基于结团絮凝方式的北方地区河道底泥生态清淤技术试验探讨

郭 廓

(辽宁省阜新水文局，辽宁 阜新 123000)

1 概 述

当前，河道底泥的清淤方式研究的主要方向为在不影响生态环境的前提下，如何对其底泥进行生态处理[1]。早期处理方式是采用人工运输到垃圾场进行掩埋，这种方式环保效应差，会对区域产生严重的二次污染。近些年来，对于河道底泥生态清淤技术研究取得了一定成果[2-8]，其中结团絮凝方式在一些中小河流尤其是城市河道的生态清淤中具有较好的应用效果[9-10]，结团絮凝是一项适用于高浓度无机颗粒废水的固液分离技术，具有效率高、体积小、占地省等特点。但这种方式需要对结团絮凝药剂投放量比例进行试验，从而确定最优的生态清淤效果。为此，本文采用试验方式对底泥清淤指标进行试验探讨。研究成果对于北方地区河道底泥生态清淤处理具有重要的推广和应用价值。

2 河道底泥生态清淤技术

生态清淤技术，主要需对其底泥的出水浊度等指标进行衡量，底泥固化分离的重要指标为平均沉速，底泥脱水性能评价主要通过污泥比阻来反映，底泥浓缩效率则通过底泥的含水率进行衡量。在进行工程生态清淤时，底泥浊度主要通过在线实时测定得到。采用沉降时间和沉降距离对其底泥沉降速度进行测定。采用比测试验方式对其污泥的比阻进行测定。通过烘干沉重底泥对其含水率进行测定。指标测定试验选用复合氯化铝作为主要试验药剂，该试验药剂选用阳离子试剂作为辅助絮凝的标准溶液，搅拌均匀后进行标准溶液的配置。

3 底泥处理指标测定结果分析

3.1 样品采集与处理

把聚乙烯袋中的河道表层泥样倒入广口玻璃容器中，避光自然风干，风干后的泥样放于硬质塑料板上，用玻璃棒缓慢压碎，压碎同时去除风干样品中的动植物残体、树枝和砂石等杂物。剔除杂物后，取风干样品150g左右，缓慢倒入研钵中研磨，用100目的尼龙筛筛分，留在筛上的风干样品再倒在研钵上重新碾碎，如此反复，保证使全部底泥样品过筛，筛下物用四分法缩分，直至获得所需量样品，装入塑料袋密封保存。筛下的样品需混合均匀后才能将样品装袋，贴上标签，写上样品代码。袋内的样品应在阴暗干燥、无光、低温和无酸碱气体影响的条件下保存，同时为防止微生物的降解作用，将样品贮存在暗处4℃以下冰箱内。

3.2 不同助凝剂投药比例的底泥浓度影响试验

结团絮凝中的混凝剂包括混凝剂和助凝剂两种，混凝剂使胶体颗粒脱稳，结合形成小粒径的初始粒子，为后续颗粒进一步絮凝做准备，常采用聚合氯化铝作为混凝剂。助凝剂的作用机理主要是在水中形成长的线性结构，在微小密实的微颗粒之间起到吸附架桥作用，使微絮体聚成大颗粒，增强颗粒密度，常采用聚丙烯酰胺(PAM)作为助凝剂。对不同底泥浓度下的结团絮凝方式下的处理指标进行试验测定(测定结果见表1～表3)。

表1 浓度2.0g/L底泥浓度指标测定结果

表2 浓度为2.5g/L底泥浓度指标测定结果

表3 浓度为3.5g/L底泥浓度指标测定结果

从结团絮凝方式不同投药浓度以及用量下底泥的各项试验指标分析可看出，随着投药浓度及用量比例的增加，底泥出水浊度、平均沉速、出泥含水率、污泥比阻等指标均有较为明显的变化，但变化的规律性不高。当浓度为2.0g/L时候，底泥各项指标变化幅度较小，生态清淤效果不明显；而当浓度为2.5g/L时候，各项试验指标变化幅度有所增加，尤其是出泥含水率指标，下降较为显著，表明底泥的清淤效果逐步显现；当投药浓度增加到3.5g/L时候，各项指标变化相比于于投药浓度为2.5g/L时候，变化幅度不大。因此，并不是投药浓度越高，其清淤各项指标越好。底泥的含水率当投药比例趋于最佳状态时呈现一定的反曲线变化。通过反复试验，综合确定结团絮凝方式在辽宁地区生态清淤最佳投药比例在2.9%～5.1%之间，可显著提高生态清淤的效果。

3.3 搅拌速率对底泥生态清淤指标影响分析

采用混凝实验搅拌机进行搅拌速率的生态清淤指标影响分析，取1200ml含水率为99%的泥样加入6个专用烧杯中，先加入干泥重1‰的PAC(聚合氯化铝)，先快速搅拌lmin，控制转速低于3r/min，再分别向每个烧杯中投加不同量的PAM，先快速搅拌10s，再慢速搅拌1min。分别将絮凝后6个烧杯中的底泥各1000mL分别倒入6个lL量简内，静沉30min，测量沉淀泥高度占量筒中液体总高的比，即为污泥沉降比，测定上清液浊度。再将6个烧杯中剩余泥样各120ml测量污泥比阻。对不同搅拌转速下底泥生态清淤效果评定的各项指标进行试验分析，试验结果见表4。

表4 不同搅拌转速下底泥生态清淤效果衡量指标试验结果

从搅拌转速下底泥生态清淤的各项试验指标可看出，底泥沉降速率受搅拌转速影响最为明显，通过反复的搅拌转速试验分析，当搅拌转速在8.5～9.0r/min时，底泥沉降颗粒随着搅拌逐步减小，达到最佳的固结效果。从试验测定结果还可看出，底泥的含水率受搅拌转速的影响程度较低，但污泥比阻随着搅拌转速的影响呈现线性递减变化，底泥的浓缩比在结团絮凝过程中效果较为明显。

3.4 不同停滞时间对生态清淤效果分析

对结团絮凝不同停滞时间下生态清淤的效果指标进行试验分析，结果见表5。

表5 不同停滞时间对生态清淤效果分析

从不同停滞时间(HRT)对生态清淤效果试验效果可看出，结团絮凝处理过程中停滞时间对其影响较为明显。通过试验分析当停滞时间大于85s后，各项指标的变化逐步趋于稳定，随着停滞时间的加大，底泥固体颗粒分离密度和速率均呈现递减变化。底泥固体颗粒密度当水力滞留时间在90s范围内逐步降低，使得其污泥比阻和含水率呈现负相关变化，从而降低其生态清淤效果。

4 主要结论

河道工程生态清淤时，底泥浊度主要通过在线实时测定得到。采用沉降时间和沉降距离对其底泥沉降速度进行测定，采用比测试验方式对其污泥的比阻进行测定。

通过反复试验，综合确定结团絮凝方式在辽宁地区生态清淤最佳投药比例在2.9%～5.1%之间，可显著提高生态清淤的效果；底泥的含水率受搅拌转速的影响较小，但污泥比阻受搅拌转速的影响呈现线性递减变化，底泥的浓缩比在结团絮凝过程中效果较为明显；底泥固体颗粒密度当停滞时间在90s范围内逐步降低，使得其污泥比阻和含水率呈现负相关变化，从而降低其生态清淤效果。