降低退水浓度提高排放水质措施探讨

韩中华



降低退水浓度提高排放水质措施探讨

韩中华

一、工程简介

蠡河位于太湖新城中心区东面，介于华清大道和蠡河路之间，是联系梁塘河、太湖、穿越太湖新城腹地的一条天然水纽带，是太湖新城水系南北向干流之一，也是太湖向京杭大运河调水的重要通道。蠡河河段总长7000m，南至太湖，西邻梅梁湖景区，东通过梁塘河与京杭大运河连通，在太湖新城区域内有多个支流水系与蠡河相连，构成网状河道。

蠡河综合治理工程分步实施。首先进行高浪路段至蠡桥段的示范河道的治理。示范工程的实施，为蠡河乃至整个无锡市城市河道污染土治理提供参考和借鉴，积累更多、更好的治理经验和模式，带动无锡市城市河道全面治理工程早日开展。

该段示范工程位于蠡河下游，为污染底泥疏浚工程，示范工程长度约1000m，经过现场的勘测及对底泥相关资料结果的分析，确定此次示范工程排泥场面积9000m2，疏浚底泥工程量为30000m3。采用120m3/h绞吸式挖泥船疏浚河道污染底泥。

该示范工程段土质为深黑淤泥质土，软塑，高压缩性，土体物理力学性质差。

二、常规疏浚带来的问题

该工程所在地土地资源珍贵，以至于排泥场征用面积过小；工期紧，投入施工能力较强的挖泥船投入施工，将导致泥浆体中土颗粒得不到充分沉淀而从退水口流失。根据提供的施工条件，计算出排泥场表面积与挖泥船施工能力（流量）数值之比仅为7.5，远远小于最低控制67的指标，可见施工能力配备过大。常规疏浚方法会带来的问题如下：

1.造成二次污染与重复清淤

由于排泥场面积过小，挖泥船开挖的土源均为软塑状的污染土，土体几乎无凝聚力，经过挖泥船绞刀头的搅动开挖、排泥管中的输送纹流混合，从排泥管出口排入排泥场，几乎完全呈悬浮状的污染土泥浆混合体，如果排泥场内富余容积大于或等于绞吸式挖泥船施工能力20倍以上（流量的20倍，1200×20=24000m3），以富余水深为0.3m计算，其排泥场面积应不小于80000m2，污染土泥浆混合体才能在排泥场内自然充分沉淀。事实上，排泥场内面积仅9000m2，远远小于最低要求，因此，排泥管排出的悬浮状污染土泥浆混合体很难在排泥堆场内自然沉淀，必然从退水口排出流入河道中，造成河道二次污染及回淤。估计二次回淤疏浚量不低于40%。

2.增加围堰的安全压力

由于排泥堆场内面积过小，为保证退水口余水排放清澈，势必提高排泥堆场内的富余水深，以延长污染土泥浆混合体在排泥场内的沉淀时间。排泥堆场内的富余水深的提高，增加了排泥堆内的贮水量，严重威胁了排泥场的围堰及周边人民生命财产安全，更何况排泥场围堰结构单薄。构筑排泥场围堰的土料含有大量的建筑和生活垃圾，围堰已存在安全隐患。

3.浪费时间与资源

排泥堆场内容积过小，富余水深又不能提高，排泥管排出的悬浮状污染土泥浆混合体，在排泥堆场内要得到充分的自然沉淀，唯一的方法是采取间隔施工法，以获得沉淀时间，其间隔施工时间的长短需根据悬浮状污染泥浆自然沉淀的状况确定。因此，时间与资源浪费尤为严重。

由上述分析，常规疏浚方法不仅不能在保证安全、满足工期的前提下顺利完成，而且会对周边造成更大的环境问题。因此迫切需要研究采取一种科学合理的措施，确保排泥场吹填时，排泥场余水排放水质达标。

三、添加剂促沉法的可行性

添加剂促沉法在污水处理行业已普遍使用，在疏浚工程对污染土的处理上，尚处于试验研究阶段。

1.试验介质

试验介质水取自于原河道内，土体取自于需清理河道底部沉淀的污染土。

2.试验

（1）量筒试验

取一定量的原始河水与污染土体，使污染土体在水体内充分溶解后，将悬浮状的泥浆水倒入量筒中，分别对无添加剂与有添加剂两个量筒进行沉降速度测定。测定结果见表1。

（2）水槽试验

模拟疏浚作业，分别对无添加剂与有添加剂的样本进行试验。取足够量的污染土体在水体内充分溶解后，使含泥浓度达到10%，加入一定量添加剂倒入试验水槽中，开动机泵进行循环流淌，测试有添加剂样本在流速确定条件下的土颗粒沉淀速率、添加剂用量等关系。

3.结论

量筒试验结果表明：有添加剂的样本在5s以内，泥水已有分离界面，前3min沉降速度最快，30min后沉降的速率变缓；无添加剂的样本在30min时，污染土泥浆混合体仍未出现泥水分离界面，2h后出现分离界面，但不明显。24h后，沉淀结果与有添加剂样本2min沉淀结果相同。

水槽试验结果表明：无添加剂样本在一定的流速状态下，无沉淀迹象；有添加剂的样本，在流速0.25m/s以内，依然保持良好的沉淀速率；当流速大于0.25m/s，已凝结成的絮状结构有破碎现象，而且随着流速的增加破碎率增加，但在集水区仍然很快沉淀；一定量的污染土混合体，其添加剂用量是一定的，混合体中污染土颗粒的沉淀速率并不是随着添加剂用量的增加而增快。

根据上述试验与分析，添加剂促沉法运用于工程实际是可行性。

四、运用于实际需解决的几个问题

1.添加剂用量的确定

挖泥船连续施工，保持排泥场内富余水深不超过0.3m时，达到排泥场内退水清澈，此时的添加剂用量为合理用量。用量的确定，与挖泥船施工时出泥口水体的流量及水体在排泥场内滞留时间有关。在该项目中，通过试验数据及综合考虑，控制用量为0.59kg/m3以内。

表1　量筒试验累计沉降量结果比较

2.添加剂搅拌系统

添加剂的搅拌系统主要由添加剂溶解罐、搅拌机等组成。由于添加剂水解较慢，通常要8h左右（与添加剂搅拌后确定的浓度有关），因此设计溶解罐体的体积大小必须与疏浚施工能力相匹配。在该项目中，确定20m3添加剂溶解罐设置3座，齿轮减速型搅拌机6台等。

3.供水及添加剂输送系统

添加剂溶解罐采用一列式布置。由于添加剂水解缓慢，水分子不易渗透，遇水后上浮，搅拌过程中，极易产生局部难溶现象。因此，供水管采用上位供水，添加剂输出管下部输出。

添加剂溶解罐选用供水泵1台，供水时，利用配备的闸阀分别对3个罐体进行独立供水。

添加剂输送泵选用1台，同样采用闸阀分别对3个罐体进行控制；在添加剂输送泵输出端配备电磁流量计1台，以根据施工的实际情况，达到控制添加剂的流量。

4.配电系统

根据设计并进行计算，电机总配套功率约16.9kW，其中：1台供水泵电机1.5kW，1台絮凝剂添加供给泵电机2.2kW，6台添加剂搅拌电机13.2kW。考虑到搅拌电机的交叉停歇及现场的照明等，按总配套功率18kW进行配电系统设计。

5.混合系统

为保证水解后的添加剂与疏浚的泥水混合体充分掺合，达到快速促沉的目的，必须在距排泥管出口一定的距离内设置混合系统：一是通过混合器内设置的添加剂高压喷头，实现添加剂的水解液喷射，使添加剂与泥水达到初步混合；二是利用排泥管内水流的紊动实现二次混合。

6.退水口设置

由于排泥场围堰为杂质土填筑而成，围堰存在着一定的安全隐患，因此，正常施工时，必须在保证退水水质清澈的前提下，及时有效地排除排泥场内积水，以减小围堰的安全压力。

退水口设置于死角处，退水口采用可调节1m×1m的箱型溢流井式。正常退水时过水断面宽为4m，堰前水深不大于0.25m，堰上水头不超过15cm。

五、应用效果

添加剂促沉法加速了泥浆沉淀速度，使挖泥船实现连续、不间断施工。排泥场内余水排放水质保持清澈、透明状态，达到并超过预期的目标。

采用溢流排水措施，极有效地降低了排泥场内的富余水深，从而确保了围堰的使用安全。

合理利用排泥管内水流的紊动流态，进行添加剂与污染土体的二次混合，提高了水解后的添加剂与污染土泥浆水的混合质量。

采取添加剂促沉措施后，极大限度地节约了工程成本的投入。

六、改进建议

添加剂促沉法施工在设计上没有相应的标准，由于污染土的性质不一，具备的施工条件不同，所以添加剂促沉法设备尺寸规格、促沉添加剂等不能统一，使用单位必须针对实际的施工条件进行试验后，设计施工工艺。

添加剂的溶解水一般取自于受污染的自然河水，长时间使用后，会导致污染物在溶解罐内沉淀，每使用一段时间必须对溶解罐进行清理。因此，必须考虑在溶解罐底部增设集污池并安装排污阀。

溶解罐结构为长方体，进行药剂搅拌时水流条件差，有死角，药剂不能在规定的时间内搅拌溶解备用。同时，方体溶解罐不能充分利用材料的力学性能，制作时费时费材，达不到经济合理的要求，因此，罐体宜设计成圆柱体（多罐时，可考虑等体积变直径设计，为运输节省开支），以保证搅拌时水流流畅■

（作者单位：江苏省水利建设工程有限公司225000）