黃英豪，吳 敏，陳 永，王 碩，王文翀，武亞軍

(1.南京水利科學(xué)研究院，南京 210024；2.南京水利科學(xué)研究院 河湖庫(kù)底泥處理與資源化利用研究中心，南京 210024；3.上海大學(xué)，上海 200444)

隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程的加快，港口航道泥沙淤積、河湖庫(kù)底泥淤積現(xiàn)象嚴(yán)重。淤積底泥大大降低了港口航道的通航調(diào)蓄洪水的能力，并造成河湖庫(kù)的水質(zhì)污染、水體惡化[1]。清淤是解決上述問(wèn)題的重要途徑。我國(guó)多使用環(huán)保清淤方式進(jìn)行疏浚作業(yè)，可有效避免淤泥泄露、污染物擴(kuò)散等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的河湖庫(kù)整治和港口航道清淤工程中每年都有數(shù)十億m3的疏浚淤泥產(chǎn)生[2]，例如太湖第一輪清淤已經(jīng)將3 600萬(wàn)m3污染底泥全部清除，而正在開展的太湖第二輪清淤，疏浚工程量仍然高達(dá)1 800萬(wàn)m3[3]。

環(huán)保疏浚出的淤泥具有含水率高、粘粒含量高、不排水強(qiáng)度低、壓縮性大、滲透性小等特點(diǎn)。產(chǎn)生于內(nèi)陸區(qū)的淤泥，一般通過(guò)設(shè)置貯泥場(chǎng)或者低洼區(qū)直接進(jìn)行拋填處理[4]；海洋或近海地區(qū)產(chǎn)生的淤泥一般通過(guò)吹填造陸或海洋拋棄的方法進(jìn)行處理[5]。淤泥中常含有重金屬、營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)污染物等，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)這些污染物質(zhì)會(huì)析出，造成土壤和地下水污染，破壞生態(tài)環(huán)境[6]。傳統(tǒng)的堆場(chǎng)處置方法由于天然排水固結(jié)緩慢占用大量的土地資源而逐漸被限制[7-8]。因此，如何在短時(shí)間內(nèi)快速高效地實(shí)現(xiàn)高含水率疏浚泥漿泥水分離，加快堆場(chǎng)土地的快速還原，成為亟需解決的問(wèn)題。

絮凝技術(shù)就是向疏浚淤泥中添加絮凝劑，通過(guò)絮凝劑的壓縮雙電層和吸附架橋等作用，使泥漿中小的絮體聚合成大的絮團(tuán)沉降，加速泥水分離。對(duì)絮凝技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)絮凝劑不僅可顯著提高疏浚淤泥沉降速率，還具有使有機(jī)質(zhì)、金屬離子和淤泥顆粒共同沉降團(tuán)聚等效能[9-12]。絮凝技術(shù)最初被應(yīng)用于污泥脫水工藝中，高效絮凝劑的制備是絮凝技術(shù)的核心問(wèn)題。國(guó)外在絮凝劑方面的研究較早，美國(guó)科學(xué)家BUTTERFIELD[13]于1935年最早從活性污泥中篩選出一種可分泌絮凝功能膠體的微生物細(xì)菌。國(guó)內(nèi)在絮凝劑制備方面起步較晚但發(fā)展迅速，從1970年起先后開發(fā)出一些無(wú)機(jī)絮凝劑產(chǎn)品。到目前為止在無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑、復(fù)合絮凝劑方面發(fā)展日益完善。針對(duì)堆場(chǎng)淤泥脫水困難的問(wèn)題，學(xué)者們將絮凝劑應(yīng)用于疏浚淤泥的調(diào)理中，研究表明絮凝劑也能顯著改善疏浚淤泥的脫水性能，提升脫水效率[14-16]。本文從疏浚淤泥自然沉積基本規(guī)律出發(fā)，系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)外主要的絮凝劑種類以及微觀層面的絮凝機(jī)理，并探討了絮凝技術(shù)聯(lián)合土工管袋、真空預(yù)壓、板框壓濾等技術(shù)處理高含水率淤泥的脫水效果，以期為我國(guó)疏浚淤泥脫水工程提供借鑒與參考。

1 疏浚淤泥沉積過(guò)程

1.1 天然分布底泥的分層特性

底泥一般指江河湖庫(kù)的沉積物，通常由粘土、泥沙、有機(jī)質(zhì)及各種礦物混合組成。底泥在長(zhǎng)期沉積過(guò)程中性質(zhì)具有明顯的分層性，根據(jù)底泥的厚度將底泥自上而下分成浮泥層、中間層和下部的穩(wěn)定層[17]。在進(jìn)行環(huán)保疏浚過(guò)程中，疏浚的主要是上部浮泥層，這一層含污染物較多且容易產(chǎn)生污染，是上覆水體的主要污染源。中間層同樣也是環(huán)保疏浚過(guò)程中的重點(diǎn)處理對(duì)象；底部的穩(wěn)定層屬于自然構(gòu)造層，疏浚時(shí)需要將其保留下來(lái)。

1.2 疏浚淤泥沉積特性

天然沉積底泥在疏浚時(shí)會(huì)被擾動(dòng)，形成為高含水率的泥漿狀態(tài)后進(jìn)入淤泥堆場(chǎng)。對(duì)于疏浚淤泥的自重沉積過(guò)程，一些學(xué)者已經(jīng)開展了相關(guān)研究。IMAI[18]通過(guò)大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)低濃度泥漿自然沉積主要存在絮凝、沉降、固結(jié)三階段，如圖1所示，首先在絮凝階段，絮凝體開始產(chǎn)生，此時(shí)無(wú)沉降發(fā)生；其次在沉降階段，絮凝體發(fā)生阻滯沉降，形成的沉積物逐漸開始固結(jié)，并形成三個(gè)區(qū)，從上至下依次為上覆水、沉降區(qū)、固結(jié)區(qū)，上覆水與沉降區(qū)之間會(huì)形成一個(gè)清晰的泥水分界面，而沉降區(qū)與固結(jié)區(qū)之間為非線性的沉積物形成線，即新的沉積物在此邊界上形成；當(dāng)沉降區(qū)逐漸消失全部轉(zhuǎn)化為固結(jié)區(qū)，開始進(jìn)入固結(jié)階段，固結(jié)區(qū)中的沉積物全部開始固結(jié)，并最終趨于穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)的何洪濤等[19-21]的研究也發(fā)現(xiàn)較類似的現(xiàn)象。大量研究表明，由于淤泥中粘粒含量高，僅靠自身作用難以形成大量絮體，造成沉降緩慢，不能形成密實(shí)土體。絮凝技術(shù)正是基于淤泥的沉積過(guò)程，通過(guò)加入絮凝藥劑，加速絮凝體的形成速率，促進(jìn)大絮團(tuán)的產(chǎn)生，縮短沉降時(shí)間，使淤泥形成相對(duì)密實(shí)的沉積土體。

圖1 沉降與自重固結(jié)的一般過(guò)程[18]

2 絮凝劑的種類

用于疏浚淤泥中的絮凝劑本身來(lái)自于城市污水污泥處理、尾礦業(yè)、含油廢水處理[22]等不同的工業(yè)領(lǐng)域。絮凝劑根據(jù)其化學(xué)組成成分一般分為四大類：無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑、復(fù)合絮凝劑，具體分類見圖2。疏浚工程上通常采用無(wú)機(jī)高分子和有機(jī)高分子絮凝劑，主要有聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺類絮凝劑。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑投加量大，生成的絮凝體較??；而有機(jī)高分子絮凝劑的絮凝效果雖較好，但濾餅含水率較高，由于兩者在單獨(dú)使用過(guò)程中都受到限制，因此工程上常將兩者聯(lián)合使用[23]。

圖2 絮凝劑分類

2.1 無(wú)機(jī)絮凝劑

(1)無(wú)機(jī)小分子絮凝劑。無(wú)機(jī)小分子絮凝劑主要分為兩大類：一類是以硫酸鋁、氯化鋁和明礬等為主的無(wú)機(jī)小分子鋁鹽類絮凝劑；另一類是以硫酸鐵、三氯化鐵水合物、硫酸亞鐵水合物等為主的鐵鹽類無(wú)機(jī)小分子絮凝劑。

(2)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。單一的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽的聚合物。主要有聚合氯化鋁(PAC)，聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硅酸(PS)、活化硅酸(AS)等。復(fù)合型的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑有聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚合氯硫酸鐵(PFCS)、聚合磷酸鋁鐵(PAFP)、硅鈣復(fù)合型聚合氯化鐵(SCRC)等[24]。與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)小分子絮凝劑相比，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑能夠提供大量的絡(luò)合離子，有效破壞膠體穩(wěn)定性，吸附膠體微粒；形成絮凝體速率較快、沉降速率也較快、形成的絮體密度大，在去除COD、色度以及微生物方面有較好的效果。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑適應(yīng)的PH值變化范圍廣、溫度區(qū)間大，工業(yè)生產(chǎn)成本比較低。因此廣泛應(yīng)用于煤炭、石油、疏浚、環(huán)保等生產(chǎn)領(lǐng)域[25]。

2.2 有機(jī)絮凝劑

根據(jù)有機(jī)物質(zhì)來(lái)源不同，有機(jī)絮凝劑可以進(jìn)一步細(xì)分為合成有機(jī)高分子絮凝劑和天然有機(jī)高分子絮凝劑兩大類。

(1)合成有機(jī)高分子絮凝劑。合成有機(jī)高分子絮凝劑中含有—COO—、—NH—、—OH—等親水基團(tuán)，因其具有用量小、絮凝效果好、沉淀速度快、形成的絮體大且易分離等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于水處理中。主要以聚乙烯、聚丙烯類聚合物及其共聚物為主，其中聚丙烯酰胺類絮凝劑在水處理中用量較大。聚丙烯酰胺系列有機(jī)高分子絮凝劑因其具有分子量高、吸附架橋能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)在水處理應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的優(yōu)越性。王春梅等[26]發(fā)現(xiàn)使用陽(yáng)離子改性聚丙烯酰胺(MPAM)后能明顯降低印染廢水的COD值并加快沉降速度。

(2)天然有機(jī)高分子絮凝劑。目前，常用的天然有機(jī)高分子絮凝劑主要有淀粉基絮凝劑[27]、殼聚糖基絮凝劑、纖維素基絮凝劑、木質(zhì)素基絮凝劑等。天然有機(jī)高分子絮凝劑具有對(duì)環(huán)境友好、安全無(wú)毒、生產(chǎn)成本低廉、易于降解等優(yōu)點(diǎn)。RODERO M del R等[28]選擇Zetag、陽(yáng)離子纖維素納米晶體、殼聚糖和氯化鐵作為采集材料，在微藻的半連續(xù)培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，在5個(gè)連續(xù)的收獲周期中均能以超過(guò)90%的效率有效地絮凝生物質(zhì)。

2.3 微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是由真菌、細(xì)菌等在內(nèi)的微生物或者由其產(chǎn)生的一系列產(chǎn)物經(jīng)提取精制得到的具備絮凝能力的生物高分子化合物[29-30]。主要有糖蛋白、粘多糖、核酸等高分子化合物[31]。與人工合成絮凝劑相比，生物絮凝劑具有安全無(wú)毒、高效環(huán)保、自然降解、無(wú)污染排放等優(yōu)點(diǎn)[32]。KURANE R等[33]利用紅平紅球菌，在特定的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件下，制成NOC-1微生物絮凝劑，NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑，具有很強(qiáng)的絮凝活性。

2.4 復(fù)合絮凝劑

復(fù)合絮凝劑是指由兩種或兩種以上絮凝劑在某些特定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所形成的新型絮凝劑。針對(duì)成分復(fù)雜的污水體系，復(fù)合絮凝劑可克服單一絮凝劑的不足，充分發(fā)揮多種絮凝劑的協(xié)同作用，產(chǎn)生顯著的增效互補(bǔ)作用。按照各個(gè)組分化合物類型可分為無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑、無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑、有機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑3大類[34]。

(1)無(wú)機(jī)復(fù)合型絮凝劑。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑水解產(chǎn)生大量的多羥基絡(luò)合離子，通過(guò)吸附架橋交聯(lián)作用，能夠有效吸附溶液中的膠體粒子，使之聚沉；同時(shí)還發(fā)生電性中和反應(yīng)，無(wú)機(jī)復(fù)合型絮凝劑水解產(chǎn)生的帶電離子能夠中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，壓縮了雙電層的厚度，降低了ζ電位，膠體離子之間由原來(lái)的相互排斥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ノ隣顟B(tài)，增大膠體微粒碰撞的機(jī)率，膠體聚合在一起產(chǎn)生較大的絮凝體。目前研究較多的是鐵鹽、鋁鹽復(fù)合絮凝劑及聚硅酸金屬鹽類復(fù)合絮凝劑[35-37]。

(2)有機(jī)復(fù)合型絮凝劑。有機(jī)復(fù)合型絮凝劑是有機(jī)高分子絮凝劑之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，復(fù)配形成新型復(fù)合絮凝劑。呂文彬等[38]將CPAM與APAM或NPAM復(fù)合使用時(shí)較單獨(dú)使用CPAM時(shí)脫水效果更好，均能改善污泥的脫水特性。王慶等[39]研究表明，當(dāng)PAM與PAAS的配比為2:1時(shí)，對(duì)泥中鐵、鈷、錳、銀的去除率均可達(dá)到90%以上。

(3)無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型絮凝劑。參與復(fù)配的無(wú)機(jī)絮凝劑包括鐵鹽、鋁鹽等，有機(jī)絮凝劑包括殼聚糖、聚丙烯酰胺等。無(wú)機(jī)高分子聚合物水解產(chǎn)物能有效吸附水中的懸浮膠粒和雜質(zhì)，形成較大絮體并沉積；而有機(jī)高分子絮凝劑通過(guò)水解產(chǎn)生大量絡(luò)合離子，與水中膠體微粒發(fā)生吸附架橋作用。吸附在有機(jī)高分子絮凝劑上的活性基團(tuán)對(duì)水中膠體顆粒及其他雜質(zhì)顆粒產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，使之聚集下沉。同時(shí)，無(wú)機(jī)絮凝劑水解產(chǎn)生的帶電離子與污染物表面電荷發(fā)生電性中和作用，有效促進(jìn)有機(jī)高分子的絮凝作用，使得無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型絮凝劑絮凝效果較好。孫雨涵等[40]通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CPAM+PAC組合能大大促使吹填淤泥絮凝成團(tuán)并沉積，泥水分離界限明顯，含水率大幅度降低。王海良等[41]復(fù)摻PAC和APAM、PAC和CPAM，確定了針對(duì)不同含水率的渣土廢泥漿的最佳摻量比，一定程度上緩解了地鐵盾構(gòu)出來(lái)的大量渣土廢泥漿污染環(huán)境且不便施工的現(xiàn)狀。

3 絮凝機(jī)理

20世紀(jì)40年代，蘇聯(lián)學(xué)者Derjaguin和Landau以及荷蘭學(xué)者Verwey和Overbeek分別獨(dú)立提出了關(guān)于微小顆粒之間的相互吸引力(能)與雙電層排斥力(能)計(jì)算方法，據(jù)此對(duì)憎水膠體的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量處理，被稱作膠體穩(wěn)定性DLVO理論[42]。經(jīng)典DLVO理論是現(xiàn)代絮凝科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，其從膠體顆粒間的斥力勢(shì)能和引力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換的角度揭示了膠體失穩(wěn)和產(chǎn)生絮凝沉淀的原因。目前，對(duì)絮凝機(jī)理的解釋主要有以下幾種。

3.1 壓縮雙電層和吸附-電中和作用

根據(jù)DLVO理論，降低ζ電位能夠有效降低排斥能峰，加速膠粒相撞聚集。在水溶液中投入電解質(zhì)可降低膠粒的ζ電位。大多數(shù)粘土顆粒表面帶負(fù)電荷，投入Al3+、Fe3+等陽(yáng)離子電解質(zhì),可以中和粘土顆粒表面的負(fù)電荷，雙電層厚度被壓縮。為保持膠體電性中和所需要的擴(kuò)散層厚度，膠體滑動(dòng)面上的ζ電位降低，膠體顆粒因失去穩(wěn)定性而迅速聚沉，圖3為壓縮雙電層作用示意圖。對(duì)于鐵鹽和鋁鹽而言，主要脫水機(jī)理為壓縮雙電層和吸附-電性中和過(guò)程。

圖3 壓縮雙電層作用

3.2 吸附架橋作用

有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子絮凝劑利用其活性部位吸附溶液中的膠體和懸浮物，通過(guò)靜電引力、范德華力和氫鍵等作用力，將膠粒架橋聯(lián)結(jié)成較大絮凝體，進(jìn)而沉淀下來(lái)[43]。圖4為吸附架橋模型示意圖。不僅帶異種電荷的高分子絮凝劑與水中膠粒產(chǎn)生強(qiáng)烈吸附作用，不帶電甚至帶有同種電荷的高分子物質(zhì)也會(huì)與膠粒產(chǎn)生吸附作用。當(dāng)投入高分子絮凝劑的量過(guò)多時(shí)，膠粒的表面全部被高分子絮凝劑包裹覆蓋，兩膠?；ハ嗫拷鼤r(shí)由于受到高分子的阻礙作用膠粒之間不能聚集沉降，被稱為“膠體保護(hù)”作用。圖5為膠體保護(hù)模型示意圖。

圖4 架橋模型示意圖

圖5 膠體保護(hù)示意圖

3.3 網(wǎng)捕卷掃作用

投加金屬鹽類絮凝劑進(jìn)行絮凝時(shí)，若投加量過(guò)大，水解產(chǎn)生大量帶有一定正電荷的氫氧化物，吸附水中帶電的膠體顆粒物。此外，它們之間會(huì)相互粘結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可對(duì)水中的膠粒進(jìn)行網(wǎng)捕卷掃作用，從而發(fā)生共聚沉降。網(wǎng)捕卷掃作用發(fā)生，除了要有較高的金屬鹽類電解質(zhì)投加量外，水溶液中還需要有較高的PH值和堿度。

壓縮雙電層、電性中和、吸附架橋以及卷掃網(wǎng)捕作用等是目前比較公認(rèn)的絮凝機(jī)理。在絮凝作用中，顆粒物的沉降聚集大都是幾種作用共同作用的結(jié)果。在微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理學(xué)說(shuō)中，微生物絮凝劑的絮凝過(guò)程可看成是電荷中和、吸附架橋和卷掃、網(wǎng)捕等物理化學(xué)過(guò)程共同作用的結(jié)果[44]。

4 絮凝劑聯(lián)合技術(shù)處理疏浚淤泥

疏浚淤泥在堆場(chǎng)內(nèi)自重沉積幾年后仍只能在表面形成20～30 cm厚的天然硬殼層，表面雖然干化，但內(nèi)部仍呈水性膠狀[45]。因此，堆場(chǎng)淤泥僅靠自然晾曬風(fēng)干脫水，占地面積大，脫水時(shí)間長(zhǎng)，沉積固結(jié)緩慢[46]。王黨偉等[47]提出水鉸鏈假說(shuō)，解釋了淤泥難以自然脫水的原因。加入絮凝劑可以加速落淤沉降過(guò)程，但僅僅依靠投加絮凝劑對(duì)降低淤泥含水率的程度有限，需要采取聯(lián)合技術(shù)提高土體的強(qiáng)度，并進(jìn)一步降低含水率。以下梳理了一些絮凝劑聯(lián)合其他技術(shù)的復(fù)合處理方法。

4.1 絮凝劑聯(lián)合真空預(yù)壓技術(shù)

真空預(yù)壓脫水法是利用抽真空來(lái)加固軟土地基的一種地基加固方法[48]。因其在軟基加固處理中效果較好，故將此技術(shù)應(yīng)用到淤泥堆場(chǎng)中。此方法是加速泥水快速分離的一種較為有效的途徑[49]。傳統(tǒng)的真空預(yù)壓法存在固結(jié)周期長(zhǎng)、深層土體固結(jié)不足等問(wèn)題，難以達(dá)到預(yù)期的處理效果[50]。

絮凝劑聯(lián)合真空預(yù)壓法能夠加快顆粒沉積固結(jié)速度，有較好的排水效果。武亞軍等[51]利用絮凝-真空預(yù)壓法進(jìn)行了工程廢漿處理試驗(yàn)，土體的含水率和孔隙比在處理后都大幅度降低，有效緩解了排水板淤堵現(xiàn)象。徐志豪等[52]在疏浚淤泥中先后加入固化劑和絮凝劑，利用絮凝劑調(diào)理來(lái)強(qiáng)化固化劑化學(xué)膠結(jié)，再引入低位真空預(yù)壓技術(shù)，提出絮凝-固化聯(lián)合真空預(yù)壓法來(lái)處理高含水率泥漿。王東星等[53]選取5種化學(xué)絮凝試劑，結(jié)合真空預(yù)壓脫水技術(shù)，結(jié)果表明添加適量絮凝劑能大幅度地降低淤泥的含水率。WANG等[54]研究了復(fù)合絮凝劑FeCl3-APAM結(jié)合真空預(yù)壓脫水技術(shù)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合絮凝劑在1:5的配比下可以最大程度地緩解排水板淤堵現(xiàn)象，固化底泥中的重金屬物質(zhì)。絮凝-真空預(yù)壓法聯(lián)合處理高含水率淤泥漿筑堤示意圖如圖6所示。

圖6 絮凝-真空預(yù)壓法處理淤泥泥漿筑堤示意圖

4.2 絮凝劑聯(lián)合土工管袋技術(shù)

土工管袋脫水技術(shù)是利用高強(qiáng)度土工織物的過(guò)濾性能，在泥漿泵的壓力和重力作用下將淤泥中的水分透過(guò)管袋壁濾出。土工管袋直徑可根據(jù)需要變化，最大已超過(guò)5 m，長(zhǎng)度最大可達(dá)到200 m[55]。用于疏浚工程的土工管袋材料主要有聚丙烯(PP)和聚酯(PT)兩大類[56]。該技術(shù)最初被應(yīng)用于圍堤、圍堰工程中[57]，近些年逐漸用于江河湖海淤泥的脫水處理中[58]，脫水處理后的土體含水率可達(dá)50%～60%。王琦等[59]指出土工管袋內(nèi)泥漿的脫水固結(jié)速度主要與土工織物等效孔徑、織造結(jié)構(gòu)、織造方式等因素有關(guān)。查道平等[60]利用聚丙烯酰胺為脫水藥劑聯(lián)合土工管袋技術(shù)，應(yīng)用于蘇州河四期底泥疏浚工程中，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。圖7為絮凝劑聯(lián)合土工管袋工藝流程圖。

4.3 絮凝劑聯(lián)合板框壓濾機(jī)脫水技術(shù)

機(jī)械脫水是實(shí)現(xiàn)固液分離的重要手段，常用的有帶式、離心式和板框壓濾脫水設(shè)備，板框壓濾設(shè)備因操作簡(jiǎn)單、處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定，已開始應(yīng)用于大規(guī)模疏浚淤泥的脫水處理工程中，脫水處理后土體的含水率可降至30%～50%。板框壓濾技術(shù)需提前向疏浚淤泥中添加絮凝劑，再通過(guò)板框壓濾機(jī)對(duì)調(diào)理后的淤泥進(jìn)行高壓和濃縮處理。板框壓濾脫水是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的一種淤泥處治技術(shù)。王菲等[61]以武漢市官橋湖底泥為研究對(duì)象，利用3種絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)、氯化鋁(AlCl3)、氯化鐵(FeCl3)聯(lián)合板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，試驗(yàn)結(jié)果表明投加量對(duì)淤泥的脫水率的影響，單一絮凝劑不足以穩(wěn)固淤泥中的污染物。吳思麟等[62]將泥漿混合絮凝劑在濃縮池進(jìn)行沉淀分離濃縮，后泵入板框壓濾機(jī)進(jìn)行快速脫水，提出了一種“泥漿濃縮—板框壓濾—處置利用”的新工藝。絮凝聯(lián)合板框脫水干處理工藝如圖8所示。

圖8 絮凝聯(lián)合板框脫水處理工藝 圖9 電滲裝置示意圖

4.4 絮凝劑聯(lián)合電滲技術(shù)

電滲技術(shù)是一種利用電能促進(jìn)軟土地基排水并加速固結(jié)的地基處理方法，在低滲透性土、深層土體處理方面效果較好。但目前關(guān)于電滲法的研究集中在理論和試驗(yàn)研究階段，還未在實(shí)際工程中得到大規(guī)模應(yīng)用。近年來(lái)電滲技術(shù)也逐步應(yīng)用于疏浚淤泥脫水中。KARUNARATNE等[63]用絮凝劑聯(lián)合單一逐級(jí)加壓方案的室內(nèi)電滲試驗(yàn)對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行研究，既充分發(fā)揮絮凝劑加速土體脫水的效用，又解決了電滲法前期排水固結(jié)效率低的問(wèn)題。圖9為電滲裝置示意圖。袁國(guó)輝等[64]采用無(wú)機(jī)絮凝劑CaCl2來(lái)優(yōu)化傳統(tǒng)電滲法，并在電滲過(guò)程中采用逐級(jí)加載電壓的通電方式處理疏浚淤泥，加固效果較好。胡江靈等[65]利用含碳蜂巢格室結(jié)構(gòu)作為陽(yáng)極，碳布和石墨氈為陰極，構(gòu)建沉積物微生物燃料電池裝置，對(duì)淤泥中的總有機(jī)碳、總氮有很好的去除效果。

5 結(jié)論與今后發(fā)展方向

5.1 結(jié)論

本文總結(jié)了絮凝劑及絮凝脫水技術(shù)在疏浚淤泥中的研究進(jìn)展，主要有以下結(jié)論。

(1)添加絮凝劑可以縮短疏浚淤泥沉積固結(jié)時(shí)間。疏浚淤泥初始含水率高、粘粒含量高、自重沉積固結(jié)緩慢。投加絮凝劑，可以促進(jìn)土顆粒絮凝，加速沉積，促進(jìn)泥水快速分離，加速堆場(chǎng)土地還原。絮凝方法在進(jìn)行快速脫水、分離污染物和改善水體環(huán)境中成效顯著，在河湖疏浚淤泥處理中已經(jīng)初步顯示出效果。

(2)絮凝劑主要有無(wú)機(jī)、有機(jī)以及兩者相復(fù)合成的各類復(fù)合型絮凝劑。無(wú)機(jī)小分子絮凝劑主要有鋁鹽類和鐵鹽類，能提供大量絡(luò)合離子促進(jìn)絮凝。有機(jī)絮凝劑分為天然類和合成高分子絮凝劑，相較于無(wú)機(jī)絮凝劑，有機(jī)高分子類絮凝劑用量少，能夠明顯改善淤泥的脫水性能，例如聚丙烯酰胺類因其絮凝性能優(yōu)異、合成工藝成熟、價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于疏浚淤泥快速絮凝技術(shù)研究之中。復(fù)合絮凝劑可克服單一絮凝劑的不足，充分發(fā)揮多種絮凝劑的協(xié)同增效互補(bǔ)作用。

(3)絮凝作用機(jī)理是在膠體穩(wěn)定性DLVO理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要有壓縮雙電層、電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用等。以上幾種機(jī)理在絮凝過(guò)程中往往同時(shí)存在，共同作用，只是在不同的環(huán)境條件下占主導(dǎo)地位的作用機(jī)理不同。實(shí)際工程中，應(yīng)針對(duì)底泥的性質(zhì)，依據(jù)絮凝機(jī)理，合理選擇絮凝劑種類和投加量，使得各絮凝機(jī)理能夠發(fā)揮各自最大效應(yīng)。

(4)由于疏浚泥漿濃度較低，盡管選擇合適的絮凝劑后能夠大幅度的降低淤泥含水率，但有時(shí)底泥性質(zhì)復(fù)雜，靠單一絮凝技術(shù)仍然難以取得滿意的效果。為了進(jìn)一步降低含水率和提高土體強(qiáng)度，絮凝技術(shù)經(jīng)常需要和其他脫水工藝相結(jié)合，由此，絮凝技術(shù)聯(lián)合真空預(yù)壓、土工管袋、電滲法、板框壓濾等復(fù)合脫水技術(shù)已逐步應(yīng)用于高含水率疏浚淤泥脫水技術(shù)研究中。

5.2 今后發(fā)展方向

(1)高效復(fù)合絮凝劑的開發(fā)和利用是絮凝材料發(fā)展的主要方向。今后復(fù)合絮凝劑的開發(fā)和應(yīng)用將會(huì)圍繞著性能的穩(wěn)定性和易制備性，使其朝著安全化、高效化、環(huán)?；约暗统杀痉较虬l(fā)展。

(2)新型生物絮凝劑有望取得重要突破。傳統(tǒng)的絮凝劑難降解，某些人工合成絮凝劑具有生物毒性，在某些場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)受到一定的限制，而河湖疏浚淤泥中的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽含量高，因此以生物絮凝劑為代表的環(huán)境友好型絮凝劑在大規(guī)模疏浚淤泥脫水工程中將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

(3)污染淤泥的絮凝機(jī)理研究。目前疏浚淤泥含有的污染物種類越來(lái)越多，性質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜，而國(guó)內(nèi)外鮮有圍繞污染物性質(zhì)對(duì)絮凝機(jī)理的系統(tǒng)研究，而絮凝過(guò)程本身是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果，故后續(xù)需要在開發(fā)污染淤泥絮凝劑的基礎(chǔ)上深入研究污染疏浚底泥的絮凝和污染物穩(wěn)定機(jī)理。

(4)淤泥絮凝處理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)對(duì)疏浚淤泥處理技術(shù)的研究已有多年時(shí)間，早期的固化處理技術(shù)等雖然沒有形成全國(guó)性或行業(yè)性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)陸續(xù)有地方標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。而淤泥絮凝技術(shù)目前尚主要借鑒于污水、污泥的處治，對(duì)于疏浚淤泥顯然不能適用，未來(lái)在淤泥絮凝技術(shù)發(fā)展到一定程度，需要及時(shí)研究出臺(tái)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。