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摘要：本文主要研究了PAM、PAC、AS三种絮凝剂的结构和絮凝机理，以及利用絮凝剂的协同效应处理废弃泥浆，考察了三种絮凝剂复配时的投加量、泥浆比重、pH、温度等因素对于泥浆处理效果的影响情况，为废弃泥浆的处理提供了一种新思路，新方法。
关键词：PAM、PAC、AS，复配，废弃泥浆
Abstract: Investigation on the mechanism of flocculating and the configuration of PAM、PAC and AS and the treatment of discard slurry using Co-effect of the three flocculants were carried out. The investigation also include the influence of the dosage, pH and temperature to treating effect. The research support a new method and path to the treatment of discard slurry。
Key words: PAM、PAC、AS ；conjunction；disused slurry
中图分类号： [TU993.3] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
引言
当前，环境污染已经成为一个全球性的问题，环境保护日益受到人们的重视。在城市建设施工过程中会产生大量的废弃泥浆。目前，处理施工过程中废弃泥浆的方法主要是运输到野外直接丢弃，本文主要研究利用絮凝法处理废弃泥浆，不仅处理效果好，成本低，而且可以使水得到二次再利用，为废弃泥浆的处理提供了一种新思路，新方法。
絮凝剂简介
本文主要使用PAM、PAC、AS三种絮凝剂进行复配处理废弃泥浆。
聚丙烯酰胺(PAM)是一种线性高分子聚合物，分子量在150～800万之间。它不含离解基团，在水中不离解，因此称为非离子型聚合物。聚合氯化铝(PAC)是继无机的铝盐絮凝剂发展起来的，属高分子类，一般呈无色或黄色固体。硫酸铝(AS)是最常用的无机絮凝剂，硫酸铝溶于水后，离解出Al3+，并结合有6个配位水分子，成为水合铝离[Al(H20)6]3+。
3.实验部分
3.1 实验方法
本实验采用正交的实验方法，以沉淀体积为主要参考指标研究三种絮凝剂复配处理废弃泥浆的效果，同时确定各个因素的最优水平以及因素主次关系。
3.2实验试剂
1‰聚丙烯酰胺溶液；2‰硫酸铝溶液；2‰聚合氯化铝溶液
模拟废弃泥浆，在含沙量不大于2%的前提下，比重分别取 1.03g/ cm3 、
1.06g/ cm3 、1.10g/ cm3 、1.12g/ cm3 、1.15g/ cm3 。
成果分析
4.1 正交实验设计
本正交实验以300mL泥浆（含沙量≤2%）为一个处理标准单位，通过正交实验考察三种絮凝剂复配在不同实验条件下对废弃泥浆的处理效果。正交实验需要确定的因素包括： PAM（2g/L）、PAC(1g/L)、AS(1g/L)三种絮凝剂的用量、泥浆比重、pH值、温度。
表4.1正交实验设计表L25（56）
因素
水平 A B C D E F
PAM
（mL） PAC
（mL） AS
（mL） 比重(g/cm3 ) pH 温度
（℃）
1 30 5 5 1．03 5 10
2 50 10 10 1．06 6 20
3 80 15 15 1．10 7 30
4 100 20 20 1．12 8 40
5 120 25 25 1．15 9 50
表4.2静态正交实验结果
实验号 A
B
C
D
E
F
沉淀
体积
% 絮凝效果 上清液
1
2
3
4
5 1
1
1
1
1 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 81．4
71．6
68．2
76．2
79．3 没有明显矾花，絮凝效果不好
絮体碎小，沉积快
絮凝效果不好，沉积慢
矾花小，沉积慢
絮凝不好，絮体碎，沉积快 混浊
混浊
混浊
混浊
混浊
6
7
8
9
10 2
2
2
2
2 1
2
3
4
5 2
3
4
5
1 3
4
5
1
2 4
5
1
2
3 5
1
2
3
4 59．3
63．5
77．4
65．2
63．1 絮凝效果较好，沉积较快
絮体一般，沉积较快
絮凝效果不好，矾花碎
絮体较大，沉积慢
矾花碎小，沉积快 透明
透明
混浊
透明
混浊
11
12
13
14
15 3
3
3
3
3 1
2
3
4
5 3
4
5
1
2 5
1
2
3
4 2
3
4
5
1 4
5
1
2
3 69.0
58．7
50．6
68．1
76．5 有细小矾花，沉积快
矾花较大，絮凝效果一般
虚体较大，沉积缓慢
絮凝效果一般，矾花碎
絮体细小，沉积较快 混浊
透明
清澈
透明
混浊
16
17
18
19
20 4
4
4
4
4 1
2
3
4
5 4
5
1
2
3 2
3
4
5
1 5
1
2
3
4 3
4
5
1
2 67．6
68．8
69．6
64．8
50．7 矾花沉积较快，细小
有明显絮体，沉积较快
矾花较大，沉积慢
絮凝效果不明显，絮体细小
絮体粗大，絮凝好，沉积缓慢 混浊
透明
透明
透明
清澈
21
22
23
24
25 5
5
5
5
5 1
2
3
4
5 5
1
2
3
4 4
5
1
2
3 3
4
5
1
2 2
3
4
5
1 56.1
69．3
62．7
65．3
64．6 絮凝效果较好，与水分离较快
絮凝效果不好，絮体细小
絮凝效果明显，絮体沉积缓慢
礬花碎，沉积快，絮凝不好
絮体沉积缓慢，絮凝效果一般 透明
混浊
透明
混浊
透明
沉
淀
体积 K1 75.14 66.68 70.3 63.74 73.88 65.98 Ki=｛∑i水平下的测量值｝/5
R=Kmax-Kmin
根据实验结果各因素取最优水平得出结论：处理300mL比重为1.06g/L的泥浆，120mLPAM15mLPAC、
15mLAS、pH为7、温度为20℃时处理效果最好。
K2 65.44 66.28 66.98 63.64 68.0 64.74
K3 64.38 65.7 63.34 65.8 62.18 69.36
K4 64.3 67.92 68.9 68.38 63.22 67.78
K5 63.4. 66.84 64.0 71.96 68.24 66.40
R 11.74 2.22 6.96 8.32 11.7 4.62
较好
水平 A5 B3 C3 D2 E3 F2
因素
主次
A＞E＞D＞C＞F＞B
正交实验结果表明：处理300mL比重为1.06g/L的泥浆，120mLPAM、15mLPAC、15mLAS、pH为7、温度为20℃时处理效果最好。
影响絮凝效果因素主次为：PAM＞pH＞比重＞AS＞温度＞PAC
三种絮凝剂复配时起主导作用的是有机絮凝剂PAM，其次是AS，最后是PAC。
4.2 不同水平因素对絮凝效果的影响
从正交实验中得出各种因素主次关系，为了更直观的考察各种不同因素对絮凝效果的影响程度，分别研究各种因素对絮凝效果的影响情况。
4.2.1PAM用量对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：泥浆沉淀体积随着PAM用量的增加整体上呈现减小的趋势，在用量为120mL时絮凝体积最小为63.4%，考虑到施工过程中的经济因素，PAM在实际应用的标准取80m L，此时沉淀体积为 64.38%。
4.2.2PAC用量对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：随着PAC的用量增加，沉淀体积先较小，后增大。单考虑沉淀体积的情况下，PAC最佳投量是15mL。
4.2.3AS用量对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：随着AS用量的增加，沉淀体积先由大变小，达到一个最低值后，沉淀体积随着AS用量的增加反而增加。AS的最佳用量是15mL。
4.2.4泥浆比重对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：泥浆比重对絮凝效果有着很重要的明显。泥浆比重越小越有利于絮凝反应的进行。从整体看沉淀体积随着泥浆比重的增加而增大，这是因为泥浆比重过大时，泥浆中的水分不足以满足絮凝剂与固体颗粒的水解反应，所以絮凝效果大大降低，相反泥浆比重偏小时，水分有利于水解反应，促进了絮凝沉淀反应的进行。施工过程中新配泥浆的比重在1.06g/L左右，故本实验所采用处理的泥浆比重取1.06g/L，且此时沉淀体积最小，为63.64%。
4.2.5pH值对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：沉淀体积随着pH值的增加呈现出先减小后增大的趋势，溶液过酸或者过碱都能够破坏絮凝剂本身的结构，不利于絮凝反应的进行，在溶液为中性时絮凝效果最好，沉淀体积为62.18%。
温度对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：沉淀体积随着温度的升高呈现出先降低再增高再在降低的趋势，其中机理还有待于进一步研究。图中显示温度在20℃时絮凝效果最好，沉淀体积为64.74%。温度在10℃至50℃之间，虽然沉淀体积波动变化比较明显，但是都维持在一个较好水平（≤70%），更有利于实际工程中的应用。
4.3PAM、PAC、AS复配投加顺序对絮凝效果的影响
考察絮凝剂复配投加顺序对絮凝效果的影响时，综合各种因素，各水平均取最佳，即：80mLPAM(2g/L)、15mLPAM(1g/L)、 15mLPAM(2g/L)在pH值为中性条件下，温度在20℃左右处理300mL泥浆。
表4.3 絮凝剂不同投加顺序实验现象对照表
絮凝劑投加顺序 实验现象
PAMPACAS 上层液黏度较大，絮凝效果一般，絮体细小
PAMASPAC 上层液黏度大，絮凝效果一般，有明显矾花。
PACASPAM 上层液清澈，絮凝效果好，絮体粗实，矾花大。
PACPAMAS 上层液混浊，有一定的矾花，沉淀与水分离不好
ASPACPAM 沉淀与水分离较快，上层液混浊，絮体细小。
ASPAMPAC 有一定的矾花，絮凝效果一般。
由表4.3可以看出：絮凝剂投加顺序为先无机后有机时絮凝效果最为明显，絮体呈现出粗实的特点，矾花较大，与水分离较快，上清液清澈透明。故实际应用中絮凝剂的的投加顺序为PACASPAM。
5． 小结
综合以上各因素的最优水平，在处理300mL比重为1.06g/L的泥浆时，先投加15mL（1g/L）PAC、其次15mL(1g/L)AS、最后80mL(2g/L) PAM，pH为7、温度为20℃时处理效果最好，沉淀体积达到了35%，不仅反应时间短，并且明显高于自然沉淀率。使用100目的网布过滤可以使絮凝物与水达到完全的分离，少量絮凝沉淀物可以用作特殊回填土，上清液也可以作为景观用水等得到二次利用。
关键词：PAM、PAC、AS，复配，废弃泥浆
Abstract: Investigation on the mechanism of flocculating and the configuration of PAM、PAC and AS and the treatment of discard slurry using Co-effect of the three flocculants were carried out. The investigation also include the influence of the dosage, pH and temperature to treating effect. The research support a new method and path to the treatment of discard slurry。
Key words: PAM、PAC、AS ；conjunction；disused slurry
中图分类号： [TU993.3] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
引言
当前，环境污染已经成为一个全球性的问题，环境保护日益受到人们的重视。在城市建设施工过程中会产生大量的废弃泥浆。目前，处理施工过程中废弃泥浆的方法主要是运输到野外直接丢弃，本文主要研究利用絮凝法处理废弃泥浆，不仅处理效果好，成本低，而且可以使水得到二次再利用，为废弃泥浆的处理提供了一种新思路，新方法。
絮凝剂简介
本文主要使用PAM、PAC、AS三种絮凝剂进行复配处理废弃泥浆。
聚丙烯酰胺(PAM)是一种线性高分子聚合物，分子量在150～800万之间。它不含离解基团，在水中不离解，因此称为非离子型聚合物。聚合氯化铝(PAC)是继无机的铝盐絮凝剂发展起来的，属高分子类，一般呈无色或黄色固体。硫酸铝(AS)是最常用的无机絮凝剂，硫酸铝溶于水后，离解出Al3+，并结合有6个配位水分子，成为水合铝离[Al(H20)6]3+。
3.实验部分
3.1 实验方法
本实验采用正交的实验方法，以沉淀体积为主要参考指标研究三种絮凝剂复配处理废弃泥浆的效果，同时确定各个因素的最优水平以及因素主次关系。
3.2实验试剂
1‰聚丙烯酰胺溶液；2‰硫酸铝溶液；2‰聚合氯化铝溶液
模拟废弃泥浆，在含沙量不大于2%的前提下，比重分别取 1.03g/ cm3 、
1.06g/ cm3 、1.10g/ cm3 、1.12g/ cm3 、1.15g/ cm3 。
成果分析
4.1 正交实验设计
本正交实验以300mL泥浆（含沙量≤2%）为一个处理标准单位，通过正交实验考察三种絮凝剂复配在不同实验条件下对废弃泥浆的处理效果。正交实验需要确定的因素包括： PAM（2g/L）、PAC(1g/L)、AS(1g/L)三种絮凝剂的用量、泥浆比重、pH值、温度。
表4.1正交实验设计表L25（56）
因素
水平 A B C D E F
PAM
（mL） PAC
（mL） AS
（mL） 比重(g/cm3 ) pH 温度
（℃）
1 30 5 5 1．03 5 10
2 50 10 10 1．06 6 20
3 80 15 15 1．10 7 30
4 100 20 20 1．12 8 40
5 120 25 25 1．15 9 50
表4.2静态正交实验结果
实验号 A
B
C
D
E
F
沉淀
体积
% 絮凝效果 上清液
1
2
3
4
5 1
1
1
1
1 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 1
2
3
4
5 81．4
71．6
68．2
76．2
79．3 没有明显矾花，絮凝效果不好
絮体碎小，沉积快
絮凝效果不好，沉积慢
矾花小，沉积慢
絮凝不好，絮体碎，沉积快 混浊
混浊
混浊
混浊
混浊
6
7
8
9
10 2
2
2
2
2 1
2
3
4
5 2
3
4
5
1 3
4
5
1
2 4
5
1
2
3 5
1
2
3
4 59．3
63．5
77．4
65．2
63．1 絮凝效果较好，沉积较快
絮体一般，沉积较快
絮凝效果不好，矾花碎
絮体较大，沉积慢
矾花碎小，沉积快 透明
透明
混浊
透明
混浊
11
12
13
14
15 3
3
3
3
3 1
2
3
4
5 3
4
5
1
2 5
1
2
3
4 2
3
4
5
1 4
5
1
2
3 69.0
58．7
50．6
68．1
76．5 有细小矾花，沉积快
矾花较大，絮凝效果一般
虚体较大，沉积缓慢
絮凝效果一般，矾花碎
絮体细小，沉积较快 混浊
透明
清澈
透明
混浊
16
17
18
19
20 4
4
4
4
4 1
2
3
4
5 4
5
1
2
3 2
3
4
5
1 5
1
2
3
4 3
4
5
1
2 67．6
68．8
69．6
64．8
50．7 矾花沉积较快，细小
有明显絮体，沉积较快
矾花较大，沉积慢
絮凝效果不明显，絮体细小
絮体粗大，絮凝好，沉积缓慢 混浊
透明
透明
透明
清澈
21
22
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25 5
5
5
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5 1
2
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5 5
1
2
3
4 4
5
1
2
3 3
4
5
1
2 2
3
4
5
1 56.1
69．3
62．7
65．3
64．6 絮凝效果较好，与水分离较快
絮凝效果不好，絮体细小
絮凝效果明显，絮体沉积缓慢
礬花碎，沉积快，絮凝不好
絮体沉积缓慢，絮凝效果一般 透明
混浊
透明
混浊
透明
沉
淀
体积 K1 75.14 66.68 70.3 63.74 73.88 65.98 Ki=｛∑i水平下的测量值｝/5
R=Kmax-Kmin
根据实验结果各因素取最优水平得出结论：处理300mL比重为1.06g/L的泥浆，120mLPAM15mLPAC、
15mLAS、pH为7、温度为20℃时处理效果最好。
K2 65.44 66.28 66.98 63.64 68.0 64.74
K3 64.38 65.7 63.34 65.8 62.18 69.36
K4 64.3 67.92 68.9 68.38 63.22 67.78
K5 63.4. 66.84 64.0 71.96 68.24 66.40
R 11.74 2.22 6.96 8.32 11.7 4.62
较好
水平 A5 B3 C3 D2 E3 F2
因素
主次
A＞E＞D＞C＞F＞B
正交实验结果表明：处理300mL比重为1.06g/L的泥浆，120mLPAM、15mLPAC、15mLAS、pH为7、温度为20℃时处理效果最好。
影响絮凝效果因素主次为：PAM＞pH＞比重＞AS＞温度＞PAC
三种絮凝剂复配时起主导作用的是有机絮凝剂PAM，其次是AS，最后是PAC。
4.2 不同水平因素对絮凝效果的影响
从正交实验中得出各种因素主次关系，为了更直观的考察各种不同因素对絮凝效果的影响程度，分别研究各种因素对絮凝效果的影响情况。
4.2.1PAM用量对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：泥浆沉淀体积随着PAM用量的增加整体上呈现减小的趋势，在用量为120mL时絮凝体积最小为63.4%，考虑到施工过程中的经济因素，PAM在实际应用的标准取80m L，此时沉淀体积为 64.38%。
4.2.2PAC用量对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：随着PAC的用量增加，沉淀体积先较小，后增大。单考虑沉淀体积的情况下，PAC最佳投量是15mL。
4.2.3AS用量对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：随着AS用量的增加，沉淀体积先由大变小，达到一个最低值后，沉淀体积随着AS用量的增加反而增加。AS的最佳用量是15mL。
4.2.4泥浆比重对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：泥浆比重对絮凝效果有着很重要的明显。泥浆比重越小越有利于絮凝反应的进行。从整体看沉淀体积随着泥浆比重的增加而增大，这是因为泥浆比重过大时，泥浆中的水分不足以满足絮凝剂与固体颗粒的水解反应，所以絮凝效果大大降低，相反泥浆比重偏小时，水分有利于水解反应，促进了絮凝沉淀反应的进行。施工过程中新配泥浆的比重在1.06g/L左右，故本实验所采用处理的泥浆比重取1.06g/L，且此时沉淀体积最小，为63.64%。
4.2.5pH值对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：沉淀体积随着pH值的增加呈现出先减小后增大的趋势，溶液过酸或者过碱都能够破坏絮凝剂本身的结构，不利于絮凝反应的进行，在溶液为中性时絮凝效果最好，沉淀体积为62.18%。
温度对絮凝效果的影响
经过试验研究得出结论：沉淀体积随着温度的升高呈现出先降低再增高再在降低的趋势，其中机理还有待于进一步研究。图中显示温度在20℃时絮凝效果最好，沉淀体积为64.74%。温度在10℃至50℃之间，虽然沉淀体积波动变化比较明显，但是都维持在一个较好水平（≤70%），更有利于实际工程中的应用。
4.3PAM、PAC、AS复配投加顺序对絮凝效果的影响
考察絮凝剂复配投加顺序对絮凝效果的影响时，综合各种因素，各水平均取最佳，即：80mLPAM(2g/L)、15mLPAM(1g/L)、 15mLPAM(2g/L)在pH值为中性条件下，温度在20℃左右处理300mL泥浆。
表4.3 絮凝剂不同投加顺序实验现象对照表
絮凝劑投加顺序 实验现象
PAMPACAS 上层液黏度较大，絮凝效果一般，絮体细小
PAMASPAC 上层液黏度大，絮凝效果一般，有明显矾花。
PACASPAM 上层液清澈，絮凝效果好，絮体粗实，矾花大。
PACPAMAS 上层液混浊，有一定的矾花，沉淀与水分离不好
ASPACPAM 沉淀与水分离较快，上层液混浊，絮体细小。
ASPAMPAC 有一定的矾花，絮凝效果一般。
由表4.3可以看出：絮凝剂投加顺序为先无机后有机时絮凝效果最为明显，絮体呈现出粗实的特点，矾花较大，与水分离较快，上清液清澈透明。故实际应用中絮凝剂的的投加顺序为PACASPAM。
5． 小结
综合以上各因素的最优水平，在处理300mL比重为1.06g/L的泥浆时，先投加15mL（1g/L）PAC、其次15mL(1g/L)AS、最后80mL(2g/L) PAM，pH为7、温度为20℃时处理效果最好，沉淀体积达到了35%，不仅反应时间短，并且明显高于自然沉淀率。使用100目的网布过滤可以使絮凝物与水达到完全的分离，少量絮凝沉淀物可以用作特殊回填土，上清液也可以作为景观用水等得到二次利用。