新型共价键型絮凝剂体系对疏浚底泥脱水与重金属去除效果的研究

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随着工农业不断发展,我国河湖水体黑臭及富营养化现象仍比较普遍,每年因环保疏浚的底泥产量将不断增加。底泥作为一种内源污染治理的产物,虽然含有污染物质,但其仍有利用的价值。实现底泥的资源化利用,将是未来处置底泥的主导手段。底泥含水率大,对其堆存、转运及后续处理处置都产生很大影响,因此,对底泥进行脱水是底泥后续处理的必要前提,也是对其进行无害化处理、实现资源化的重要保障。目前利用絮凝剂对疏浚底泥进行脱水、污染物的去除的研究较少,因此,本文将探索新型絮凝剂对疏浚底泥的处理效果。本文以重庆市某受污染河段的疏浚底泥(以下简称:底泥)为实验对象,研究利用絮凝工艺对其进行脱水和重金属去除的效果。通过底泥上覆水浊度去除率筛选确定最佳的硅烷偶联剂,通过上覆水浊度去除率和底泥比阻的去除率优选合成参数制备絮凝效果最佳的磁种与共价键型絮凝剂混合体系。改性磁种,制得新型磁种与共价键型絮凝剂的混合体系并考察其对重金属去除效果,为开发制备及应用新型磁种与共价键型絮凝剂的混合体系提供技术支持。相关主要结果如下:(1)分别选用KH550、KH570、KH550和KH570二者混合(KHmix)等三种硅烷偶联剂,在不同制备参数(硅铝比、碱化度)下,合成多种共价键型絮凝剂,对底泥进行絮凝处理。通过测定絮凝剂的Zeta电位和絮凝后底泥上覆水浊度去除率对硅烷偶联剂进行优选。实验结果为,用KH550制备的共价键型絮凝剂的Zeta电位比KH570和KHmix所合成的絮凝剂高,最高为35.3 m V,而用KH570制备的共价键型絮凝剂的Zeta电位低于其他两种硅烷偶联剂。利用KH550合成的共价键型絮凝剂的除浊效果比KH570和KHmix的除浊效果好,当絮凝剂添加量为10g/L,沉降2 h后,底泥上覆水浊度低于50 NTU,浊度去除率超过99%,最高为99.71%。(2)以KH550为和Fe3O4原料,设计正交实验研究在硅铝比、碱化度、Fe3O4添加量和Fe3O4粒径等因素下,合成的磁种与共价键型絮凝剂混合体系(以下简称:混合体系)对底泥脱水效果的影响。观察底泥沉降体积、测定底泥上覆水浊度和底泥比阻的变化情况,通过正交实验分析比较各因素重要程度,确定优化方案。同时以不添加Fe3O4为对照,对比效果差异。底泥的沉降体积不随混合体系添加量的增加而发生变化,沉降2 h后,各组别的沉降体积均分布在40 m L~50 m L之间,无明显差异。底泥上覆水浊度和底泥比阻均随混合体系添加量的增大而减小,也随沉降时间的增加而减少。混合体系最佳添加量为10 g/L,最佳沉降时间为2 h。底泥上覆水浊度和比阻的去除率最高为99.75%和90.71%。此外,添加Fe3O4的磁絮凝处理效果比不添加Fe3O4的絮凝效果好。通过正交试验分析确定了4因素的重要程度为:碱化度β>硅铝比α>Fe3O4添加量>Fe3O4粒径,并得出了优化方案,对应的浊度去除率和比阻去除率分别为92.95%、99.76%。(3)研究在不同混合体系添加量、不同絮凝参数(搅拌时间、搅拌方式、搅拌转速)的条件下,混合体系对底泥中重金属的去除效果的影响。底泥经磁絮凝处理后,可形成包含有磁种的絮体,通过磁场分离出絮体后,测定剩下底泥中Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量,并计算潜在生态危害指数(RI),以RI的下降率为评价指标,优选RI下降率最高的絮凝参数。实验结果表明,当混合体系添加量越大时,底泥中的RI下降率越高,最佳添加量为10 g/L,RI下降率最高可达42.8%。底泥中各种重金属去除率的变化与絮凝参数的变化没有规律。当絮凝参数为:15min、连续搅拌、慢速搅拌时,底泥RI下降率最大。(4)通过改性Fe3O4,制得新型磁种Tob/HAP@Si O2/Fe3O4以强化重金属去除效果,并进一步合成新型磁种与共价键型絮凝剂混合体系(以下简称新型混合体系)。利用新型混合体系,分别设计一步法、两步法对底泥进行磁絮凝处理,探讨一步法、两步法对底泥重金属去除的影响。利用两步法絮凝处理底泥时,底泥RI下降率最高可达60.5%。一步法处理底泥后,RI下降率最高可达51.7%。通过对絮凝过程中形成的絮体进行形貌分析发现,絮体表面有明显的Pb、Zn聚集现象,这说明了利用磁絮凝去除底泥中重金属是可行的。
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