PAM类絮凝剂对废弃桩基泥浆脱水性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0703

摘要/Abstract

摘要：

桥梁道路建设产生的大量废弃桩基泥浆含水率高、粒度细，直接排放易造成严重的环境污染。絮凝脱水是废弃桩基泥浆高效处置与资源化利用的关键环节。本文选用聚丙烯酰胺（PAM）类絮凝剂，针对江西某地区桥梁桩基工程废弃泥浆开展脱水性能研究，对比分析絮凝前后泥浆结构、形貌及粒度变化。结果表明：阴离子型PAM（APAM）、阳离子型PAM（CPAM）和非离子型PAM（NPAM）均在0.2%（质量分数）浓度下脱水效果最为显著，仅分别需添加3%、4%和7%（体积分数）即可使泥浆在10 s内快速絮凝脱水，含水率分别显著降低29.5%、24.3%和19.5%。其中，APAM处理效果最优，其上清液浊度在2 h后仅为20 NTU。APAM促使微小颗粒有效团聚为较大絮体，显著提升泥浆结晶度；粒度分布特征值（D₁₀、D₅₀、D₉₀）均明显增大，尤以D₉₀（由15.10 μm增至25.50 μm，增幅68.9%）最为突出。综上，APAM展现出优异的絮凝与脱水性能，在废弃桩基泥浆的环保处置中具有良好应用前景。

关键词: 废弃桩基泥浆, 资源化利用, PAM类絮凝剂, 脱水性能, 快速絮凝脱水

Abstract:

Large amounts of waste pile foundation slurries generated from bridge and road construction exhibit high water content and fine particle size， making direct disposal prone to causing severe environmental pollution. Flocculation and dewatering represent a crucial step for the efficient treatment and resource utilization of the waste pile foundation slurry. In this study， polyacrylamide （PAM） flocculants were employed to investigate the dewatering performance of waste slurry， which is derived from a bridge pile foundation project in Jiangxi Province， China. Comparative analyses were conducted on the changes in slurry structure， morphology and particle size before and after flocculation. The results indicate that anionic PAM （APAM）， cationic PAM （CPAM） and non-ionic PAM （NPAM） all achieve optimal dewatering effectiveness at a concentration of 0.2% （mass fraction）. 3%， 4% and 7% （volume fraction） of these flocculants can induce rapid flocculation and dewatering within 10 s， significantly reducing the water content by 29.5%， 24.3% and 19.5%， respectively. Among them， APAM demonstrates the best treatment performance， yielding a supernatant turbidity of only 20 NTU after 2 h. APAM effectively agglomerates fine particles into larger flocs， markedly enhancing the crystallinity of slurry. The characteristic particle size values （D₁₀， D₅₀， D₉₀） all increase substantially， particularly the D₉₀， which surges from 15.10 μm to 25.50 μm （an increase of 68.9%）. In conclusion， APAM exhibits excellent flocculation and dewatering capabilities， showing promising application potential for the environmentally sound treatment of waste pile foundation slurry.

Key words: waste pile foundation slurry, resource utilization, polyacrylamide flocculant, dewatering performance, rapid flocculation and dewatering

中图分类号:

X705

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图/表 13

表1 废弃泥浆的主要元素含量

Table 1 Main element content of waste slurry

Element	O	Al	Si	Fe	K	Mg	Na
Mass fraction/%	47.038	9.899	26.454	4.879	2.579	1.247	0.462

表2 废弃泥浆的主要化学成分

Table 2 Main chemical composition of waste slurry

Composition	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	K₂O	MgO	Na₂O
Mass fraction/%	59.02	25.32	10.00	3.76	1.51	0.39

图1 废弃泥浆的XRD谱

Fig.1 XRD pattern of waste slurry

表3 PAM类絮凝剂浓度

Table 3 Concentration of PAM flocculants

No.			Mass fraction/%
APAM	CPAM	NPAM	Mass fraction/%
A-01	C-01	N-01	0.1
A-02	C-02	N-02	0.2
A-03	C-03	N-03	0.3
A-04	C-04	N-04	0.4

图2 不同PAM类絮凝剂絮凝后上清液体积变化

Fig.2 Supernatant volume variation after flocculation with different PAM flocculants

图3 泥浆含水率、絮凝剂添加量与絮凝剂浓度的关系

Fig.3 Slurry water content， flocculant dosage as a function of flocculant concentrations

图4 不同浓度下APAM、CPAM和NPAM絮凝剂絮凝后上清液浊度随时间的变化

Fig.4 Variations in supernatant turbidity over time after flocculation by APAM， CPAM， and NPAM flocculants at different concentrations

图5 加入0.2%APAM絮凝剂的泥浆絮凝前后的XRD谱

Fig.5 XRD patterns of slurry with 0.2% APAM flocculant before and after flocculation

图6 泥浆絮凝前后包含mapping图的SEM照片

Fig.6 SEM images with mapping images of slurry before and after flocculation

图7 泥浆絮凝前后的EDS能谱

Fig.7 EDS spectra of slurry before and after flocculation

图8 不同絮凝剂絮凝前后泥浆颗粒粒径分布曲线

Fig.8 Particle size distribution curves of slurry before and after flocculation with different flocculants

图9 泥浆絮凝机理示意图

Fig.9 Schematic diagram of flocculation mechanism of slurry

图10 在絮凝前后泥浆中种植黑麦草不同时间内的生长状况（左边塑料花盆为絮凝后泥浆种植土，右边为未絮凝空白对照组）

Fig.10 Growth status of ryegrass planted in flocculated and unflocculated slurry at different time （left pot contains planting soil prepared from flocculated slurry， right pot represents unflocculated blank control group）

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