羅倩

（重慶市渝中區(qū)濱江建設(shè)服務(wù)中心，重慶 400010）

經(jīng)過多年發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界第一疏浚大國，年疏浚量超過10 億立方米。港口、航道的建設(shè)和維護(hù)及河流、湖泊等水環(huán)境治理工程中會(huì)產(chǎn)生大量的疏浚淤泥[1]，疏浚淤泥由泥水混合物與有機(jī)物和生物殘?bào)w等物質(zhì)組成，疏浚淤泥有著體量巨大、含水率高、液限高、壓縮性高、強(qiáng)度高、組成成分復(fù)雜等特點(diǎn)[2]導(dǎo)致疏浚淤泥一般在工程上難以直接利用，而被拋棄處理。拋棄處理不僅是對(duì)堆場土地資源的浪費(fèi)，更是對(duì)環(huán)境有巨大的污染。2021 年兩會(huì)期間也提出：減少長江航道回淤，將疏浚土“變廢為寶”的觀點(diǎn)，加快推進(jìn)長江航道疏浚土綜合利用，服務(wù)長江黃金水道建設(shè)，促進(jìn)長江生態(tài)環(huán)境保護(hù)。對(duì)于疏浚淤泥的合理利用已經(jīng)成為目前的共識(shí)，由于剛出水的疏浚淤泥有著壓縮性大、含水率高、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，這對(duì)疏浚淤泥的運(yùn)輸與利用有著嚴(yán)重不利影響，為了便于疏浚淤泥的運(yùn)輸與后續(xù)處理，需要對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行脫水處理。

目前主流的淤泥脫水主要有兩類分別為物理機(jī)械與加入化學(xué)絮凝劑絮凝脫水，針對(duì)淤泥脫水研究已有部分進(jìn)展。姜潔[3]等人研究了聚合氯化鋁對(duì)城市污泥脫水效果的影響，研究結(jié)果表明對(duì)于初始含水量為99%的城市污泥，1.4g/L 的PAC 摻量可以使城市污泥含水率降至91%，且可使污泥體積減少20%。郭麗君[4]研究了聚合氯化鋁（PAC）與聚合氯化鐵對(duì)市政污泥脫水性能的影響，研究結(jié)果表明PAC 投加量為160.7mg/g 時(shí)，污泥比阻值最小，為4.251011cm/g 相比于原污泥2.91012cm/g 下降明顯；聚合氯化鋁摻量為263.2mg/g 時(shí)，污泥比阻值降低至3.71011cm/g。陸香玉[5]等人研究了硫酸鐵與硫酸鋁對(duì)污泥脫水性能的影響，研究結(jié)果表明加入硫酸鐵、硫酸鋁之后污泥沉降性能較大提升，此外硫酸鋁與硫酸鐵的加入也能降低污泥含水率，含水率95%的原污泥分別加入硫酸鋁與硫酸鐵之后含水率降至74%、70%?，F(xiàn)階段針對(duì)長江疏浚淤泥的脫水研究較少，絮凝劑方面針對(duì)微生物絮凝劑研究相對(duì)缺乏。本文針對(duì)長江流域疏浚淤泥采用聚丙烯酰胺（PAM）、微生物絮凝劑、聚合氯化鋁（PAC）和聚合氯化鐵(PAF)分別絮凝并研究其對(duì)沉降性能、污泥比阻與泥餅含水率的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

疏浚淤泥來自長江疏浚工程淤泥，主要成分為SiO2、Al2O3、MgO 等，PH 值7.6，淤泥含 水率為100%。微生物絮凝劑來自浙江希望生物科技有限公司，主要成分為生物酶，部分微生物。聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PAF）來自江蘇鑫灝公司。

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)與文獻(xiàn)，不同絮凝劑選擇摻量如表1 所示，淤泥含水率為100%，每組試驗(yàn)重復(fù)三次取平均值，檢測(cè)指標(biāo)為沉降性能、清液高度、污泥比阻和泥餅含水率。

試驗(yàn)將疏浚淤泥干土配置成含水率為100%的疏浚淤泥，在攪拌器上充分?jǐn)嚢韬?，利用注射器添加配置的絮凝劑，通過玻璃棒緩慢攪拌，使絮凝劑與泥漿充分混合后將燒杯中試樣轉(zhuǎn)移至量筒內(nèi)，通過玻璃杯慢攪拌后，記 錄0min，2min，5min，10min，15min，30min，1h，2h，3h 的泥面高度，繪制泥面高度和沉降時(shí)間的關(guān)系曲線。泥餅含水率按照規(guī)范《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-2019）烘干法進(jìn)行測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝沉降曲線

絮凝沉降曲線可以較為清楚顯示絮凝快慢進(jìn)度，比較不同絮凝劑之間絮凝效果差異，不同絮凝劑加入后淤泥絮凝沉降曲線見圖1。由圖可知，加入絮凝劑后能有效提高淤泥絮凝速率，使泥面高度迅速下降，微生物的絮凝沉降曲線在各組曲線最下方，泥面高度下降速率最快，絮凝劑效果好，后續(xù)依次為PAM、PAC 和PAF?？赡苁且?yàn)樾跄齽┓N類不同絮凝劑機(jī)理也不相同，PAM屬有機(jī)高分子絮凝劑，通過卷積－掃網(wǎng)作用實(shí)現(xiàn)絮凝，PAC 與PAF 屬無機(jī)高分子絮凝劑，絮凝主要通過吸附、電中和實(shí)現(xiàn)，微生物絮凝劑屬新型生物絮凝劑，主要依靠生物酶、微生物實(shí)現(xiàn)絮凝，微生物絮凝劑里面的生物酶、微生物等是活性成分絮凝效果強(qiáng)于無活性成分的絮凝劑，而PAM 屬于有機(jī)高分子絮凝劑摻量少但分子量大卷積－掃網(wǎng)作用強(qiáng)，PAC 與PAF 絮凝是依靠電離出的金屬陽離子實(shí)現(xiàn)吸附、電中和作用實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致PAC與PAF 摻量大且絮凝效果一般。

圖1 淤泥絮凝沉降曲線

2.2 清液高度

淤泥絮凝之后的清液高度可以清楚反映淤泥絮凝進(jìn)度，清液高度增長速率可以反映淤泥絮凝速率，不同絮凝劑下淤泥清液高度如圖2，不同絮凝劑下清液高度歷時(shí)如圖3。由圖2、3 可知，淤泥清液高度隨時(shí)間增加而增大，加入絮凝劑后清液高度有顯著上升，且淤泥清液高度上升速率明顯加大。微生物絮凝劑絮凝效果最好，清液高度最大，0.5h 清液高度達(dá)17ml，2h 絮凝基本完成清液高度為35ml，對(duì)比無絮凝劑的空白組0.5h與1h 清液高度分別提升了240.0%、169.2%。PAM 絮凝效果僅次于微生物絮凝劑，0.5h 清液高度達(dá)13ml，2h 絮凝基本完成清液高度為28ml，對(duì)比無絮凝劑的空白組0.5h 與1h 清液高度分別提升了260.0%、115.4%。PAC 與PAF 同屬無機(jī)高分子絮凝劑，絮凝效果弱于PAM，其中PAC 絮凝效果優(yōu)于PAF，PAF 絮凝效果是四中絮凝劑中最差的。

圖2 不同絮凝劑的清液高度圖

圖3 不同絮凝劑下的清液高度歷時(shí)

2.3 污泥比阻

污泥比阻是表示污泥脫水性能的綜合性指標(biāo)。它的物理意義是：單位質(zhì)量的污泥在一定壓力下過濾時(shí)在單位過濾面積上的阻力。污泥比阻可以比較淤泥中加入不同絮凝劑后的過濾性能。污泥比阻越大，過濾脫水性能越差，反之脫水性能越好。公式如下：

摻入不同絮凝劑的淤泥污泥比阻結(jié)果如圖4。由圖4 可知，添加絮凝劑可以有效減小疏浚淤泥的污泥比阻，提高疏浚淤泥的過濾脫水性能。疏浚淤泥的污泥比阻從小到大以為微生物、PAM、PAC、PAF 和空白對(duì)照組，微生物絮凝劑組的污泥比阻最小僅為5.45×1012m/Kg，相比于未添加空白組的4.73×1013m/Kg，淤泥比阻減小幅度為88.5%；PAM 組的污泥比阻僅次于微生物組，為9.21×1012m/Kg，淤泥比阻在1012m/Kg 數(shù)量級(jí)，對(duì)比空白組淤泥比阻減小80.4%；PAC 與PAF 組污泥比阻相比空白組也有下降，但污泥比阻在1013m/Kg 數(shù)量級(jí)，減小幅度小于微生物與PAM。這是因?yàn)槲⑸镏械纳锩浮⑽⑸锘钚猿煞中跄芰h(yuǎn)大于沒有活性的有機(jī)物與無機(jī)物使得淤泥的污泥比阻明顯減小，有機(jī)高分子的PAM 有極大的分子量卷積－掃網(wǎng)作用也比無機(jī)金屬陽離子的吸附、電中和強(qiáng)使PAM 污泥比阻減小幅度大于PAC 與PAF。

圖4 不同絮凝劑下的污泥比阻

2.4 泥餅含水率

淤泥的污泥比阻試驗(yàn)的泥餅含水率接近淤泥通過機(jī)械脫水后的含水率，泥餅含水率可以反映不同絮凝劑對(duì)淤泥機(jī)械脫水后的泥餅含水率的影響。加入不同絮凝劑后的泥餅含水率如圖5，由圖可知，絮凝劑可以有效減小泥餅含水率，其中加入微生物絮凝劑后的泥餅含水率最低僅為47.1%，相比空白組的63.9%，含水率下降16.8%，可極大減小泥餅體積，極大有利于疏浚淤泥的運(yùn)輸與進(jìn)一步利用。加入PAM 后的泥餅含水率為50.3%，泥餅含水率減小了13.6%。PAC 與PAF 泥餅含水率在55%左右，泥餅函數(shù)了有一定下降，但幅度有限。可能是因?yàn)槲⑸镄跄齽┑幕钚孕跄煞挚梢允褂倌囝w粒沉淀充分使泥餅含水率較低，PAM 也有較強(qiáng)絮凝沉淀效果使得泥餅含水率低，而PAC 與PAF 絮凝不完全，顆粒沒有成分沉淀導(dǎo)致泥餅含水率下降幅度不大。

圖5 不同絮凝劑下的泥餅含水率

3 結(jié)論

（1）摻入不同絮凝劑都可加快疏浚淤泥絮凝，其中微生物絮凝劑相比于有機(jī)高分子絮凝劑PAM 與無機(jī)高分子絮凝劑PAC 和PAF 有更好的絮凝效果，能更快絮凝、使淤泥的污泥比阻與泥餅含水率更小。

（2）對(duì)于工程應(yīng)用，相比傳統(tǒng)有機(jī)或無機(jī)絮凝劑微生物絮凝劑能極大減小疏浚淤泥污泥比阻與泥餅含水率，微生物摻量50g/t，可使疏浚淤泥污泥比阻減小88.5%，泥餅含水率減小至47.1%，能極大減小剛出水時(shí)疏浚淤泥體方便運(yùn)輸，有利于疏浚淤泥進(jìn)一步利用。