絮凝技術(shù)在疏浚淤泥脫水處治中的研究進展

黃英豪，吳 敏，陳 永，王 碩，王文翀，武亞軍

(1.南京水利科學(xué)研究院，南京 210024；2.南京水利科學(xué)研究院 河湖庫底泥處理與資源化利用研究中心，南京 210024；3.上海大學(xué)，上海 200444)

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展進程的加快，港口航道泥沙淤積、河湖庫底泥淤積現(xiàn)象嚴(yán)重。淤積底泥大大降低了港口航道的通航調(diào)蓄洪水的能力，并造成河湖庫的水質(zhì)污染、水體惡化[1]。清淤是解決上述問題的重要途徑。我國多使用環(huán)保清淤方式進行疏浚作業(yè)，可有效避免淤泥泄露、污染物擴散等問題。據(jù)統(tǒng)計，我國的河湖庫整治和港口航道清淤工程中每年都有數(shù)十億m3的疏浚淤泥產(chǎn)生[2]，例如太湖第一輪清淤已經(jīng)將3 600萬m3污染底泥全部清除，而正在開展的太湖第二輪清淤，疏浚工程量仍然高達1 800萬m3[3]。

環(huán)保疏浚出的淤泥具有含水率高、粘粒含量高、不排水強度低、壓縮性大、滲透性小等特點。產(chǎn)生于內(nèi)陸區(qū)的淤泥，一般通過設(shè)置貯泥場或者低洼區(qū)直接進行拋填處理[4]；海洋或近海地區(qū)產(chǎn)生的淤泥一般通過吹填造陸或海洋拋棄的方法進行處理[5]。淤泥中常含有重金屬、營養(yǎng)鹽和有機污染物等，隨著時間的延長這些污染物質(zhì)會析出，造成土壤和地下水污染，破壞生態(tài)環(huán)境[6]。傳統(tǒng)的堆場處置方法由于天然排水固結(jié)緩慢占用大量的土地資源而逐漸被限制[7-8]。因此，如何在短時間內(nèi)快速高效地實現(xiàn)高含水率疏浚泥漿泥水分離，加快堆場土地的快速還原，成為亟需解決的問題。

絮凝技術(shù)就是向疏浚淤泥中添加絮凝劑，通過絮凝劑的壓縮雙電層和吸附架橋等作用，使泥漿中小的絮體聚合成大的絮團沉降，加速泥水分離。對絮凝技術(shù)進行研究發(fā)現(xiàn)絮凝劑不僅可顯著提高疏浚淤泥沉降速率，還具有使有機質(zhì)、金屬離子和淤泥顆粒共同沉降團聚等效能[9-12]。絮凝技術(shù)最初被應(yīng)用于污泥脫水工藝中，高效絮凝劑的制備是絮凝技術(shù)的核心問題。國外在絮凝劑方面的研究較早，美國科學(xué)家BUTTERFIELD[13]于1935年最早從活性污泥中篩選出一種可分泌絮凝功能膠體的微生物細(xì)菌。國內(nèi)在絮凝劑制備方面起步較晚但發(fā)展迅速，從1970年起先后開發(fā)出一些無機絮凝劑產(chǎn)品。到目前為止在無機絮凝劑、有機絮凝劑、微生物絮凝劑、復(fù)合絮凝劑方面發(fā)展日益完善。針對堆場淤泥脫水困難的問題，學(xué)者們將絮凝劑應(yīng)用于疏浚淤泥的調(diào)理中，研究表明絮凝劑也能顯著改善疏浚淤泥的脫水性能，提升脫水效率[14-16]。本文從疏浚淤泥自然沉積基本規(guī)律出發(fā)，系統(tǒng)梳理了國內(nèi)外主要的絮凝劑種類以及微觀層面的絮凝機理，并探討了絮凝技術(shù)聯(lián)合土工管袋、真空預(yù)壓、板框壓濾等技術(shù)處理高含水率淤泥的脫水效果，以期為我國疏浚淤泥脫水工程提供借鑒與參考。

1 疏浚淤泥沉積過程

1.1 天然分布底泥的分層特性

底泥一般指江河湖庫的沉積物，通常由粘土、泥沙、有機質(zhì)及各種礦物混合組成。底泥在長期沉積過程中性質(zhì)具有明顯的分層性，根據(jù)底泥的厚度將底泥自上而下分成浮泥層、中間層和下部的穩(wěn)定層[17]。在進行環(huán)保疏浚過程中，疏浚的主要是上部浮泥層，這一層含污染物較多且容易產(chǎn)生污染，是上覆水體的主要污染源。中間層同樣也是環(huán)保疏浚過程中的重點處理對象；底部的穩(wěn)定層屬于自然構(gòu)造層，疏浚時需要將其保留下來。

1.2 疏浚淤泥沉積特性

天然沉積底泥在疏浚時會被擾動，形成為高含水率的泥漿狀態(tài)后進入淤泥堆場。對于疏浚淤泥的自重沉積過程，一些學(xué)者已經(jīng)開展了相關(guān)研究。IMAI[18]通過大量試驗研究發(fā)現(xiàn)低濃度泥漿自然沉積主要存在絮凝、沉降、固結(jié)三階段，如圖1所示，首先在絮凝階段，絮凝體開始產(chǎn)生，此時無沉降發(fā)生；其次在沉降階段，絮凝體發(fā)生阻滯沉降，形成的沉積物逐漸開始固結(jié)，并形成三個區(qū)，從上至下依次為上覆水、沉降區(qū)、固結(jié)區(qū)，上覆水與沉降區(qū)之間會形成一個清晰的泥水分界面，而沉降區(qū)與固結(jié)區(qū)之間為非線性的沉積物形成線，即新的沉積物在此邊界上形成；當(dāng)沉降區(qū)逐漸消失全部轉(zhuǎn)化為固結(jié)區(qū)，開始進入固結(jié)階段，固結(jié)區(qū)中的沉積物全部開始固結(jié)，并最終趨于穩(wěn)定。國內(nèi)的何洪濤等[19-21]的研究也發(fā)現(xiàn)較類似的現(xiàn)象。大量研究表明，由于淤泥中粘粒含量高，僅靠自身作用難以形成大量絮體，造成沉降緩慢，不能形成密實土體。絮凝技術(shù)正是基于淤泥的沉積過程，通過加入絮凝藥劑，加速絮凝體的形成速率，促進大絮團的產(chǎn)生，縮短沉降時間，使淤泥形成相對密實的沉積土體。

圖1 沉降與自重固結(jié)的一般過程[18]

2 絮凝劑的種類

用于疏浚淤泥中的絮凝劑本身來自于城市污水污泥處理、尾礦業(yè)、含油廢水處理[22]等不同的工業(yè)領(lǐng)域。絮凝劑根據(jù)其化學(xué)組成成分一般分為四大類：無機絮凝劑、有機絮凝劑、微生物絮凝劑、復(fù)合絮凝劑，具體分類見圖2。疏浚工程上通常采用無機高分子和有機高分子絮凝劑，主要有聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺類絮凝劑。無機高分子絮凝劑投加量大，生成的絮凝體較小；而有機高分子絮凝劑的絮凝效果雖較好，但濾餅含水率較高，由于兩者在單獨使用過程中都受到限制，因此工程上常將兩者聯(lián)合使用[23]。

圖2 絮凝劑分類

2.1 無機絮凝劑

(1)無機小分子絮凝劑。無機小分子絮凝劑主要分為兩大類：一類是以硫酸鋁、氯化鋁和明礬等為主的無機小分子鋁鹽類絮凝劑；另一類是以硫酸鐵、三氯化鐵水合物、硫酸亞鐵水合物等為主的鐵鹽類無機小分子絮凝劑。

(2)無機高分子絮凝劑。單一的無機高分子絮凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽的聚合物。主要有聚合氯化鋁(PAC)，聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硅酸(PS)、活化硅酸(AS)等。復(fù)合型的無機高分子絮凝劑有聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚合氯硫酸鐵(PFCS)、聚合磷酸鋁鐵(PAFP)、硅鈣復(fù)合型聚合氯化鐵(SCRC)等[24]。與傳統(tǒng)的無機小分子絮凝劑相比，無機高分子絮凝劑能夠提供大量的絡(luò)合離子，有效破壞膠體穩(wěn)定性，吸附膠體微粒；形成絮凝體速率較快、沉降速率也較快、形成的絮體密度大，在去除COD、色度以及微生物方面有較好的效果。無機高分子絮凝劑適應(yīng)的PH值變化范圍廣、溫度區(qū)間大，工業(yè)生產(chǎn)成本比較低。因此廣泛應(yīng)用于煤炭、石油、疏浚、環(huán)保等生產(chǎn)領(lǐng)域[25]。

2.2 有機絮凝劑

根據(jù)有機物質(zhì)來源不同，有機絮凝劑可以進一步細(xì)分為合成有機高分子絮凝劑和天然有機高分子絮凝劑兩大類。

(1)合成有機高分子絮凝劑。合成有機高分子絮凝劑中含有—COO—、—NH—、—OH—等親水基團，因其具有用量小、絮凝效果好、沉淀速度快、形成的絮體大且易分離等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于水處理中。主要以聚乙烯、聚丙烯類聚合物及其共聚物為主，其中聚丙烯酰胺類絮凝劑在水處理中用量較大。聚丙烯酰胺系列有機高分子絮凝劑因其具有分子量高、吸附架橋能力強的優(yōu)點在水處理應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的優(yōu)越性。王春梅等[26]發(fā)現(xiàn)使用陽離子改性聚丙烯酰胺(MPAM)后能明顯降低印染廢水的COD值并加快沉降速度。

(2)天然有機高分子絮凝劑。目前，常用的天然有機高分子絮凝劑主要有淀粉基絮凝劑[27]、殼聚糖基絮凝劑、纖維素基絮凝劑、木質(zhì)素基絮凝劑等。天然有機高分子絮凝劑具有對環(huán)境友好、安全無毒、生產(chǎn)成本低廉、易于降解等優(yōu)點。RODERO M del R等[28]選擇Zetag、陽離子纖維素納米晶體、殼聚糖和氯化鐵作為采集材料，在微藻的半連續(xù)培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，在5個連續(xù)的收獲周期中均能以超過90%的效率有效地絮凝生物質(zhì)。

2.3 微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是由真菌、細(xì)菌等在內(nèi)的微生物或者由其產(chǎn)生的一系列產(chǎn)物經(jīng)提取精制得到的具備絮凝能力的生物高分子化合物[29-30]。主要有糖蛋白、粘多糖、核酸等高分子化合物[31]。與人工合成絮凝劑相比，生物絮凝劑具有安全無毒、高效環(huán)保、自然降解、無污染排放等優(yōu)點[32]。KURANE R等[33]利用紅平紅球菌，在特定的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件下，制成NOC-1微生物絮凝劑，NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑，具有很強的絮凝活性。

2.4 復(fù)合絮凝劑

復(fù)合絮凝劑是指由兩種或兩種以上絮凝劑在某些特定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所形成的新型絮凝劑。針對成分復(fù)雜的污水體系，復(fù)合絮凝劑可克服單一絮凝劑的不足，充分發(fā)揮多種絮凝劑的協(xié)同作用，產(chǎn)生顯著的增效互補作用。按照各個組分化合物類型可分為無機-無機復(fù)合絮凝劑、無機-有機復(fù)合絮凝劑、有機-有機復(fù)合絮凝劑3大類[34]。

(1)無機復(fù)合型絮凝劑。無機高分子絮凝劑水解產(chǎn)生大量的多羥基絡(luò)合離子，通過吸附架橋交聯(lián)作用，能夠有效吸附溶液中的膠體粒子，使之聚沉；同時還發(fā)生電性中和反應(yīng)，無機復(fù)合型絮凝劑水解產(chǎn)生的帶電離子能夠中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，壓縮了雙電層的厚度，降低了ζ電位，膠體離子之間由原來的相互排斥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ノ隣顟B(tài)，增大膠體微粒碰撞的機率，膠體聚合在一起產(chǎn)生較大的絮凝體。目前研究較多的是鐵鹽、鋁鹽復(fù)合絮凝劑及聚硅酸金屬鹽類復(fù)合絮凝劑[35-37]。

(2)有機復(fù)合型絮凝劑。有機復(fù)合型絮凝劑是有機高分子絮凝劑之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，復(fù)配形成新型復(fù)合絮凝劑。呂文彬等[38]將CPAM與APAM或NPAM復(fù)合使用時較單獨使用CPAM時脫水效果更好，均能改善污泥的脫水特性。王慶等[39]研究表明，當(dāng)PAM與PAAS的配比為2:1時，對泥中鐵、鈷、錳、銀的去除率均可達到90%以上。

(3)無機-有機復(fù)合型絮凝劑。參與復(fù)配的無機絮凝劑包括鐵鹽、鋁鹽等，有機絮凝劑包括殼聚糖、聚丙烯酰胺等。無機高分子聚合物水解產(chǎn)物能有效吸附水中的懸浮膠粒和雜質(zhì)，形成較大絮體并沉積；而有機高分子絮凝劑通過水解產(chǎn)生大量絡(luò)合離子，與水中膠體微粒發(fā)生吸附架橋作用。吸附在有機高分子絮凝劑上的活性基團對水中膠體顆粒及其他雜質(zhì)顆粒產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，使之聚集下沉。同時，無機絮凝劑水解產(chǎn)生的帶電離子與污染物表面電荷發(fā)生電性中和作用，有效促進有機高分子的絮凝作用，使得無機-有機復(fù)合型絮凝劑絮凝效果較好。孫雨涵等[40]通過對比試驗發(fā)現(xiàn)CPAM+PAC組合能大大促使吹填淤泥絮凝成團并沉積，泥水分離界限明顯，含水率大幅度降低。王海良等[41]復(fù)摻PAC和APAM、PAC和CPAM，確定了針對不同含水率的渣土廢泥漿的最佳摻量比，一定程度上緩解了地鐵盾構(gòu)出來的大量渣土廢泥漿污染環(huán)境且不便施工的現(xiàn)狀。

3 絮凝機理

20世紀(jì)40年代，蘇聯(lián)學(xué)者Derjaguin和Landau以及荷蘭學(xué)者Verwey和Overbeek分別獨立提出了關(guān)于微小顆粒之間的相互吸引力(能)與雙電層排斥力(能)計算方法，據(jù)此對憎水膠體的穩(wěn)定性進行了定量處理，被稱作膠體穩(wěn)定性DLVO理論[42]。經(jīng)典DLVO理論是現(xiàn)代絮凝科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，其從膠體顆粒間的斥力勢能和引力勢能相互轉(zhuǎn)換的角度揭示了膠體失穩(wěn)和產(chǎn)生絮凝沉淀的原因。目前，對絮凝機理的解釋主要有以下幾種。

3.1 壓縮雙電層和吸附-電中和作用

根據(jù)DLVO理論，降低ζ電位能夠有效降低排斥能峰，加速膠粒相撞聚集。在水溶液中投入電解質(zhì)可降低膠粒的ζ電位。大多數(shù)粘土顆粒表面帶負(fù)電荷，投入Al3+、Fe3+等陽離子電解質(zhì),可以中和粘土顆粒表面的負(fù)電荷，雙電層厚度被壓縮。為保持膠體電性中和所需要的擴散層厚度，膠體滑動面上的ζ電位降低，膠體顆粒因失去穩(wěn)定性而迅速聚沉，圖3為壓縮雙電層作用示意圖。對于鐵鹽和鋁鹽而言，主要脫水機理為壓縮雙電層和吸附-電性中和過程。

圖3 壓縮雙電層作用

3.2 吸附架橋作用

有機或無機高分子絮凝劑利用其活性部位吸附溶液中的膠體和懸浮物，通過靜電引力、范德華力和氫鍵等作用力，將膠粒架橋聯(lián)結(jié)成較大絮凝體，進而沉淀下來[43]。圖4為吸附架橋模型示意圖。不僅帶異種電荷的高分子絮凝劑與水中膠粒產(chǎn)生強烈吸附作用，不帶電甚至帶有同種電荷的高分子物質(zhì)也會與膠粒產(chǎn)生吸附作用。當(dāng)投入高分子絮凝劑的量過多時，膠粒的表面全部被高分子絮凝劑包裹覆蓋，兩膠粒互相靠近時由于受到高分子的阻礙作用膠粒之間不能聚集沉降，被稱為“膠體保護”作用。圖5為膠體保護模型示意圖。

圖4 架橋模型示意圖

圖5 膠體保護示意圖

3.3 網(wǎng)捕卷掃作用

投加金屬鹽類絮凝劑進行絮凝時，若投加量過大，水解產(chǎn)生大量帶有一定正電荷的氫氧化物，吸附水中帶電的膠體顆粒物。此外，它們之間會相互粘結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可對水中的膠粒進行網(wǎng)捕卷掃作用，從而發(fā)生共聚沉降。網(wǎng)捕卷掃作用發(fā)生，除了要有較高的金屬鹽類電解質(zhì)投加量外，水溶液中還需要有較高的PH值和堿度。

壓縮雙電層、電性中和、吸附架橋以及卷掃網(wǎng)捕作用等是目前比較公認(rèn)的絮凝機理。在絮凝作用中，顆粒物的沉降聚集大都是幾種作用共同作用的結(jié)果。在微生物絮凝劑的絮凝機理學(xué)說中，微生物絮凝劑的絮凝過程可看成是電荷中和、吸附架橋和卷掃、網(wǎng)捕等物理化學(xué)過程共同作用的結(jié)果[44]。

4 絮凝劑聯(lián)合技術(shù)處理疏浚淤泥

疏浚淤泥在堆場內(nèi)自重沉積幾年后仍只能在表面形成20～30 cm厚的天然硬殼層，表面雖然干化，但內(nèi)部仍呈水性膠狀[45]。因此，堆場淤泥僅靠自然晾曬風(fēng)干脫水，占地面積大，脫水時間長，沉積固結(jié)緩慢[46]。王黨偉等[47]提出水鉸鏈假說，解釋了淤泥難以自然脫水的原因。加入絮凝劑可以加速落淤沉降過程，但僅僅依靠投加絮凝劑對降低淤泥含水率的程度有限，需要采取聯(lián)合技術(shù)提高土體的強度，并進一步降低含水率。以下梳理了一些絮凝劑聯(lián)合其他技術(shù)的復(fù)合處理方法。

4.1 絮凝劑聯(lián)合真空預(yù)壓技術(shù)

真空預(yù)壓脫水法是利用抽真空來加固軟土地基的一種地基加固方法[48]。因其在軟基加固處理中效果較好，故將此技術(shù)應(yīng)用到淤泥堆場中。此方法是加速泥水快速分離的一種較為有效的途徑[49]。傳統(tǒng)的真空預(yù)壓法存在固結(jié)周期長、深層土體固結(jié)不足等問題，難以達到預(yù)期的處理效果[50]。

絮凝劑聯(lián)合真空預(yù)壓法能夠加快顆粒沉積固結(jié)速度，有較好的排水效果。武亞軍等[51]利用絮凝-真空預(yù)壓法進行了工程廢漿處理試驗，土體的含水率和孔隙比在處理后都大幅度降低，有效緩解了排水板淤堵現(xiàn)象。徐志豪等[52]在疏浚淤泥中先后加入固化劑和絮凝劑，利用絮凝劑調(diào)理來強化固化劑化學(xué)膠結(jié)，再引入低位真空預(yù)壓技術(shù)，提出絮凝-固化聯(lián)合真空預(yù)壓法來處理高含水率泥漿。王東星等[53]選取5種化學(xué)絮凝試劑，結(jié)合真空預(yù)壓脫水技術(shù)，結(jié)果表明添加適量絮凝劑能大幅度地降低淤泥的含水率。WANG等[54]研究了復(fù)合絮凝劑FeCl3-APAM結(jié)合真空預(yù)壓脫水技術(shù)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合絮凝劑在1:5的配比下可以最大程度地緩解排水板淤堵現(xiàn)象，固化底泥中的重金屬物質(zhì)。絮凝-真空預(yù)壓法聯(lián)合處理高含水率淤泥漿筑堤示意圖如圖6所示。

圖6 絮凝-真空預(yù)壓法處理淤泥泥漿筑堤示意圖

4.2 絮凝劑聯(lián)合土工管袋技術(shù)

土工管袋脫水技術(shù)是利用高強度土工織物的過濾性能，在泥漿泵的壓力和重力作用下將淤泥中的水分透過管袋壁濾出。土工管袋直徑可根據(jù)需要變化，最大已超過5 m，長度最大可達到200 m[55]。用于疏浚工程的土工管袋材料主要有聚丙烯(PP)和聚酯(PT)兩大類[56]。該技術(shù)最初被應(yīng)用于圍堤、圍堰工程中[57]，近些年逐漸用于江河湖海淤泥的脫水處理中[58]，脫水處理后的土體含水率可達50%～60%。王琦等[59]指出土工管袋內(nèi)泥漿的脫水固結(jié)速度主要與土工織物等效孔徑、織造結(jié)構(gòu)、織造方式等因素有關(guān)。查道平等[60]利用聚丙烯酰胺為脫水藥劑聯(lián)合土工管袋技術(shù)，應(yīng)用于蘇州河四期底泥疏浚工程中，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。圖7為絮凝劑聯(lián)合土工管袋工藝流程圖。

4.3 絮凝劑聯(lián)合板框壓濾機脫水技術(shù)

機械脫水是實現(xiàn)固液分離的重要手段，常用的有帶式、離心式和板框壓濾脫水設(shè)備，板框壓濾設(shè)備因操作簡單、處理效率高、運行穩(wěn)定，已開始應(yīng)用于大規(guī)模疏浚淤泥的脫水處理工程中，脫水處理后土體的含水率可降至30%～50%。板框壓濾技術(shù)需提前向疏浚淤泥中添加絮凝劑，再通過板框壓濾機對調(diào)理后的淤泥進行高壓和濃縮處理。板框壓濾脫水是目前國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的一種淤泥處治技術(shù)。王菲等[61]以武漢市官橋湖底泥為研究對象，利用3種絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)、氯化鋁(AlCl3)、氯化鐵(FeCl3)聯(lián)合板框壓濾機進行脫水，試驗結(jié)果表明投加量對淤泥的脫水率的影響，單一絮凝劑不足以穩(wěn)固淤泥中的污染物。吳思麟等[62]將泥漿混合絮凝劑在濃縮池進行沉淀分離濃縮，后泵入板框壓濾機進行快速脫水，提出了一種“泥漿濃縮—板框壓濾—處置利用”的新工藝。絮凝聯(lián)合板框脫水干處理工藝如圖8所示。

圖8 絮凝聯(lián)合板框脫水處理工藝 圖9 電滲裝置示意圖

4.4 絮凝劑聯(lián)合電滲技術(shù)

電滲技術(shù)是一種利用電能促進軟土地基排水并加速固結(jié)的地基處理方法，在低滲透性土、深層土體處理方面效果較好。但目前關(guān)于電滲法的研究集中在理論和試驗研究階段，還未在實際工程中得到大規(guī)模應(yīng)用。近年來電滲技術(shù)也逐步應(yīng)用于疏浚淤泥脫水中。KARUNARATNE等[63]用絮凝劑聯(lián)合單一逐級加壓方案的室內(nèi)電滲試驗對疏浚淤泥進行研究，既充分發(fā)揮絮凝劑加速土體脫水的效用，又解決了電滲法前期排水固結(jié)效率低的問題。圖9為電滲裝置示意圖。袁國輝等[64]采用無機絮凝劑CaCl2來優(yōu)化傳統(tǒng)電滲法，并在電滲過程中采用逐級加載電壓的通電方式處理疏浚淤泥，加固效果較好。胡江靈等[65]利用含碳蜂巢格室結(jié)構(gòu)作為陽極，碳布和石墨氈為陰極，構(gòu)建沉積物微生物燃料電池裝置，對淤泥中的總有機碳、總氮有很好的去除效果。

5 結(jié)論與今后發(fā)展方向

5.1 結(jié)論

本文總結(jié)了絮凝劑及絮凝脫水技術(shù)在疏浚淤泥中的研究進展，主要有以下結(jié)論。

(1)添加絮凝劑可以縮短疏浚淤泥沉積固結(jié)時間。疏浚淤泥初始含水率高、粘粒含量高、自重沉積固結(jié)緩慢。投加絮凝劑，可以促進土顆粒絮凝，加速沉積，促進泥水快速分離，加速堆場土地還原。絮凝方法在進行快速脫水、分離污染物和改善水體環(huán)境中成效顯著，在河湖疏浚淤泥處理中已經(jīng)初步顯示出效果。

(2)絮凝劑主要有無機、有機以及兩者相復(fù)合成的各類復(fù)合型絮凝劑。無機小分子絮凝劑主要有鋁鹽類和鐵鹽類，能提供大量絡(luò)合離子促進絮凝。有機絮凝劑分為天然類和合成高分子絮凝劑，相較于無機絮凝劑，有機高分子類絮凝劑用量少，能夠明顯改善淤泥的脫水性能，例如聚丙烯酰胺類因其絮凝性能優(yōu)異、合成工藝成熟、價格低廉，廣泛應(yīng)用于疏浚淤泥快速絮凝技術(shù)研究之中。復(fù)合絮凝劑可克服單一絮凝劑的不足，充分發(fā)揮多種絮凝劑的協(xié)同增效互補作用。

(3)絮凝作用機理是在膠體穩(wěn)定性DLVO理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要有壓縮雙電層、電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用等。以上幾種機理在絮凝過程中往往同時存在，共同作用，只是在不同的環(huán)境條件下占主導(dǎo)地位的作用機理不同。實際工程中，應(yīng)針對底泥的性質(zhì)，依據(jù)絮凝機理，合理選擇絮凝劑種類和投加量，使得各絮凝機理能夠發(fā)揮各自最大效應(yīng)。

(4)由于疏浚泥漿濃度較低，盡管選擇合適的絮凝劑后能夠大幅度的降低淤泥含水率，但有時底泥性質(zhì)復(fù)雜，靠單一絮凝技術(shù)仍然難以取得滿意的效果。為了進一步降低含水率和提高土體強度，絮凝技術(shù)經(jīng)常需要和其他脫水工藝相結(jié)合，由此，絮凝技術(shù)聯(lián)合真空預(yù)壓、土工管袋、電滲法、板框壓濾等復(fù)合脫水技術(shù)已逐步應(yīng)用于高含水率疏浚淤泥脫水技術(shù)研究中。

5.2 今后發(fā)展方向

(1)高效復(fù)合絮凝劑的開發(fā)和利用是絮凝材料發(fā)展的主要方向。今后復(fù)合絮凝劑的開發(fā)和應(yīng)用將會圍繞著性能的穩(wěn)定性和易制備性，使其朝著安全化、高效化、環(huán)保化以及低成本方向發(fā)展。

(2)新型生物絮凝劑有望取得重要突破。傳統(tǒng)的絮凝劑難降解，某些人工合成絮凝劑具有生物毒性，在某些場合應(yīng)用時受到一定的限制，而河湖疏浚淤泥中的有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量高，因此以生物絮凝劑為代表的環(huán)境友好型絮凝劑在大規(guī)模疏浚淤泥脫水工程中將會有廣闊的應(yīng)用前景。

(3)污染淤泥的絮凝機理研究。目前疏浚淤泥含有的污染物種類越來越多，性質(zhì)越來越復(fù)雜，而國內(nèi)外鮮有圍繞污染物性質(zhì)對絮凝機理的系統(tǒng)研究，而絮凝過程本身是多種機制共同作用的結(jié)果，故后續(xù)需要在開發(fā)污染淤泥絮凝劑的基礎(chǔ)上深入研究污染疏浚底泥的絮凝和污染物穩(wěn)定機理。

(4)淤泥絮凝處理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國對疏浚淤泥處理技術(shù)的研究已有多年時間，早期的固化處理技術(shù)等雖然沒有形成全國性或行業(yè)性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)陸續(xù)有地方標(biāo)準(zhǔn)出臺。而淤泥絮凝技術(shù)目前尚主要借鑒于污水、污泥的處治，對于疏浚淤泥顯然不能適用，未來在淤泥絮凝技術(shù)發(fā)展到一定程度，需要及時研究出臺相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。