（应用化学专业论文）絮凝淤泥中絮凝剂降解的初步研究.pdf

摘要 淤泥中絮凝剂降解的初步研究 摘要 本文对絮凝淤泥中絮凝剂p d a 降解行为进行了初步研究。 通过测定放置不同时间后的絮凝淤泥与原泥的泥水混合液上清液的浊度与透过率， 考察了冬春两季室内外环境下紫霞湖泥经p d a 絮凝后的絮凝泥中絮凝剂的降解情况。 结果表明，在冬天，实验天数达到7 6 天时，室内环境下絮凝泥泥水混合液上清液浊度 值由9 4 2 n t u 上升到6 4 5 n t u ，增加了6 8 5 倍。透过率值由9 2 3 下降到6 0 9 ，为初 始值的6 5 3 。野外环境下絮凝泥泥水混合液上清液浊度值由1 8 1 n t u 上升到6 7 1 n t u ， 增加了3 7 1 倍。透过率值由7 9 0 下降到6 1 6 ，为初始值的7 7 9 。之后随着放置时 间的延长，在第7 6 天到第1 3 2 天时间内，室内与野外絮凝泥泥水混合液上清液浊度变 化幅度在1 6 范围之内，絮凝泥泥水混合液上清液透过率变化幅度在1 7 范围之内。 春季，实验天数达到5 0 天时，室内环境下絮凝泥泥水混合液上清液浊度值由 1 5 5 n t u 上升到8 8 9 n t u ，增加了5 7 3 倍。透过率由8 9 5 下降到3 7 6 ，为初始值的 4 2 o 。野外环境下絮凝泥泥水混合液上清液浊度值由1 5 5 n t u 上升到8 5 6 n t u ，增加 了5 4 5 倍。透过率由8 9 5 下降到3 8 7 ，为初始值的4 2 2 。 对照模拟实验结果，推测冬季指定时间内絮凝淤泥中絮凝剂并没有完全降解；春季 室内环境下5 0 天左右淤泥中中阳离子度p d a 絮凝剂基本降解完全；春季野外环境下4 0 天左右淤泥中中阳离子度p d a 絮凝剂基本降解完全。 关键词：脱水，絮凝剂，离子性质，特征黏度，絮团尺寸，含水率，c o d ，z e t a 电位， 浊度，聚二甲基二烯丙基氯化铵 a b s t r a c t硕士学位论文 a b s t r a c t 1 1 1 ep r i m a r yr e s e a r c ho nd e c o m p o s i t i o no ff l o c c u l a n tp d ai nt h ef l o c c u l a t e ds l u d g ew a s c a r r i e do u ti nt h i sp a p e r b ym e a s u r i n gt h et u r b i d i t ya n dt r a n s p a r e n c ev a l u eo f t h ef l o c c u l a t e da n do r i g i n i a ls l u d g eo f d i f f e r e n td e c o m p o s i t i o nt i m e ，t h ed e c o m p o s i t i o ns i t u a t i o no ft h ef l o c c u l a n tp d ai nt h e f l o c c u l a n t e ds l u d g ew a sr e s e a r c h e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a ti nt h e7 6d a y s ，i nw i n t e r , i nr o o m e n v i r o n m e n t ，t h et u r b i d i t yv a l u eo ft h es u s p e n s i o no ft h ef l o c c u l a t e ds l u d g ei n c r e a s e df r o m 9 4 2 n t ut o6 4 5 n t ua n dt h et r a n s p a r e n c ev a l u ed e c r e a s e df r o m9 2 3 t o6 0 9 ，t h e t u r b i d i t yv a l u ew a s6 8 5t i m e st h a nt h eo r i g i n i a lt u r b i d i t yv a l u ea n dt h et r a n s p a r e n c ev a l u e w a sa b o u t6 5 3 o ft h eo r i g i n i a lt r a n s p a r e n c ev a l u e ，i nf i e l de n v i r o n m e n tt h et u r b i d i t yv a l u e o ft h es u s p e n s i o no ft h ef l o c c u l a t e ds l u d g ei n c r e a s e df r o m18 1 n t ut 06 7 1 n t ua n dt h e t r a n s p a r e n c ev a l u ed e c r e a s e df r o m7 9 0 t o6 1 6 t h et u r b i d i t yv a l u ew a s4 3 6t i m e st h a n t h eo r i g i n i a lt u r b i d i t yv a l u ea n dt h et r a n s p a r e n c ev a l u ew a sa b o u t7 7 9 o ft h eo r i g i n i a l t r a n s p a r e n c ev a l u e a f t e r7 6d a y sf r o mt h e7 6 恤d a y t ot h e13 2 耐d a y , t h er a n g eo ft u r b i d i t ya n d t r a n s p a r e n c ev a l u eo ft h es u s p e n s i o no ft h ef l o c c u l a t e ds l u d g ei nb o t hr o o me n v i r o n m e n ta n d f i e l de n v i r o n m e n tw a sw i t h i n1 6 a n d1 7 r e s p e c t i v e l y h o w e v e r ，t 1 1 er e s u l t ss h o w e dt h a ti ns p r i n gt h et u r b i d i t yv a l u eo ft h es u s p e n s i o no ft h e f l o c c u l a t e ds l u d g ei nr o o me n v i r o n m e n ti n c r e a s e df r o m15 5 n t ut 08 8 9 n t ua n dt h e t r a n s p a r e n c ev a l u ed e c r e a s e df r o m8 9 5 t o3 7 6 i nt h e5 0d a y s ，t h et u r b i d i t yv a l u ew a s a b o u t5 7 3t i m e st h a nt h a nt h eo r i g i n i a lt u r b i d i t yv a l u ea n dt h et r a n s p a r e n c ev a l u ew a sa b o u t 4 2 0 o ft h eo r i g i n i a lv a l u e t h et u r b i d i t yv a l u eo ft h es u s p e n s i o no ft h ef l o c c u l a t e ds l u d g ei n f i e l de n v k o n m e n ti n c r e a s e df r o ml5 5 n t ut o8 5 6 n t ua n dt h et r a n s p a r e n c ev a l u ed e c r e a s e d f r o m8 9 5 t 03 8 7 i nt h e4 0d a y s ，t h et u r b i d i t yv a l u ew a s5 4 5t i m e st h a nt h eo r i g i n i a l t u r b i d i t yv a l u ea n dt h et r a n s p a r e n c ev a l u ew a sa b o u t4 2 2 o ft h eo r i g i n i a lv a l u e a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i n ge x p e r i m e n tr e s u l t s ，i tc o u l db es p e c u l a t e dt h a ti nw i n t e r c o n d i t i o n sp d ai nt h ef l o c c u l a t e ds l u d g ed i dn o td e c o m p o s ec o m p l e t e l yi nt h ee x p e r i m e n t t e r ma n di n s p r i n gc o n d i t i o n sp d ai nt h e f l o c c u l a t e ds l u d g ei nr o o me n v i r o n m e n t d e c o m p o s e dc o m p l e t e l yi n5 0d a y sa n dp d a i nt h ef l o c c u l a t e ds l u d g e ，i nf i e l de n v i r o n m e n t d e c o m p o s e dc o m p l e t e l yi n4 0d a y s k e y w o r d s ：d 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 e s i z e so f f 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 ，t u r b i d i t yv a l u e ，p o l yd m d a a c - a m 声明户日i 刃 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： 芴、沫 。髟争月多e l 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：四年口6 月尹日 硕士学位论文淤泥中絮凝剂降解的初步研究 1 绪论 1 1 淤泥简介 1 1 1 淤泥定义 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【i 】。 由于含有病原菌、寄生虫( 卵) 、重金属及其某些难降解的有机毒物，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【2 】。 1 1 2 淤泥的成因及类型 淤泥可分为自然与人工两成因类型【l 】。 ( 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 3 淤泥的成分 乱河泥及湖泥的主要成分【3 4 1 ： 第1 章绪论硕士学位论文 2 是含有无机物和有机物微粒的组成体。常呈灰色、黑色、橄榄色和深浅不同的褐色。 表层为疏松的半流体状物质、水份易挥发、底部较密实。按其含无机物和某种主要物质 的成分，矿质淤泥可分为石灰质淤泥、硅土质淤泥、铁质淤泥和粘土质淤泥。有质淤泥 按其构造、分为腐泥和泥炭泥两种。成淤泥的主要物质是极微细的冲积物和植物遗体或 残留物。沉淀到湖底的物质经过生物过程和理化过程的作用，逐渐变成淤泥。 b 海泥的主要成分1 4 j ： 主要是以无机物的极细小的沙粒为主，有机物为海洋中死去的鱼类等的尸体及细菌 组成。 1 2 淤泥的脱水方法及现状 1 2 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f 5 】： 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 ，1 7 1 。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 1 ，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 l h 1 ，以o 1 4 美元l 1 计，每m 3 ( 流量) 污泥脱水处理成本约为0 1 美元1 8 1 。 1 2 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【5 】： 硕士学位论文 淤泥中絮凝剂降解的初步研究 a 铺设底滤料层：在吹填土表面铺设一层3 0 0 9 i n - 2 无纺布和一层竹片笆，然后人工 推运粉煤灰滤料； b 排水管网施工：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。 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。 1 3 淤泥的利用、处理及处置现状 1 3 1 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【9 1 2 】。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【3 j ，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，每年吸引着成千上万的旅游观光 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，加拿大、日本等国，并掀起“矿物粘土”美容热【4 l 。 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，雨水可直接渗入地 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、 3 第1 章绪论硕士学位论文 4 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1 5 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剃1 3 】。 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 美元，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15 0 0 万美元，2 0 0 2 年增至1 7 0 0 万美元 1 1 4 o 1 3 2 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 ) 制砖岣j ：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【1 4 1 。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 5 】： 挖河泥_ 堆放_ 进料- 原料土加工叶制砖坯一晾晒砖坯 上 销售卜入库卜制成成品砖卜烧砖坯 ( 2 ) “固化”技术、经济环保 1 6 ：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 刁：若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f 1 8 】：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 硕士学位论文 淤泥中絮凝剂降解的初步研究 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 9 】：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，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【2 0 】。 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【2 1 1 、生态疏浚技术作了初步研究圈；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瞄】；曾瑞胜等人对浙江省河道淤泥处理技术进行了 探讨 2 4 1 ；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【2 5 】。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 设型2 6 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 2 7 1 。 1 4 高分子物质的降解研究情况 1 4 1 国内外高分子物质的降解研究情况 有关研究1 2 8 】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 2 】生物降解过程是 个复杂的过程，试验评价困难。对高分子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【2 9 1 。当然，生物降解的评价方 法也因试验标准的不同而有差异【3 0 】，但其判据有相似之处，可归纳如下1 3 1 】： ( 1 ) 重量依据【3 2 】：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【3 3 j ：测试试验前后力学性能的变化，但同样不能准确判断生物 s 第1 章绪论硕士学位论文 6 降解情况。 ( 3 ) 结构变化【3 4 】：借助于红外光谱、核磁共振、酬线衍射、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【3 5 】：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 6 1 的降解塑料评价方法探讨，孙宪会、王东黎【3 1 1 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3 7 1 。 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【3 引，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 c 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 一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 【3 9 1 。有文献报道【4 0 1 ，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【3 l 】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 x 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 溶液中的活化次数对p a m 的降解 均有影响。 1 4 2 本组前人工作 本组2 0 0 5 级硕士黄鹃凤，通过系统查询相关文献，对淤泥的絮凝处理及淤泥中絮 凝剂的降解情况研究取得较大的进展，主要工作归纳如下【4 l 】： ( 1 ) 把污泥絮凝脱水的方法用于淤泥的处理上 国内外对于城市生活污泥脱水的处理方法已经相当成熟，但是对于淤泥的处理国内 外没有相关的方法。本组黄鹃风【4 lj 把处理污泥的絮凝脱水方法用于淤泥脱水处理上。 ( 2 ) 对于每种不同性质的淤泥筛选出最佳处理絮凝剂 对于六种不同地区的典型淤泥，筛选出最佳的絮凝剂，并且确定了最佳的投药量范 围。同时在机理上作了探索。 ( 3 ) 淤泥中絮凝剂降解程度评价指标的选取及方法的建立 经过对文献查阅及原理的了解，黄鹃x t 4 l 】测定放置不同时间絮凝淤泥、原泥水溶液 的上清液的浊度，同时辅以上清液透过率测定，使用浊度与透过率作为评价指标，来评 价淤泥中絮凝剂的降解程度。同时建立了一套完整的操作方法。 ( 4 ) 絮凝淤泥与原泥的绝干量的选取 硕士学位论文淤泥中絮凝剂降解的初步研究 为了使原泥水溶液的浊度与透过率指标与絮凝泥水溶液的浊度与透过率指标相差 明显。黄鹃风选取每份绝干泥量分别为0 2 5 9 ，o 5 9 ，l g ，1 5 9 ，2 9 的絮凝泥与原泥进行 降解实验研究。经过大量的实验研究，最终确定了原泥与絮凝淤泥的绝干含量为l g 时， 原泥水溶液的浊度与透过率指标与絮凝泥水溶液的浊度与透过率指标相差最明显。 ( 5 ) 完成夏季室内环境下四种典型淤泥中絮凝剂降解实验研究 完成了两种典型河泥与两种典型湖泥中絮凝剂市内保湿环境下降解实验的研究，并 且得出结论在2 1 天左右时间两种典型河泥与湖泥中絮凝剂降解完全的结果。 1 5 存在的问题与解决的方法 1 5 1 存在的问题 结合1 4 2 中所述的本组前人在本课题上所做的工作以及目前国内外研究者在絮凝后 淤泥中絮凝剂降解上所做的工作，目前对淤泥中絮凝剂的降解研究工作存在如下问题： ( 1 ) 在黄鹃凤【4 1 1 研究阶段冬季与春季环境下室内与野外环境下淤泥中絮凝剂的降解情 况的研究没有进行。 ( 2 ) 在黄鹃凤【4 1 1 论文中使用浊度与透过率作为衡量絮凝淤泥中絮凝剂降解程度的指标。 但是没有说明为什么可以使用浊度与透过率作为衡量指标。 ( 3 ) 由于黄鹃风【4 1 1 在絮凝脱水过程中实际使用的絮凝剂的分子结构是不同的，它们的 降解速度是否有差别。都需要研究，由于时间关系没有做组内絮凝剂与市售絮凝剂降解 速度比较实验。 1 5 2 解决问题的方法 针对以上提出的问题，本次研究采用方法如下： ( 1 ) 使用黄鹃凤建立的絮凝淤泥中絮凝剂降解程度的评价方法，对冬季与春季环境下 的，室内与野外环境下，淤泥中絮凝剂的降解情况进行研究。 ( 2 ) 使用中阳离子度不同特征黏度的p d a 对1 0 固含量的淤泥进行絮凝脱水，之后沉 淀半小时，测量上清液浊度与透过率值，来模拟絮凝淤泥中絮凝剂p d a 的降解情况。 ( 3 ) 使用黄鹃凤建立的絮凝淤泥中絮凝剂降解程度的评价方法对絮凝后残留在淤泥中 的组内p d a 絮凝剂与市售絮凝剂的降解情况进行对照研究。以比较两种絮凝剂的降解 速度的差异。 1 5 3 实验目标 ( 1 ) 了解在冬季与夏季条件下残留在淤泥中絮凝剂的降解情况为实际中淤泥的利用提 供指导作用。 7 8 第l 章绪论 硕士学位论文 ( 2 ) 由实验证明，可以使用浊度与透过率作为淤泥中絮凝剂的降解评价指标。 ( 3 ) 通过对比降解速率，来了解不同结构絮凝剂降解情况，为不同絮凝剂的使用提供 指导作用。 硕士学位论文 淤泥中絮凝剂降解的初步研究 2 原理 2 1 絮凝原理 絮凝是指胶体脱稳后聚结成大颗粒絮体的过程，在本研究中表现为淤泥泥水的分 层。其主要机理如下：压缩双电层作用机理产生凝聚、吸附电中和作用、吸附架桥作用 产生絮凝、网捕作用产生絮凝。 ( 1 ) 压缩双电层哗】 胶团双电层的构造决定了在胶粒表面处反离子的浓度最大，随着胶粒表面向外的距 离越大，则反离子浓度越低，最终与溶液中离子的浓度相等。当向溶液中投加电解质， 使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度变小。当两个胶粒相互接近时，由于扩散层厚 度减小，亏电位降低，因此它们相互排斥的力就减小了。也就是溶液中离子浓度高的胶 粒间斥力比离子浓度低的要小，胶粒间的吸附力不受水相组成的影响，但由于扩散层减 薄，它们相撞时的距离就减小了，这样相互的吸力就大了，胶粒得以迅速凝聚。 ( 2 ) 吸附电中和作用机理【4 2 】 吸附电中和作用是指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状离分子带异号电荷的 部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因 而容易与其它颗粒接近而相互吸附。 ( 3 ) 吸附架桥作用机理【4 2 】 吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒的吸附与桥连，还可理解成两个大的同 号胶粒中间由于有一个异号胶粒而连结在一起，高分子絮凝剂具有线型结构，它们具有 能与胶粒表面上某些部位起作用的化学基团，当高聚合物分子的其余伸展在溶液中可以 与另一个表面有空位的胶粒吸附，这样聚合物就起了架桥连接的作用。 ( 4 ) 沉淀物网捕机理1 4 z j 当金属盐或金属氧化物和氢氧化物作凝聚剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢 氧化物或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕，当沉淀物是带正 电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阴离子而加快。此外，水中胶粒本身可作为这些金属 氢氧化物沉淀形成的核心，所以凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒 越多，金属凝聚剂投加量越少。 本研究主要涉及的是吸附架桥和吸附电中和机理。 2 2 浊度测定原理 9 1 0 第2 章原理 硕士学位论文 浊度是衡量水质好坏的重要指标之一，水的浊度是由无机质和有机质的浮游物、泥 土、微生物等微粒悬浮物质所引起。它是用一种称作浊度计的仪器来测定的【4 3 1 。浊度计 发出光线，使之穿过一段样品，并从与入射光呈9 0 0 的方向上检测有多少光被水中的颗 粒物所散射。这种散射光测量方法称作散射法【4 1 1 。 本研究选用q z 2 0 l 散射式浊度仪( 苏州市青安仪器有限公司制造) 。 实验操作过程：将待测样品装入与浊度仪配套的盛液管中，所装样品量要高过盛液 管上所标白线位置：将装有样品的盛液管按要求放入浊度仪中，盖上遮光帽，按开始键 对样品进行浊度测试。 2 3 透过率测定原理 透过率的测定是依据透射原理来测量的【删。透过率是反映水中悬浮物质多少的指 标，悬浮物质越多由仪器所发射出来的光被水中的悬浮物质给吸收的多，而达到监测器 的光就越少。说明液体是混浊的。相反悬浮物质越少由仪器所发射出来的光被水中的悬 浮物质给吸收的少，而达到监测器的光就越多。说明液体是澄清的。 硕士学位论文淤泥中絮凝剂降解的初步研究 3 方案设计 3 1 药剂筛选实验方案设计0 4 1 1 选择出对紫霞湖底淤泥脱水的最佳组内絮凝剂与组外絮凝剂，同时建立一个系统的 淤泥絮凝脱水评价体系，来为后续的降解实验做准备，主要内容包括： ( 1 ) 泥样的选择：江苏省南京市南京理工大学紫霞湖底淤泥； ( 2 ) 絮凝剂的准备：5 种阳不同离子度和不同特征黏度的有机高分子絮凝剂； ( 3 ) 絮凝脱水实验：将淤泥配制成浓度为1 0 的泥水混合液，p d a 絮凝剂配成 浓度为o 3 的水溶液。市售药剂配制成浓度为o 1 后，进行烧杯絮凝实验； ( 4 ) 考察指标：絮凝脱水后淤泥絮团大小、滤饼含水率、滤液c o d c r 、滤液透过 率和脱水后淤泥上清液的z e t a 电位这5 个指标。 通过以上实验研究，初步了解各类性质絮凝剂对该淤泥的絮凝脱水效果，以达到一 个系统的絮凝脱水评价体系的建立。具体思路图如下： 淤泥絮凝脱水 上工 i 江苏省南京理工大学紫霞湖三种阳离子p d a 絮凝剂与 l 底淤泥 两种市售阳离子絮凝剂 上 淤泥絮凝脱水评价体系的建立 上 筛选出处理淤泥最佳组内絮凝剂与市售 絮凝剂 图3 1 1 淤泥絮凝脱水研究工作框架图 对组内的三种p d a 絮凝剂与市售的两种絮凝剂进行筛选，具体的操作步骤如下： ( 1 ) 取一定量的浓度为3 0 2 的紫霞湖淤泥配制成浓度为1 0 的泥水混合液。 ( 2 ) 分别使用5 种配好的絮凝剂对( 1 ) 中配好的浓度为1 0 的泥水混合液进行 絮凝作用，之后过滤2 分钟。 ( 3 ) 测量每种絮凝剂各个絮凝点的泥水上清液的浊度、透过率与c o d e r 值，同 时测量过滤后滤饼含水率。记录下每种絮凝剂达到最佳絮凝效果时所使用的 1 2 第3 章方案设计 硕士学位论文 絮凝剂用量。 ( 4 ) 通过各个絮凝指标的比较得出市售最佳的絮凝剂与组内的最佳絮凝剂。实验 步骤框路图如下： 图3 1 2 药剂筛选实验框路图 通过以上实验，以絮凝的泥水上清液的浊度、透过率与c o d c r 值、过滤后滤饼含 水率及每种絮凝剂达到最佳絮凝效果时所使用的絮凝剂用量为评价指标筛选出用来絮 凝固含量1 0 淤泥的最佳市售与组内药剂。 3 2 淤泥絮凝及上清液中参数测定实验方案设计 3 2 1 判据建立1 4 1 i 随着淤泥中高分子絮凝剂的降解，有机高分子变成小分子，絮凝剂的絮凝作用活性 变小。从而相应的絮凝泥与原泥各项指标值间的差距越来越不明显，最后絮凝泥各项指 标值达到与原泥各项指标值相近，即絮凝剂对淤泥结构产生减弱影响。用此方法可了解 絮凝剂处理后淤泥中药剂的降解可能性与降解速率的情况。 由于p d a 絮凝剂是高分子结构较稳定的絮凝剂，且关于它的降解程度评价的方法 国内外还未见文献报道，因此要了解p d a 絮凝剂处理后淤泥中残留絮凝剂的降解可能 性与降解速率的问题，必须通过研究建立一套可行的判别絮凝剂降解程度的方法。本课 硕士学位论文 淤泥中絮凝剂降解的初步研究 题组0 5 级硕士黄鹃凤【4 l 】通过对絮凝泥与原泥的各项指标进行了测定包括：针入度测试， 硬度测试，显微拍照，浊度测试，透过率测试。经过大量实验确定了使用浊度与透过率 作为评价絮凝淤泥中絮凝剂的降解程度指标。为了使原泥与絮凝泥泥水混合液上清液中 浊度与透过率值尽可能有明显差距，黄鹃风【4 i 】对以下实验进行了探索。 通过测量绝干泥量分别为0 2 9 、0 5 9 、l g 与5 9 的原泥与絮凝泥的浊度与透过率值。 发现当取绝干泥为1 9 的原泥与絮凝泥时，刚絮凝出来的絮凝泥与原泥的泥水混合液上 清液的浊度与透过率指标相差最明显。并且随放置时间的延长絮凝泥泥水混合液上清液 浊度与透过率值向原泥泥水混合液上清液浊度与透过率值靠近。所以黄鹃凤由这一探索 实验的结果推断可以使用浊度与透过率作为评价淤泥中絮凝剂降解指标，之后把这一实 验方法用到实际的降解情况中。黄鹃风只是通过探索实验的结果发现使用浊度与透过率 作为评价指标的可行性，但是没有理论方面的解释。本实验通过设计一实验，由理论上 验证使用浊度与透过率作为降解程度评价指标的可行性。 3 2 2 判据证明具体方案设计 根据实验原理2 1 、2 2 与2 3 可以得到，当固定絮凝剂的阳离子度不变且絮凝时药 剂的用量相同，此时絮凝剂的电中和作用相同。随着絮凝剂特征黏度的减小吸附架桥与 絮凝网捕作用变弱，絮凝效果越来越不好。表现在数据中就是浊度值不断上升，透过率 值不断下降。根据以上分析设计如下实验。 降解环境下淤泥中大分子絮凝剂分解成小分子。本实验使用中阳离子度为，固含量 为0 3 ，特征黏度分别为1 2 3 d l g 、1 1 5 a l g 、9 1 a l g 、8 6 d l g 、7 4 d l g 、6 5 d l g 、 5 5 d l g 、4 5 d l g 、3 s a l g 、2 5 a l g 与1 0 a l g 的p d a 对固含量为1 0 的淤泥泥水混合 液进行絮凝脱水处理，之后沉淀半小时，通过测量各特征黏度p d a 絮凝上清液浊度与 透过率的方法来模拟实际降解环境下，淤泥中大分子絮凝剂分解成小的分子过程。主要 内容如下： ( 1 )固含量为1 0 紫霞湖底淤泥的准备； ( 2 ) 使用特征黏度为1 2 3 a l g 的p d a 对1 0 紫霞湖底淤泥进行絮凝脱水处理， 找出其最佳的絮凝剂投加量； ( 3 ) 使用特征黏度分别为1 2 3 d l g 、1 1 5 a l g 、9 1 d l g 、8 6 d l g 、7 4 d l g 、6 5 d l g 、 5 5 d l g 、4 s d l g 、3 s a l g 、2 s a l g 与1 0 a l g 的浓度为0 3 的p d a 对固 含量为1 0 紫霞湖底淤泥进行絮凝脱水，各特征黏度絮凝剂的加入量同 1 2 3 d l g 的p d a 絮凝最佳点的加药量； ( 4 ) 对各特征黏度絮凝剂絮凝后的上清液中各指标进行测定。具体思路图如下： 1 3 第3 章方案设计 硕士学位论文 1 4 对各特征黏度絮凝剂絮凝后的上清液中各指标进行测定，做曲线 证明浊度与透过率可以作为淤泥中絮凝剂降解评价指标 图3 2 3 中阳离子度不同特征黏度p d a 的絮凝实验方案设计框路图 具体的操作步骤如下【4 l j ： ( 1 ) 准备好2 2 个装有1 0 ，1 0 0 m l 的淤泥泥水混合液。其中的1 1 个使用中阳离 子度不同特征黏度的p d a 对其絮凝脱水，为进行絮凝淤泥上清液浊度与透 过率测量作准备。另外1 1 个静置3 0 分钟，为测量原泥上清液浊度透过率测 量作准备。 ( 2 ) 使用中阳离子度的不同特征黏度的浓度为0 3 的p d a 对( 1 ) 中的1 1 个配 好的淤泥进行絮凝，之后沉淀3 0 分钟，测量各个烧杯中上清液的浊度与透 过率。同时对另外静置3 0 分钟，1 1 个烧杯中，上清液进行浊度与透过率的 测量。 ( 3 ) 绘制絮凝之后各特征黏度絮凝剂絮凝后淤泥上清液的浊度与透过率。同时绘 制原泥的上清液的浊度与透过率曲线，通过对照这两条曲线与实际降解时得 到的曲线得出结论。实验步骤框路图如下： 硕士学位论文 淤泥中絮凝剂降解的初步研究 中阳离子度 为，1 2 3 d 垤、1 1 5 d 垤、 9 1 d v g 、8 6 d l g 、 7 4 d 垤、6 5 d 垤、 5 5 d l g 、4 5 d v g 、 3 5 d v g 、2 s d l g 与 1 0 d 垤的p d a 。所 有絮凝剂的加入量 都与1 2 3d l g ，中阳 离子度的p d a 达到 最佳效果时的加药 量相同 2 2 个装有浓度1 0 ，1 0 0 m l 的淤 泥泥水混合液，取其中的1 1 个。 之后沉淀3 0 分钟，测量各个烧 杯中上清液的浊度与透过率。 另外1 1 个烧杯中淤泥则静置 3 0 m i n 后测量各烧杯中上清液浊 绘制各絮凝剂对淤泥絮凝之后上清液的浊度与透过率。同时 绘制原泥的上清液的浊度与透过率曲线，得出分子特征黏度 对絮凝淤泥上清液浊度与透过率的影响规律。 图3 2 4 浊度、透过率测量实验步骤框路图 通过以上实验，以絮凝的泥水上清液的浊度、透过率为评价指标做浊度与透过率曲 线，之后又由这两条曲线与实际降解环境下所得到的浊度透过率曲线作对照，得出分子 特征黏度对絮凝淤泥上清液浊度与透过率的影响规律。由此证明可以使用浊度、透过率 作为淤泥中絮凝剂降解的评价指标