周志宇

（遼寧省撫順?biāo)木郑|寧 撫順 113000）

1 前言

隨著城市河道規(guī)劃建設(shè)，河流需要疏浚清淤，疏浚過程中產(chǎn)生的泥沙如不進(jìn)行處理，將對周圍環(huán)境造成二次污染[1]。近年來，雖然在河道底泥治理方面取得了一定的研究成果[2-9]，但是對于城市河流沉積物的疏浚方法研究還較少，一方面主要因為城市河道底泥清淤量相比于大中型河流較少，另一方面因為城市河道底泥清淤難度較大[10]。當(dāng)前，一些地區(qū)在河道底泥生態(tài)疏浚工程中應(yīng)用了可實現(xiàn)泥沙快速高效分離的團(tuán)塊絮凝方法[11-15]，此方法具有較好的生態(tài)清淤效果，但還未應(yīng)用到城市河道疏浚清淤中。

2 生態(tài)清淤工藝簡介

分析生態(tài)疏浚技術(shù)的適用性，主要需要測量出水的渾濁度及沉淀物。沉積物固化分離的一個重要指標(biāo)是平均沉降速率，通過干燥來測量污泥的含水量，其主要試劑采用復(fù)合氯化鋁（PAC），陽離子試劑是標(biāo)準(zhǔn)溶液，有助于絮凝，進(jìn)行指數(shù)測定試驗。重力濃縮沉降法是一種絮凝性固體顆粒在稀懸浮液中的沉降技術(shù)，由于懸浮固體濃度較低且顆粒之間不發(fā)生聚集，因此在沉降過程中顆粒的形狀、粒徑和密度保持不變，互不干擾地各自獨立完成勻速沉降過程。而結(jié)團(tuán)絮凝法是一項高濃度無機(jī)顆粒廢水的固液分離技術(shù)，具有效率高、體積小、占地省等特點，對河流污泥有較好的處理效果?？傮w而言，結(jié)團(tuán)絮凝法絮凝劑用量較大，成本較高，對設(shè)備有腐蝕性，其所形成的絮狀物并不致密且含有大量水分，不利于壓力過濾，存在一定的缺陷。

3 試驗設(shè)備

泥漿濁度主要通過在線實時測量獲得，主要試驗設(shè)備為721分光光度計、PHS-3C精密pH計、電子天平、雙速恒溫震蕩器、電熱鼓風(fēng)干燥器、YXQG02手提式電熱壓力蒸氣鍋、箱式電阻爐、智能型混凝試驗攪拌儀。

4 底泥處理指標(biāo)測定

在結(jié)團(tuán)絮凝處理工藝中，有機(jī)高分子助凝劑（PAM）的作用主要是為初始粒子與既成結(jié)團(tuán)絮凝體顆粒之間提供附著力，主要起到“吸附架橋”的作用，提高絮狀粒子的初始捕集和吸附率，以便提高其結(jié)合強(qiáng)度，從而形成致密性好的球狀絮凝體。研究表明，形成高密度團(tuán)聚絮體是實現(xiàn)高效固液分離的關(guān)鍵，提高黏結(jié)強(qiáng)度是凝聚絮凝顆粒致密化的前提。PAM通過兩方面增強(qiáng)結(jié)團(tuán)絮凝體內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度，一是絮體顆粒表面PAM的覆蓋率，二是結(jié)團(tuán)絮凝體和初始粒子對PAM的吸附比率。本試驗?zāi)康闹饕▋蓚€方面，一是確定PAM投藥量對結(jié)團(tuán)絮凝濃縮河道底泥處理工藝效果的影響，二是確定不同進(jìn)泥濃度條件下PAM的適宜投藥量。分析表明，與靜態(tài)混凝試驗相比，由于結(jié)團(tuán)絮凝動態(tài)試驗中總攪拌強(qiáng)度增加，水流的剪切力增強(qiáng)，使顆粒表面的PAM覆蓋率和結(jié)團(tuán)絮凝體顆粒對初始粒子的吸附比率會下降，為了形成致密性好、粒徑大、密度高的結(jié)團(tuán)絮凝體顆粒，PAC和PAM的用量均會比靜態(tài)試驗的最佳用量有所增加。

4.1 不同投藥比例的底泥濃度影響試驗

PAC的混凝作用主要是使水中的膠體顆粒脫穩(wěn)而凝聚，在結(jié)團(tuán)絮凝工藝中，PAC的作用與普通絮凝工藝中的基本一致，主要使膠體顆粒在管式混合器中脫穩(wěn)，形成結(jié)團(tuán)絮凝體成長所需的初始粒子。本試驗分析結(jié)團(tuán)絮凝濃縮河道底泥處理工藝在不同工況條件下適宜的PAC投藥量范圍，分析研究PAC投藥量對工藝的影響。試驗過程中，控制進(jìn)水污泥濃度，對不同底泥下絮凝處理指標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果詳見表1—3。

表1 濃度為2.5 g/L的底泥濃度指標(biāo)測定結(jié)果

表2 濃度為3.5 g/L的底泥濃度指標(biāo)測定結(jié)果

表3 濃度為4.5 g/L的底泥濃度指標(biāo)測定結(jié)果

從濃度為2.5 g/L的底泥濃度指標(biāo)測定結(jié)果可看出，當(dāng)結(jié)團(tuán)絮凝方式下藥劑投放量在4.5%以內(nèi)時，底泥處理的各項指標(biāo)變化幅度相對較小，處在穩(wěn)定階段；隨著泥沙濃度的逐漸增加，藥劑投放量對其各項指標(biāo)的影響度逐步加大；當(dāng)?shù)啄酀舛仍黾拥?.5 g/L、藥劑投放量在3.15%以內(nèi)時，底泥處理的各項指標(biāo)達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)?？傮w上可看出，隨著底泥濃度的增加，結(jié)團(tuán)絮凝方式下底泥出水濁度值先遞減再逐步趨于穩(wěn)定，當(dāng)投放藥劑比例達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)時，底泥含水量逐漸呈反曲線變化。建議在特定河流的生態(tài)疏浚過程中，藥劑投加量控制在2.5%～4.9%，以提高底泥生態(tài)疏浚效果。

4.2 攪拌速率對底泥生態(tài)清淤指標(biāo)影響分析

在結(jié)團(tuán)絮凝懸浮層中，機(jī)械攪拌為凝聚的絮凝物的致密化過程提供動力，同時保證懸浮層內(nèi)水分分布的均勻性，滿足團(tuán)聚絮體顆粒生長的粒度要求，使工藝能夠持續(xù)穩(wěn)定運行。在攪拌轉(zhuǎn)速較小時，減弱了顆粒相互之間的摩擦和擠壓作用，由此形成的絮凝物顆粒粒子密度較低、絮體結(jié)構(gòu)松散，沉降性能差；過大的攪拌轉(zhuǎn)速雖然能使絮體密度增加，但水流的剪切力又會對結(jié)團(tuán)絮體顆粒的剝脫能力增強(qiáng)，容易打碎結(jié)團(tuán)絮凝體顆粒，使絮體顆粒粒徑減小，不利于工藝穩(wěn)定運行。因此，只有在適宜的攪拌強(qiáng)度下才能獲得致密性好且粒徑較大的絮體，獲得較好的沉降性能和較高的處理效率。試驗過程中，進(jìn)水污泥濃度控制為3.5 g/L，控制PAC、PAM投加量為各個運行條件的最佳投藥量，測試分析不同攪拌速度下底泥生態(tài)疏浚效果的各項指標(biāo)，結(jié)果詳見表4。

表4 不同攪拌速度下底泥生態(tài)疏浚效果測定

從表4可看出，底泥的出水濁度隨著攪拌速率的加大而逐步增加，底泥沉降速率受攪拌轉(zhuǎn)速影響較為顯著。隨著攪拌速率的提高，其底泥沉降顆粒會有所減小。底泥含水率隨著攪拌速率遞增而逐步減小，但對污泥比阻影響程度相對較小，通過試驗分析發(fā)現(xiàn)結(jié)團(tuán)絮凝方法可顯著提高底泥濃縮比。

4.3 不同停滯時間對生態(tài)清淤效果影響分析

原水在反應(yīng)區(qū)水力停留時間的變化會直接引起上升流速的變化，而上升流速反映了結(jié)團(tuán)絮凝固液分離器的表面負(fù)荷，在保證結(jié)團(tuán)絮凝系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下，提高上升流速即增大了結(jié)團(tuán)絮凝工藝的處理能力。因此，在保證工藝穩(wěn)定運行的前提下，最大限度地縮短水力停留時間、提高結(jié)團(tuán)絮凝的上升流速有很大的實際意義。研究表明，較短的水力停留時間會增加單位時間內(nèi)進(jìn)入懸浮層的初始顆粒數(shù)，水流剪切作用增強(qiáng)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)總的攪拌強(qiáng)度增強(qiáng)不利于結(jié)團(tuán)絮凝體顆粒的成長，使得反應(yīng)區(qū)懸浮層污泥濃度降低，致使工藝運行不穩(wěn)定。本試驗?zāi)康脑谟诖_定在一定進(jìn)泥濃度下能保證結(jié)團(tuán)絮凝系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最短理論水力停留時間，以及其對工藝效果所產(chǎn)生的影響，為工藝的工程應(yīng)用提供理論參考，分析結(jié)果詳見表5。

表5 不同停滯時間對生態(tài)清淤效果分析

本試驗控制結(jié)團(tuán)絮凝反應(yīng)區(qū)內(nèi)筒高度為0.9 m、進(jìn)水污泥濃度為4.5 g/l、固定攪拌轉(zhuǎn)速為9.91 r/min、PAC和PAM的用量是各工況下的最佳用量（分別為3.0%和4.5%），不斷增大入流流量，待系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，測定出水濁度、顆粒沉降速度、污泥比阻、出泥含水率和懸浮層污泥濃度。之后，改變結(jié)團(tuán)絮凝反應(yīng)區(qū)內(nèi)筒高度，每次增高0.2 m，在相同的條件下進(jìn)行試驗，以確定水的濁度，并以濁度為指標(biāo)分析水力停留時間對該過程的影響。從不同滯留時間對生態(tài)疏浚的影響分析可以看出，底泥出水濁度受水滯時間影響較大，當(dāng)水力停留時間在90 s以上時，出水濁度往往是穩(wěn)定的，隨著水力停滯時間的進(jìn)一步增加，底泥中固體顆粒的分離密度和分離速度不斷降低。

5 結(jié)語

隨著底泥濃度的增加，結(jié)團(tuán)絮凝方式下底泥出水濁度值先遞減再逐步趨于穩(wěn)定，當(dāng)投放藥劑比例達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)時，泥沙含水量呈反向曲線變化。建議在河道生態(tài)清淤過程中，藥劑用量控制在2.5%～4.9%，以提高底泥生態(tài)疏浚效果。隨著攪拌速率的提高，其底泥沉降顆粒有所減小。隨著攪拌速度的增加，底泥含水量逐漸降低，但對污泥比阻的影響相對較小。