CPAM用于淤泥质吹填土泥浆絮凝脱水试验研究

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摘要：用cpam对天津、连云港两地高浓度淤泥质吹填土泥浆进行了絮凝脱水试验研究，研究了在添加高分子量的阳离子（CPAM）聚丙烯酰胺后，胶体颗粒表面Zeta电位和真空抽滤泥饼含水率的变化过程。试验结果表明，两地吹填土电位和滤饼含水率变化过程相似，CPAM可以使吹填泥浆形成胶体并发生沉降，且都能使吹填土颗粒表面Zeta电位发生正负改变并有效降低吹填土滤饼含水率，泥水分离现象明显。基于滤饼含水率的变化情况分析，CPAM絮凝效果较好，天津地区吹填土滤饼含水率由未添加絮凝剂的387.39%降低至83.28%，连云港地区吹填土滤饼含水率由未添加絮凝剂的347.17%降低至73.97%。

1.前言

随着近些年我国围海造陆和扩建码头等工程的兴起，会应用大量的吹填土，而在很多滨海地区，吹填土的性质以淤泥质为主。淤泥质吹填土的应用存在的难点在于颗粒太小、土体沉降速度过慢且水泥、生石灰等固化剂不仅造价昂贵且效果不理想，很难在实际工程中得到推广。

根据DLVO理论，胶体聚集稳定性取决于颗粒表面的Zeta电位，即滑动面上的电位，通过向水体系中添加相应絮凝剂，压缩双电层厚度，使Zeta电位降低，当其降低到一定程度时，胶体就会凝聚下沉。在膜袋围堰、真空预压等工程中，吹填土的排水能力直接影响了施工效率及施工的可能性，该性能的好坏尤为重要。通过投加高分子类絮凝剂，其内部的极性基团能与淤泥胶质微粒发生化学反应，中和微粒表面的电荷，压缩双电层，并结合其桥架作用凝聚成大的颗粒絮体，使水分从中分离出来，从而提高淤泥的脱水性能。本试验通过向吹填泥浆添加阳离子型聚丙烯酰胺，从Zeta电位和滤饼含水率的角度出发，为高分子类絮凝剂在吹填工程中的应用提供一定参考。

2 试验

2.1试验药剂：试验药剂为有机高分子聚丙烯酰胺：阳离子型（CPAM），试验用土取自天津南港，连云港围海造陆项目，编号为TJ、LYG

2.2烧杯絮凝实验及参数测定

取6个500ml烧杯，将采集的吹填土进行烘干称重，与水按质量比1：5进行配浆，移取若干份同质量的溶液置于烧杯中，以一定递增量分别添加不同量、不同类型絮凝剂，快速搅拌20s，再慢速搅拌10s静置，观察絮凝现象。记录试验现象及加入的絮凝剂的量，药剂的递增加入是采用已知刻度滴管，加药量按每升吹填土泥浆加药量mg数计。

⑴ Zeta电位的测定：本试验应用JS94H型微电泳仪进行测定其Zeta电位。为了更好的反映絮凝机理，采用絮凝脱水后上清液取样测定，即烧杯中泥样絮凝后未经脱水前，于烧杯中吸取足量上层清液后再取样用电泳仪进行测定。

⑵ 滤饼含水率的测定：本试验应用SHZ-D（Ⅲ）循环水式多用真空泵进行抽滤。测定时先在布氏漏斗中放置滤纸（已烘干）并用蒸馏水喷湿，开动真空泵把把玻璃管中抽成负压（滤纸紧贴漏斗后关闭真空泵），将混合好的泥样倒入漏斗，再次开动真空泵使污泥脱水，观察淤泥从过滤到形成泥饼的现象。为保证实验条件的一致性并在满压状态下进行，抽滤时间限定为一分钟，将泥饼从漏斗上剥离，并在105℃下烘干称重。

3 试验结果与分析

TJ、LYG两地吹填泥浆添加阳离子聚丙烯酰胺后，Zeta电位和泥饼含水率变化趋势如图1、图2所示。基于Zeta电位分析可以看出，CPAM的加入，产生了电中和作用，随着用量的加大Zeta电位逐渐向正方向移动，当CPAM添加量在200～ 250mg区间时，存在等电点，说明CPAM的加入压缩了颗粒表面双电层厚度，有效的达到降低Zeta电位的作用。基于滤饼含水率分析可以看出，未添加絮凝剂的TJ、LYG吹填泥浆的滤饼含水率分别为387.39%和347.17%，排水速度十分缓慢，排水能力较差。随着CPAM用量的增加，滤饼含水率先急剧下降，后缓慢提高。当TJ、LYG两地CPAM添加量均为150mg/L时达到最低含水率，分别为83.28%、73.97%。可见加入一定量的CPAM后，电中和作用有效的降低水化层厚度，减小了颗粒间的斥力，破坏了分散系的稳定性，最终使其聚凝，并易于脱水。随着CPAM的用量逐渐增加，滤饼含水率并未随着絮团的变大而继续降低，排水能力并未因为絮凝效果的改善而得到提升，这可能是因为CPAM桥架作用的增强导致絮团的排水通道产生阻碍。

4结论

（1） 本文针对天津、连云港两地高浓度滨海淤泥质吹填泥浆添加CPAM后进行絮凝试验，试验结果表明两地吹填土絮凝处理为其进一步加以应用的方案可行。两地高淤泥质吹填泥浆添加絮凝剂处理，变化趋势相似，表明本次针对吹填土絮凝试验具有一定的代表性。

（2） 基于Zeta电位和滤饼含水率分析可以得出，单一加入阳离子产生电中和作用或通过增加絮凝剂用量而达到桥架作用，絮凝效果都不理想，需要综合考虑二者的相关性。

（3） 基于滤饼含水率的变化情况分析，CPAM絮凝效果较好，天津地区吹填土滤饼含水率由未添加絮凝剂的387.39%降低至83.28%，连云港地区吹填土滤饼含水率由未添加絮凝剂的347.17%降低至73.97%。

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