效利用，在分离出的泥水中加入固化剂，再进行高压压榨脱水。 c 移动式连续脱水：将淤泥脱水装置安放在车辆或船泊上，设备具可移动性。 淤泥连续进入凝集沉淀槽，在凝集沉淀槽中加入无害凝集剂，再进行真空脱水，进 行灭菌热处理后，及时转运，且水达标到排放要求。 d 高压脱水：此方法为连续式脱水，处理能力强，适应范围广。其流程为：在 淤泥中加入高分子凝聚剂，进入造粒机中进行一次脱水( 低压) ，再进行二次脱水 ( 高压) 。 同时应运而生的还有淤泥脱水设备的不断推陈出新，早期就有相关研究【6 。例 如，美国一家老牌环保产品研制公司推出的设备可以在水上或陆上随绞吸式疏浚船 同步运作，应用强力离心器( c y c l o n e ) 和高频振动筛循环作业实现高效脱水，其脱水 处理能力为3 5 0 4 0 0 m 3 h ，脱水率可高达5 0 以上。主机功率为2 0 0 k w 的柴油机， 正常运行情况下能耗6 1 b h 1 ，以0 1 4 美元l 计，每m 3 ( 流量) 污泥脱水处理成本约 为0 1 美元l s j 。 1 1 3 2 国内淤泥脱水处理方法 目前，国内清淤( 疏浚吹填) 行业中对淤泥的处理方法主要是采取堆泥场的方 式，具体的做法是1 5 】： a 铺设底滤料层：在吹填土表面铺设一层3 0 0 9 m 。2 无纺布和一层竹片笆，然后人 工推运粉煤灰滤料； b 排水管网施- 1 - = 排水管网系统由集水井( 砖砌结构) 多级管道、塑料排水管和 机泵( 潜水泵) 组成，在垂直方向设置梅花点排列的竖向滤层集水井； c 自然脱水：堆积在堆泥场的淤泥经自然风干脱水，水过滤后经排水管流入集水 井，机泵( 潜水泵) 将水抽入水处理池； d 水质处理排放：将水处理池中的水进行水质处理，使其达到排放标准，达标后 再排放回水库、湖泊、河道、沟渠等。 硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 淤泥的远距离输送则通常采用接力排泥方式：即用两台或两台以上的清淤设备进 行接力排泥，淤泥堆放至地处城郊偏僻的地方，这种方法要求堆泥场面积充足、地基 渗透性强，采取自然风干脱水方式。并对淤泥进行掩埋或转运，减少对环境的污染。 这种淤泥脱水的方法均脱水时间长，占地面积大。对于城市湖泊环境清淤，因场 地有限，周边排泥场地无法落实，城市湖泊作为人们休闲、旅游的活动场所，周围亦 不容许淤泥长期堆放，污染城市环境。该方法操作的难度很大，脱水效果不很理想。 因排泥场的质量问题，造成清淤设备的时常停机，影响进度是很普遍的。 对于用高分子凝聚剂用于淤泥的脱水处理，国内还未见相关报道。 1 1 4 国内外淤泥资源化利用、处理处置现状 1 1 4 1 国内淤泥资源化利用现状 我国淤泥处理的研究正处在探索、起步阶段。不过通过不断地研究和探索，疏 浚弃土的问题已初步得到解决，最常见的淤泥利用具体方法主要有： ( 1 ) 制砖【9 1 ：湖泊( 河道) 淤泥是淤积而成的以含水铝硅酸盐为主的各种矿物 的混合物。湖泊( 河道) 淤泥具有颗粒微细、含砂量少、可塑性高、结合力强、干 燥敏感性和收缩率较大等特点，是生产粉煤灰空心砖的最佳原料。利用湖泊( 河道) 淤泥生产粉煤灰空心砖，具有原料来源广、易开采、产品容重轻、强度高、节能省 料、不损耕地、降低河床、减少水灾等优越性，发展前景广阔。其工艺可简要划分 为【1 川： 挖河泥一堆放一进料一原料土加工一制砖坯一晾晒砖坯 上 销售一入库一制成成品砖一烧砖坯 ( 2 ) “固化”技术、经济环保【1 1 】：将己成为垃圾的疏浚淤泥加入另一种废弃 物包装用泡沫塑料，经处理变为新的土工材料一疏浚泥废弃泡沫塑料轻质填土， 既减少垃圾，又解决了环境污染问题。同时作为填土可保护大量农田，具有较强的 社会经济效益，并且具有质量好、施工方便、造价低等优点。 ( 3 ) 采用湿式干烧法制成水泥【1 2 j ：着淤泥的化学成分相对稳定，并近似于粘 土原料，且粒度又细小，可作为水泥生产的粘土替代原料。 ( 4 ) 淤泥用于美容行业【1 3 j ：如今，上海等大城市的一些美容院，也用雅奇丽 矿物粘土面膜做皮肤护理。早在五十年代初，我国的一些疗养院和大医院就开始应 用泥浴治疗一些慢性病，疗效显著，是一般药物不可比拟的，应用泥浴美容和健美 减肥，则是近年才开展的。 ( 5 ) 作为复合肥料【1 4 1 ：淤泥中富含氮、磷、钾元素，是一种很好的有机肥料。 在河道疏浚中，可把河泥稀释，过滤，再用泥浆泵直接输送到稻田里。进行肥田沃土， 4 硕士论文有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 既可有效解决大量弃土，又可降低疏浚成本。同时可用于城市园林绿地的建设。其用 途主要包括市政绿化( 林地、草地) 、花卉及育苗基质，甚至市郊果园、菜地等等。 我国是世界上的淤泥资源大国，发展淤泥回收，综合利用大有可为。 为此我国理论与实践科技工作者做了很多工作。以太湖为例，其面积2 3 3 8 平方千 米，河床淤积了大约1 0 0 万吨可作为氮肥的淤泥和7 5 万吨可作为磷肥的淤泥。陈荷生 等人对太湖底泥疏浚嗍、生态疏浚技术作了初步研究u 6 】：范成新等人对太湖底泥蓄 积量进行了估算并对其分布特征进行相关探讨1 1 7 】：曾瑞胜等人对浙江省河道淤泥处理 技术进行了探讨1 18 】；董永发等人对浙闽地区淤泥质港湾的沉积特征的分析探讨1 1 9 j 。 我国一些企业和单位都在研究开发淤泥资源化利用的新思路、新方法，并着力找 出淤泥脱水干缩技术与设纠2 0 1 ，引进国外先进技术进行进一步的改造和发展，依靠科 技进步，实现清淤工程产业化1 2 “。 1 1 a 2 国外淤泥的资源化处理处置现状 国外淤泥的加工工艺非常成熟，淤泥的利用非常广泛，不仅可以用来铺路，还 可以制成燃料、发电发热等，国外有很多相关研究 2 2 - 2 6 】。特别地，淤泥在近些年来 也受到了广大爱美人士的青睐。用泥浴美容和保健健美、减肥，在国外已成为时尚 新潮。如以色列的死海区域盛产矿物盐和矿物淤泥【2 7 l ，当地的一些医学机构和许多 美容院，利用这些天然的矿物质进行治疗保健和美容，颇受人们的欢迎，每年吸引 着成千万的旅游观光者来这儿休假疗养和美容。世界各国如希腊和意大利等，也 都开展了泥浴美容，很受美容者的青睐。法国的雅奇丽公司开发了一系列的矿物粘 土为主的天然护肤用品，很快风靡欧洲i 加拿大、日本等国，并掀起“矿物粘土” 美容热1 。 英国、荷兰、法国、瑞典和澳大利亚等国家早在8 0 年代末就开始以淤泥为主 要原料制成高效净化燃料，其热值比普遍褐煤高出3 0 ，而且燃烧过程中不会排放 出有害气体。德国目前已有5 家淤泥收集处理厂，每年处理淤泥3 0 0 万吨。 日本还用淤泥生产高级建筑材料，因为以淤泥为主要原料制成的砖块透气性好，重 量轻，色彩丰富，很适宜用于建筑物的装饰材料。如将其制成人行道铺块，耐水可 直接渗入地下，减轻下水道排水不畅而造成积水现象。上个世纪9 0 年代，东京市 淤泥的日平均处理量为1 1 8 5 万m 3 ，目前淤泥饼已用作东京湾的填海材料。这种用 途的淤泥应先稠化、脱水，再在化污池中贮存2 0 天，并保持一定温度以促进淤泥 中有机物的分解，最后燃烧氧化和煅烧成填海材料。从1 9 9 4 年起，日本开始进出 口各种淤泥建筑材料，产品很快成为国际市场的畅销货。自1 9 9 8 年起，日本开始 生产淤泥生态水泥，成本仅为普通水泥的3 4 ，而且凝固速度更快。1 9 9 9 年6 月， 日本研制成功淤泥结晶玻璃，该玻璃是建筑物优良的装饰材料郾j 。 美国处理淤泥的方法是在淤泥中掺入一种粗晶体物质，将其均匀地加热，送入 硕士论文有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 旋转滚筒，经干燥处理后制成粒状，其成分中含有丰富的氮、磷等是理想的肥料， 整个处理过程在封闭容器中进行，对环境无污染。加拿大从1 9 9 1 年起在国内5 家 电厂推广淤泥燃料，目前处理每吨淤泥的成本已由初期的3 4 美元降至1 5 荚元，每 吨淤泥可发电8 0 0 千瓦时，加拿大多伦多一家公司1 9 9 6 年利用淤泥为原料开发出 粒状、块状燃料，主要供居民野炊、野外考古勘查人员和军方使用，燃料质轻，便 于携带，燃烧时无臭无味，灰渣极少。因此这种燃料使该公司2 0 0 1 年获利1 5 0 0 力 美元，2 0 0 2 年增至1 7 0 0 万美元圆。 除此之外，淤泥还作为一种资源，被广泛的应用于服饰用品，公益用品、花盆、 建材、肥料等诸多领域。 1 2 污泥 1 2 1 污泥定义及其类型l 同样可知，污泥是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。 由于各类污泥的性质变化较大，分类是非常必要的，其处理和处置也是不尽相 同的。根据其来源，可以划分为： a 市政污泥( 也叫排水污泥) ，主要指来自污水厂的污泥，这是数量最大的一类 污泥。此外，自来水厂的污泥也来自市政设施，可以归入这一类。 b 管网污泥，来自排水收集系统的污泥。 c 河湖淤泥，来自江河、湖泊的淤泥。 d 工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、有机质的 混合物。 在非特指环境下，污泥一般指市政排水污泥。 1 2 2 污泥成分及处理现状 污泥是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。通常污泥中既包含有植物 生长发育所需的矿物盐( 如氮、磷、钾、镁、硫、钙等基本元素) 和维持植物正常 生长用的多种微量元素( 如铁、锰、锌、铜、硼、钼) 以及沙等无机成分，还包括 病原菌( 如沙门氏菌、痢疾菌) 、肠道病毒( 如脊髓灰质炎病毒、肝炎病毒、柯萨 奇病毒、轮状病毒) 、寄生生物( 如蛔虫、鞭虫、内阿米巴虫) 以及部分有毒的或 难降解的有机化合物等有机成分 2 9 1 。 为大家所熟知的是从污水处理厂排出的污泥，由于含水量高，体积庞大，且易腐 败发臭，不利于运输和处置，所以常常需要进行脱水，这样可以降低污泥的含水率， 减小污泥的体积，降低运输成本，浓缩后污泥可利用物质的含量增加( 如农用的肥分、 6 硕士论文 有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 焚烧的热值等) ，且利于污泥的后续处置和利用。 常用的脱水方法有自然干燥和机械脱水两种。自然干燥是利用自然力量( 如太阳 能) 将污泥脱水干化的一种常用的方式。传统上常用的是污泥干化床。该方法适用于 气候比较干燥、占地不紧张以及环境卫生条件允许的地区。机械脱水是目前世界各国 普遍采用的方法。常用的脱水机械有真空过滤杌、板框压滤机、带式压滤机和离心机。 在污泥进行机械脱水前，通常需要加入一定量的调理剂以改变污泥的脱水性能。调理 剂，也称为絮凝剂。它们通常为一些无机盐类( 如铁盐、铝盐、石灰等) 或有机聚合 物，常用的有机聚合物是高聚合度的聚丙烯酰胺系列。根据含有不同的官能团离解后 粒子的带电情况，可以将之分为阳离子型、阴离子型、非离子型3 大类有机高分予絮 凝剂，它主要是对已脱稳的凝聚颗粒起吸附架桥作用，从而使其快速形成大的絮体， 易于分离。 丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂以其分子量高，絮凝架桥能力强而显示出在水 处理中的优越性。例如二甲基二烯丙基氯化铵( d m d a a c ) 与丙烯酰胺( 舢v i ) 共聚物 ( p d a ) 属于高分子水溶性阳离子絮凝剂，是一类新型、精细、功能性的水溶性阳离 子聚合物。其化学结构1 3 0 通常表示如下； 一 哭 书旷譬叶i 霹_ 专书旷霉水啦砖尹) 丧争 h ：= ：；南9 1 3 高分子材料的自然降解研究现状 有关研究【3 5 1 表明，高分子材料的自然降解包括生物降解和非生物降解两大类， 非生物降解又包括光降解、热降解、氧化降解、水解等。生物降解高分子是指通过 自然界或添加的微生物的化学作用，将高分子物质分解成小分子化合物，再进入自 7 硕士论文有机高分子絮凝荆用于淤泥脱水初步研究 然的循环过程。它是通过微生物及其分泌产物酶的作用或化学分解反应而发生 的，微生物在吞食、消化高分子的过程中产生机械、化学( 或酶解) 作用而破坏大 分子的化学结构。 高分子材料的自然降解受环境因素的影响，具有多样性和多变性。降解试样 置于自然气候环境下，要经受日光、温度、氧、水、污染物质( 尤指工业废气) 、 微生物、昆虫和动物，以及机械力( 风、砂、雨) 等气候及外力因素的综合作用。 【3 6 】 生物降解过程是个复杂的过程，试验评价困难。对高分予材料的生物降解性能的 试验评价，各国都有不同的方法，如美国a s t m 、国际上的i s o 、德国的d i n 等p 刀。 当然，生物降解的评价方法也因试验标准的不同而有差异，但其判据有相似之处，可 归纳如下m j ： ( 1 ) 重量依据：依据一定的试验标准，测定试样在试验前后的重量变化，这一 方法不能准确反映生物降解情况，因为不能排除试验过程中因碎片脱落而造成的重量 损失。 ( 2 ) 力学性能依据：测试试验前后力学性能的变化，但同样不能准确判断生物 降解情况。 ( 3 ) 结构变化：借助于红外光谱、核磁共振、x 射线衍射、光电子能谱等手 段，检测试验前后试样表面结构的变化，这种方法在生物降解的初始阶段是比较有效 的。 ( 4 ) 分解产物的检测：检测过程中氧气的消耗量或c 0 2 的排放量，可以直接反 映生物分解的代谢产物，但不能追踪试验过程的中间产物。 因而不断有学者做相关研究，如杨惠娣、唐赛珍【3 8 】的降解塑料评价方法探讨，孙 宪会、王东黎l ”】的新型快餐饭盒降解性能的试验，以及国外学者的羊毛洗涤废水淤泥 堆肥过程中壬基苯酚乙氧基化物的降解研究f 4 0 l 。 作为高分子材料中的一类，聚丙烯酰胺系列絮凝剂是目前污泥脱水处理中使用较 为广泛的，从环境保护的角度，需要了解它对环境的影响。 聚丙烯酰胺( p o l y s e r y l a m i d e ) 简称p a m ，俗称絮凝剂或凝聚剂，分子式为： c h 2 c h ( c o n h 2 ) n ，是线状高分子聚合物，分子量在4 0 0 2 0 0 0 万之间，固体产品外 观为白色或略带黄色粉末，液态为无色粘稠胶体状，易溶于水，温度超过1 2 0 时易 分解1 2 9 】。有文献报道【4 ，国外研究者发现p a m 的降解产物可作为细菌生命活动的营 养物质，反过来营养物质又会促进p a m 的降解。黄峰等】从中原油田取样的污水中 培养出的硫酸盐还原菌，可在聚合物驱油中生长繁殖并使p a m 发生降解；当接种的 菌量为3 1 6 1 0 6 个，温度为3 0 c 时，恒温7 d ，1 0 0 0 m g l 1 的h p a m 溶液的粘度损失达 1 9 6 。研究表明，菌体接种量的大小、溶液的p h 值及菌种在p a m 溶液中的活化次数 8 硕士论文有机高分子絮凝剂用于淤泥脱水初步研究 对p a m 的降解均有影响。 关于结构较稳定的阳离子高分子絮凝剂p d a 的降解。目前国内还未见文献报道。 1 4 研究问题的提出 1 4 1 清淤工程中存在问题及解决思路 由上述可知，淤泥清淤是将河道、湖泊等的淤泥从水底切削、收集、抽取、输送 至特定的地区，集中进行环保处理的全过程。城市淤泥中生活垃圾，建筑垃圾堆积成 山，湖底蕴藏大量的沼气、毒气、臭气，甚至带有重金属等有害污染物质。如何进行 环保清淤，清出的淤泥如何处理，是当今国际社会都在探讨的问题，如果某个环节处 理不好，清淤工程将带来严重的大面积的二次污染，后果不堪设想。环保清淤过程中 淤泥通常以低于4 0 的浓度进行输送，因此，如何迅速的使淤泥微粒沉淀、凝固，实 现淤泥的迅速脱水，以减少大量水分在输送、回流、处理时所耗费的无用功和高昂代 价。同时最大限度地减少二次污染，淤泥脱水处理是环保清淤工程中的关键一环。 值得注意的是，受污染淤泥的琉浚是水体综合整治的一个重要组成部分；相当部 分河航道底泥的污染特征表现为受有机物和重金属双重污染 4 2 a 3 ，且两类污染物同时 富集于表层浮泥中，由于其有机质含量高、颗粒物密度较小、沉积疏松，故此层浮泥 多呈现较强的流动性，给该类淤泥的清淤疏浚及处理带来诸多困难。 务 目前，急需脱水处理的一般是河、湖、港口等结块淤泥表面浮淤层( 包括浮泥和 流泥) 和水枪喷射式挖掘处理淤泥。浮淤层，主要是前期开挖形成的。在没有流速的 水域，开挖时扰动所形成的浮泥无法被水流带走，始终沉积或回淤在开挖区内，开挖 船一走后即形成浮淤层，其间夹杂有少量小石块等杂物。水枪喷射式挖泥是指用高压 水枪喷射出的水柱冲起的