滤材表面改性对淤泥脱水过程中渗透性能影响
Posted 淤泥
篇首语：科学是为了那些勤奋好学的人，诗歌是为了那些知识渊博的人本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了滤材表面改性对淤泥脱水过程中渗透性能影响相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
中国进行的滇池､巢湖､太湖等大型湖泊的疏浚工程，每年会产生大量的含水率高达85%以上的淤泥。由于淤泥的高含水率及低塑性，使其很难处置利用，为便于淤泥的资源化利用，例如，制备建筑材料､轻质骨料､人造土壤､卫生填埋､湿地恢复与创建等[1-3]，通常需要将淤泥进行脱水处理，淤泥的堆场存放，自然干化是最常用的脱水方法，但此过程不仅干化周期长，而且需要很高的操作维护费用[4]。为实现底泥的快速脱水，便于资源化利用，同时，针对淤泥渗水性差致使底部排水 困难的缺点，采用絮凝剂､助滤剂与真空抽滤相结合的方法处理淤泥是最行之有效的方法[5，6]。
国内外已有许多研究者研究絮凝剂[7-9]､助滤剂[10]及真空抽滤对淤泥脱水性能的影响，以提高淤泥脱水性能，而滤材的选用对淤泥脱水性能的影响至关重要，一些学者研究滤材对淤泥脱水性能的影响，Yu等[11]采用小空隙不锈钢网代替滤布，探究滤布对活性污泥脱水过程负载的影响。Moo-Young等[4]通过实验探究土工布管在高含水率物质脱水过程中的应用情况。孙立坤等[12]研究制备了PVA/PVAm改性涤纶滤布复合膜并探究其抗污染性能。淤泥脱水过程中过滤材料容易被堵塞，造成淤泥脱水能力下降。为减少淤泥颗粒在滤材表面的粘附，防止滤材的堵塞现象，本研究将表面活性剂喷涂于滤材表面以改变滤材的表面性能，探究了改性滤材对淤泥脱水性能的影响。
本研究针对淤泥堆场存在的低渗透性､渗流特殊､板结､堵塞等情况[13]，采用自制淤泥脱水装置，模拟淤泥脱水过程，以阳离子聚丙烯酰胺(以下简称CPAM)作为絮凝剂，以粉煤灰为骨架，在真空度0.07MPa条件下进行淤泥渗透实验。探究5种滤布(3927､621､758､750A､750B)对淤泥脱水性能及淤泥颗粒附着情况的影响，基于滤布选型实验，引入3种表面活性剂改性滤布，探究改性滤布对淤泥脱水性能的改善作用。本研究将对不同滤布及改性滤布在淤泥脱水装置中的应用提供可靠的理论基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料
泥样取自云南滇池外海北部，为便于运输，供试淤泥初始含水率为55%，淤泥容重采用环刀法测量为0.616g/cm3，密度采用比重瓶法测定为2.59g/cm3，淤泥孔隙度78.26%，计算方法如(1)式，淤泥有机质采用灼烧法测定为9.09%，比阻采用布氏漏斗抽滤法测定[14]为13.25×1012 m/kg，淤泥颗粒粒径的测定采用Ls激光衍射粒度分析仪测定，平均粒径9.62μm，中值粒径5.52μm。
由于淤泥经管道送入堆场初始含水率在85%左右，为模拟实际堆场淤泥脱水过程，实验时将原始含水率55%淤泥配置为含水率85%。CPAM(分子量1000万､阳离子度15%)用作淤泥的絮凝剂，使用前将CPAM完全溶解于蒸馏水中，配制成浓度为1000mg/L溶液，搅拌6h待用。粉煤灰来自天津华电南疆热电厂。
1.2 滤布和表面活性剂
5种滤布(3927､621､758､750A､750B)用于渗透实验过滤材料，其性能参数见表1。3种表面活性剂用于改性滤布，分别为织物平滑剂，灰白色均质半透明液体，固含量30%，来自东莞市澳达化工有限公司;毛毯柔软剂，浅黄色粘稠液体，型号XY129，有效物含量100%，来自苏州勋云化工有限公司;氟表面活性剂，琥珀色透明液体，型号Ee602，有效成分含量27%，来自上海久士城化学有限公司。
1.3 渗透实验
1.3.1 实验方法
供试所用实验装置为按照变水头渗透原理自制的渗透装置，主要由储水瓶､带刻度变水头管(刻度精确至1mm)､渗透仪､缓冲瓶及真空泵组成，如图1所示。供试渗透仪为TST-55型土壤渗透仪(渗透容器为圆柱形，截面积30.08cm2，高度L=4.0cm)。分别使用5种滤布以及改性滤布做为过滤材料。每千克85% 含水率淤泥中加入预先配置的1000mg/LCPAM1mL､粉煤灰10g，搅拌均匀。淤泥倒入渗透仪容器后，调节真空压力至0.07MPa，当出水口有水溢出时开始记录变水头管中起始水头高度H1 和起始时间t1。记录每分钟管道液面高度Hi，共30min。实验结束后，计算平均渗透系数及渗水量，并卸除滤布表面滤饼，烘箱烘干5h后使用扫描电子显微镜观察过滤后淤泥颗粒在滤布表面的附着情况。
1.3.2 渗透系数
渗透系数表示流体通过孔隙骨架的难易程度，反映流体特性和流体透过多孔介质能力的综合指标。当介质渗透性很小时，实验时需施加负载压力，此时只要将负载压力换算成相应的水头[15]:
再加上变水头管的水头高hi即可，则渗透系数计算公式变为:
式中:kt为水温t℃时的试样渗透系数(cm/s)，计算至两位有效数字;a为变水头管的内径面积，0.368cm2;2.3为ln和lg的变换因素;L为试样高度4.01cm;t1和t30分别为渗透开始和终了时间，s;H1 和H30为起始和终止水头，cm;A为试样的过水面积，30.08cm2。。
标准温度下的渗透系数按(4)式计算:
ηt/η20为黏滞系数比，通过查水的黏滞系数表知道，实验时水温为27.5℃，ηt/η20对应为0.8415。
1.3.3 渗水量
不同滤布渗透试验结束后所得渗水量按式(5)计算:
式中:H1 为变水头管起始水头高度，cm;H30为变水头管30min后水头，cm;a为变水头管的内径面积，cm2。
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