城市型河道清淤泥水混合物的絮凝效果试验探讨

2022-04-08杨荣辉

水利技术监督 2022年4期

杨荣辉

(盘山县农业水利事务服务中心，辽宁盘锦 124010)

排干淤泥处理和水下淤泥处理是目前国内两种主要的河道清淤疏浚方式。水下淤泥处理在城市河道清淤中采用较多，其中抓斗式、绞吸式和斗轮式是城市河道水下淤泥清理的3种主要手段。这3种处理方式可通过简单机械吸取方式进行河道底部淤泥的清理，但大量的泥水混合物会在河道底部淤泥吸取过程中产生，从而对河道水体产生二次污染。有研究成果表明采用绞吸式淤泥清理方式下通过添加絮凝剂可以使得河道底部泥水混合物得到快速分离，从而提高城市河道清淤效率和效果。河道底部泥水混合物由于包含大量的淤泥，使得对絮凝剂性能指标要求较高。目前国内河道清淤过程中絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺，该絮凝剂在一些地区河道清淤过程中可有效处理高浊度的泥水混合物。有研究成果表明絮凝剂的投加量对于河道底泥分离影响显著，本文重点针对絮凝剂不同添加量下河道底部泥水混合物分离效果进行试验分析，研究成果对于城市河道清淤效率和效果的提升具有重要的参考价值。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

对盘锦地区城市河道进行底部泥水混合物的吸取，采取的泥水混合物中密度和含水量分别为1.25g/cm3及86.9%。絮凝剂添加剂主要采用聚丙烯酰胺，其配比溶液中阳离子的浓度在35%～45%之间，按照1g/L进行标准溶液配制后其分子相对质量为1.359×104。

1.2 试验方法

混凝试验主要采用六联混凝机器进行泥水混合搅拌，将搅拌均匀后的泥水混合浓液取出1000ml放入圆形烧杯中进行静置，静置10min后按照表1对应的配比方案对聚丙烯酰胺进行不同剂量试剂的配置。在不同投加量聚丙烯酰胺试剂配置完成后采用六联混凝机器进行30s搅拌，转速设置为300r/min，搅拌结束后立即按照100r/min再进行120s搅拌后结束搅拌。在200ml量筒中将配置好的200ml泥水混合物进行混凝后分别按照5、10、25min进行静置，并对静置过程中的淤泥含量以及液体容积进行记录并进行总量占比计算。当上层水样静置5min后对沉降泥水混合物种的浊度以及COD含量进行检测。采用布氏漏斗对100ml泥水混合物进行抽滤，对抽滤后的泥水混合物进行含水率的检测。

表1 聚丙烯酰胺不同添加量配比

2 试验结果及讨论

2.1 不同投加量下泥水混合物絮凝体积变化

对不同投量聚丙烯酰胺的泥水混合物的絮凝含量进行试验测定，其絮凝体体积分数变化见表2。

表2 不同投放量下河道底泥水混合物体积变化率试验结果

从试验结果可看出，当不添加絮凝剂时，河道底部泥水混合物分层较为明显，泥水混合物分层速率随着沉降时间的增加而逐步减缓，絮凝体含量随着沉降时间增加而呈现线性递减变化。当沉降时间低于10min，且聚丙烯酰胺絮凝剂投加量达到0.30mg/g时，泥水混合物分离效果不明显，表明在较短的沉降及絮凝投放量较低时淤泥分离程度较低；当投放量增加到0.57mg/g时，絮凝体静置2min后期泥水混合物分层现象明显，淤泥沉降速率开始递增，但絮凝体在5min内沉降速率并未呈现较为明显变化，淤泥絮凝体随着沉降时间的增加其体积百分比逐步减小，泥水混合物分离速率递增明显；絮凝体当投加量达到0.69mg/g时其沉降速率明显加快，沉降时间也呈现明显递减；当絮凝体投加量达到0.81mg/g时其泥水混合物可在较短时间内迅速完成分离。絮凝体在投加量进一步增加时其分离速率有所减缓，絮凝体体积随着沉降时间增加而逐步趋于稳定变化，当投加量达到1.07mg/g时其分离速率加大且分离时间缩短，但5min后其分离速率变化逐步平缓。在实际河道清淤过程中，泥水分离效率可通过絮凝体快速沉降得到有效提高，当投加量为0.69mg/g时，河道底部泥水混合物絮凝体可在较小投加量下出现明显沉淀，并当投加量达到0.81mg/g实现快速分离。

2.2 不同投加量下泥水混合物出水水质变化

对不同絮凝剂投加量下的出水水质进行检测，出水浊度和COD浓度试验检测结果如见表3。

表3 不同絮凝剂投加量下的出水水质变化

从不同絮凝剂投加量下的出水水质变化可看出，当不添加任何絮凝剂条件下清淤河道底部泥水混合物没能进行分离直接排入河道，对河道产生二次污染，因此絮凝沉降效果的一个重要指标还包括出水水质浊度和COD浓度的变化，为此对沉降5min内不同絮凝剂投放量下的浊度和COD浓度进行了测定，当未添加絮凝剂时泥沙混合物中由于泥沙混杂较多，使得浊度和COD浓度均较高；随着投加量的增加淤泥开始下沉后其上层水样水质浊度逐步降低。从不同投加量浊度变化可看出，当投加量低于0.42mg/g时出水浊度呈现递减，但递减率较低，当投加量达到0.57mg/g时出水浊度明显递减，当投加量达到0.69mg/g时出水浊度变化较为平缓，出水浊度此后随着投加量的增加变化程度较低，这主要是因为当投加量较低时泥水混合物絮凝很难形成，底部泥水混合物悬浮大量的淤泥颗粒，使得水体浊度递减率较小，当投加量在一定范围内增加后，其底部泥水混合物分离和沉降速率增加，使得出水浊度减小较为明显，当投加量高于0.81mg/g时泥水混合物水质变化相对稳定，继续增加投加量对出水浊度影响程度较低。出水COD浓度变化与浊度变化有所不同，当投加量较低时出水COD浓度即出现明显的递减变化，这是因为较多的有机质颗粒在泥水混合物中可快速下沉分离，从而降低了其出水COD浓度，当投加量高于0.69mg/g时COD浓度变化趋于稳定。综上，当聚丙烯酰胺投加量达到0.79mg/g时河道泥水混合物可以快速完全分离和实现较好的絮凝沉降。

2.3 不同投加量下泥水混合物淤泥含固率变化

通过布氏漏斗对絮凝沉降的泥水混合物进行抽滤后对其淤泥含固率进行测定，不同投加量下河道淤泥含固率测定结果见表4。

表4 不同投加量下河道淤泥体积含固率测定结果

从测定结果可看出絮凝体在采用布氏漏斗进行抽滤后泥沙混合物的含固率在未添加絮凝剂时为7.35%，并随着聚丙烯酰胺投加量的增加而呈现显著递减变化。这主要是因为在河道底部淤泥形成过程中大量的泥粒颗粒由于沉淀会携带部分水分子，这部分水分子会在淤泥和絮凝剂之间被吸附，并且在抽滤过程中难以被过滤，只能通过加热才能使其有效分离，从而使得随着投加量的增加淤泥体积含固率会明显递减变化。城市河道大都采用绞吸式淤泥清理方式进行河道清淤，河道底部泥水混合物被吸取后若不采用絮凝剂易对河道产生二次污染。通过试验表明聚丙烯酰胺对于河道底部泥水混合物分离效果较为明显，这主要是因为河道淤泥颗粒可被聚丙烯酰胺吸附在表层，形成静电吸附，从而使得淤泥体积逐步加大，形成沉淀，继续增加聚丙烯酰胺投加量后，淤泥颗粒与聚丙烯酰胺吸附度增加，使得淤泥颗粒胶黏平衡被破坏，从而快速下沉。