李 葉

(遼寧省河庫管理服務(wù)中心，遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

城市中小型河道由于水體循環(huán)自凈能力弱，河道斷面較窄，水流流速緩慢，降雨所攜帶的污染物以及排污口污染物進(jìn)入河道后，造成河道底泥沉積嚴(yán)重，影響河道的生態(tài)環(huán)境。近些年來，河道底泥清淤技術(shù)逐步得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，主要分為三種方式，第一是工程清淤，采用大型清淤設(shè)備進(jìn)行工程疏浚，這種方式造價(jià)較高，一般適用于大型河道；第二是環(huán)保清淤，這種方式一般針對大型河道底泥中的重金屬等不能降解的污染物進(jìn)行環(huán)保清淤；第三為生態(tài)清淤，注重河道底泥清淤的同時(shí)更注重對河道的生態(tài)修復(fù)。大型清淤設(shè)備很難應(yīng)用在城市中小型河道底泥清淤中，此外城市中小型河道還承擔(dān)城市景觀美化的作用，為此急需研發(fā)一種適用于中小型河道經(jīng)濟(jì)、簡單、實(shí)用的生態(tài)清淤技術(shù)。從20世紀(jì)開始，結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)被逐步應(yīng)用到水體凈化中，研究成果表明結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)可將水體中的固液進(jìn)行有效分離，水體凈化效果明顯，但在城市中小型河道生態(tài)清淤中還未得到應(yīng)用，為此，本文結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)方式分析結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)在河道底泥生態(tài)清淤中的應(yīng)用效果，并基于該技術(shù)，形成以水下抽吸-結(jié)團(tuán)絮凝濃縮-脫水為一體的生態(tài)清淤工藝，研究成果可為城市中小型河流底泥生態(tài)清淤提供新的工藝和技術(shù)。

1 試驗(yàn)方法

結(jié)合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方式分析結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)對河底污泥的生態(tài)清淤效果，對沈陽市某中小型河道的底泥進(jìn)行了采樣，主要分析指標(biāo)包括不同投藥量下的出水濁度、平均沉速、出泥含水率以及污泥比阻，出水濁度是底泥固化的重要衡量指標(biāo)，平均沉速主要反映河道底泥固液分離的效率指標(biāo)，污泥比阻則是反映結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)脫水性能的主要指標(biāo)，出泥含水率是反映底泥濃縮效率的重要指標(biāo)。出水濁度主要采用濁度在線監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測，平均沉速通過測定測速時(shí)間和距離進(jìn)行反推試驗(yàn)得到，污泥比阻通過比測試驗(yàn)得到具體參數(shù)值。底泥含水率則通過烘干沉重的試驗(yàn)方式得到。試驗(yàn)藥劑主要選用復(fù)合氯化鋁，并將其濃度設(shè)置為25g/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，輔助絮凝選用陽離子試劑，并將其進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬笈渲贸蓾舛葹?g/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。試驗(yàn)設(shè)備場景布置如圖1所示。

圖1 結(jié)團(tuán)絮凝對底泥固液分離的試驗(yàn)設(shè)備

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同底泥濃度投藥量的比例試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法探討不同底泥濃度在各投藥比例下的影響，各底泥濃度試驗(yàn)結(jié)果見表1—3，并分析各試驗(yàn)指標(biāo)隨投藥量比例的變化過程，結(jié)果如圖2所示。

表1 底泥濃度為2g/L時(shí)不同試藥量的試驗(yàn)結(jié)果

表2 底泥濃度為4g/L時(shí)不同試藥量的試驗(yàn)結(jié)果

表3 底泥濃度為6g/L時(shí)不同試藥量的試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同投藥量下各底泥濃度試驗(yàn)結(jié)果

從表1—3及圖2中可以看出，當(dāng)試驗(yàn)底泥的濃度為2g/L時(shí)，投放藥劑的比例在3.5%～4.0%之間時(shí)，各試驗(yàn)影響指標(biāo)變化較為穩(wěn)定，達(dá)到最佳試驗(yàn)值；而當(dāng)試驗(yàn)底泥的濃度為4g/L時(shí)，投放藥劑的比例在3.0%～3.5%之間時(shí)，各試驗(yàn)影響指標(biāo)變化達(dá)到最佳試驗(yàn)值；當(dāng)試驗(yàn)底泥的濃度為6g/L時(shí)，投放藥劑的比例在2.0%～3.0%之間時(shí)，各試驗(yàn)影響指標(biāo)變化較為穩(wěn)定，達(dá)到最佳試驗(yàn)值。因此隨著底泥濃度的增加，投放藥劑的比例越低，其試驗(yàn)指標(biāo)變化越為穩(wěn)定。從圖2中可看出，隨著底泥濃度的遞增，出水濁度呈現(xiàn)先遞減、后增加、再趨于穩(wěn)定的變化趨勢，當(dāng)投入藥劑的比例達(dá)到最高值時(shí)，又逐步降低，從平均沉速、污泥比阻的變化過程可看出，和出水濁度指標(biāo)變化過程較為類似，藥劑投放最佳比例為3.0%，出泥含水率變化隨著藥劑投放量的變化，總體呈現(xiàn)反曲線變化，藥劑投放最佳比例為5.0%，因此可歸納出當(dāng)當(dāng)?shù)啄酀舛仍?～6g/L時(shí)，藥劑投放量應(yīng)控制在3.5%～5.0%之間，能保證各試驗(yàn)指標(biāo)達(dá)到最佳值。

2.2 投藥量對結(jié)團(tuán)絮凝體效果影響的分析結(jié)果

結(jié)合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方式，分析投藥比例對結(jié)團(tuán)絮凝體效果的影響，試驗(yàn)分析結(jié)果見表4及圖3。

表4 底泥濃度為6g/L時(shí)不同試藥量下結(jié)團(tuán)絮凝體效果影響

圖3 不同投藥量下結(jié)團(tuán)絮凝體試驗(yàn)結(jié)果

從表4、圖3試驗(yàn)結(jié)果可看出，當(dāng)?shù)啄酀舛葹?g/L時(shí)，隨著藥品投入量的逐步增加，出水濁度呈現(xiàn)明顯的遞減變化趨勢。當(dāng)藥劑投入量為1.30%時(shí)，出水濁度達(dá)到最低值，在此之后隨著藥劑投入量的增加，出水濁度呈現(xiàn)緩慢遞增的變化趨勢，在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析中，初始絮凝膠體顆粒未能處于穩(wěn)定變化的形態(tài)，底部結(jié)團(tuán)絮凝效果不理想，未能形成明顯的懸浮物質(zhì)層；當(dāng)藥劑投放比例達(dá)到2.0%時(shí)，絮凝膠體穩(wěn)定變化形態(tài)初步形成，隨著藥劑投放量的逐步增加，出水濁度并未能顯著增加。從結(jié)團(tuán)絮凝體水濁度分析結(jié)果可看出，藥劑投放量具有一定的緩沖效應(yīng)。當(dāng)藥劑投放量增加到1.30%以后，底部區(qū)域高密度的初始顆粒密度逐步增加，隨著藥劑投入量的逐步增加，底泥固體顆粒的沉降速度逐步減緩，當(dāng)藥劑投放量增加到2.00%以后，底泥固液分離效果顯著。當(dāng)藥劑投放量在1.3%～2.5%之間時(shí)，底泥出泥含水率可以穩(wěn)定在90%左右。當(dāng)藥劑投放量增加到2.0%以后，試驗(yàn)底泥的污泥比阻呈現(xiàn)較為明顯的遞減變化。

2.3 攪拌速度對結(jié)團(tuán)絮凝體效果影響的分析結(jié)果

攪拌轉(zhuǎn)速是結(jié)團(tuán)絮凝體固液分離效果影響的主要因素，為此結(jié)合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析不同攪拌轉(zhuǎn)速對結(jié)團(tuán)絮凝體效果的影響，試驗(yàn)分析結(jié)果見表5及圖4。

表5 不同攪拌轉(zhuǎn)速對結(jié)團(tuán)絮凝體效果影響的試驗(yàn)分析結(jié)果

圖4 不同攪拌轉(zhuǎn)速下各試驗(yàn)指標(biāo)變化結(jié)果

從表5、圖4試驗(yàn)分析結(jié)果可分析，隨著攪拌轉(zhuǎn)速的變化，各試驗(yàn)指標(biāo)變化不同，當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速達(dá)到10r/min，底泥的出水濁度達(dá)到峰值。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速達(dá)到13r/min，底泥清淤的平均沉速出現(xiàn)最大值，攪拌轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)變化都會影響沉降速度。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速小于11r/min時(shí)，底部淤泥懸浮層密度較小，懸浮層厚度較低，當(dāng)顆粒沉降速度在4.31～4.65cm/s之間時(shí)，隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加，沉降顆粒大小逐步遞減。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速為11r/min時(shí)，其出泥含水率達(dá)到最低值，但污泥比阻總體變化趨勢較弱，從試驗(yàn)出泥含水率分析結(jié)果還可看出，采用結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)后，試驗(yàn)河道底泥的濃縮效果顯著，可濃縮到7～9倍。

2.4 水力停滯時(shí)間對結(jié)團(tuán)絮凝體效果影響的分析結(jié)果

分析了水力停滯時(shí)間對結(jié)團(tuán)絮凝體效果的影響，試驗(yàn)分析結(jié)果見表6。

表6 不同水力停滯時(shí)間對結(jié)團(tuán)絮凝體各指標(biāo)的影響分析試驗(yàn)結(jié)果

從表6試驗(yàn)分析結(jié)果可看出，水力停滯時(shí)間對底泥出水濁度影響十分明顯，當(dāng)水力滯留時(shí)間大于100s以后，其出水濁度呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的變化，而到水力滯留時(shí)間低于100s，由于由于分離固體顆粒密度的增加，使得底泥固體顆粒沉降速度下降較為顯著。從水力滯留時(shí)間和出泥含水率變化關(guān)系可看出，同樣當(dāng)水力滯留時(shí)間低于100s時(shí)，底泥固體顆粒密度逐步減小，使得其出泥含水率和污泥比阻均呈現(xiàn)遞減變化，影響試驗(yàn)底泥結(jié)團(tuán)絮凝體效果。

3 試驗(yàn)結(jié)論

(1)藥劑投放量對于結(jié)團(tuán)絮凝體的沉降速率具有顯著影響，在實(shí)際操作中，當(dāng)?shù)啄酀舛仍?～6g/L時(shí)，藥劑投放量應(yīng)控制在3.5%～5.0%之間。

(2)水力滯留時(shí)間對結(jié)團(tuán)絮凝體的形成具有顯著影響，在實(shí)際清淤過程中，為保證清淤效果，應(yīng)盡量控制水力滯留時(shí)間大于100s。

(3)采用結(jié)團(tuán)絮凝技術(shù)后，試驗(yàn)河道底泥的濃縮效果顯著，可濃縮到7～9倍，生態(tài)清淤效果較為明顯，但本文未對試驗(yàn)底泥的固體顆粒以及直徑大小進(jìn)行試驗(yàn)分析，在以后的研究中還應(yīng)針對這兩個(gè)要素進(jìn)行對底泥固液分離的影響。