城市型河道清淤泥水混合物的絮凝效果試驗(yàn)探討

楊榮輝

(盤(pán)山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤(pán)錦 124010)

排干淤泥處理和水下淤泥處理是目前國(guó)內(nèi)兩種主要的河道清淤疏浚方式。水下淤泥處理在城市河道清淤中采用較多，其中抓斗式、絞吸式和斗輪式是城市河道水下淤泥清理的3種主要手段。這3種處理方式可通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械吸取方式進(jìn)行河道底部淤泥的清理，但大量的泥水混合物會(huì)在河道底部淤泥吸取過(guò)程中產(chǎn)生，從而對(duì)河道水體產(chǎn)生二次污染。有研究成果表明采用絞吸式淤泥清理方式下通過(guò)添加絮凝劑可以使得河道底部泥水混合物得到快速分離，從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，使得對(duì)絮凝劑性能指標(biāo)要求較高。目前國(guó)內(nèi)河道清淤過(guò)程中絮凝劑主要采用聚丙烯酰胺，該絮凝劑在一些地區(qū)河道清淤過(guò)程中可有效處理高濁度的泥水混合物。有研究成果表明絮凝劑的投加量對(duì)于河道底泥分離影響顯著，本文重點(diǎn)針對(duì)絮凝劑不同添加量下河道底部泥水混合物分離效果進(jìn)行試驗(yàn)分析，研究成果對(duì)于城市河道清淤效率和效果的提升具有重要的參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

對(duì)盤(pán)錦地區(qū)城市河道進(jìn)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別為1.25g/cm3及86.9%。絮凝劑添加劑主要采用聚丙烯酰胺，其配比溶液中陽(yáng)離子的濃度在35%～45%之間，按照1g/L進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液配制后其分子相對(duì)質(zhì)量為1.359×104。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝試驗(yàn)主要采用六聯(lián)混凝機(jī)器進(jìn)行泥水混合攪拌，將攪拌均勻后的泥水混合濃液取出1000ml放入圓形燒杯中進(jìn)行靜置，靜置10min后按照表1對(duì)應(yīng)的配比方案對(duì)聚丙烯酰胺進(jìn)行不同劑量試劑的配置。在不同投加量聚丙烯酰胺試劑配置完成后采用六聯(lián)混凝機(jī)器進(jìn)行30s攪拌，轉(zhuǎn)速設(shè)置為300r/min，攪拌結(jié)束后立即按照100r/min再進(jìn)行120s攪拌后結(jié)束攪拌。在200ml量筒中將配置好的200ml泥水混合物進(jìn)行混凝后分別按照5、10、25min進(jìn)行靜置，并對(duì)靜置過(guò)程中的淤泥含量以及液體容積進(jìn)行記錄并進(jìn)行總量占比計(jì)算。當(dāng)上層水樣靜置5min后對(duì)沉降泥水混合物種的濁度以及COD含量進(jìn)行檢測(cè)。采用布氏漏斗對(duì)100ml泥水混合物進(jìn)行抽濾，對(duì)抽濾后的泥水混合物進(jìn)行含水率的檢測(cè)。

表1 聚丙烯酰胺不同添加量配比

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 不同投加量下泥水混合物絮凝體積變化

對(duì)不同投量聚丙烯酰胺的泥水混合物的絮凝含量進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，其絮凝體體積分?jǐn)?shù)變化見(jiàn)表2。

表2 不同投放量下河道底泥水混合物體積變化率試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可看出，當(dāng)不添加絮凝劑時(shí)，河道底部泥水混合物分層較為明顯，泥水混合物分層速率隨著沉降時(shí)間的增加而逐步減緩，絮凝體含量隨著沉降時(shí)間增加而呈現(xiàn)線性遞減變化。當(dāng)沉降時(shí)間低于10min，且聚丙烯酰胺絮凝劑投加量達(dá)到0.30mg/g時(shí)，泥水混合物分離效果不明顯，表明在較短的沉降及絮凝投放量較低時(shí)淤泥分離程度較低；當(dāng)投放量增加到0.57mg/g時(shí)，絮凝體靜置2min后期泥水混合物分層現(xiàn)象明顯，淤泥沉降速率開(kāi)始遞增，但絮凝體在5min內(nèi)沉降速率并未呈現(xiàn)較為明顯變化，淤泥絮凝體隨著沉降時(shí)間的增加其體積百分比逐步減小，泥水混合物分離速率遞增明顯；絮凝體當(dāng)投加量達(dá)到0.69mg/g時(shí)其沉降速率明顯加快，沉降時(shí)間也呈現(xiàn)明顯遞減；當(dāng)絮凝體投加量達(dá)到0.81mg/g時(shí)其泥水混合物可在較短時(shí)間內(nèi)迅速完成分離。絮凝體在投加量進(jìn)一步增加時(shí)其分離速率有所減緩，絮凝體體積隨著沉降時(shí)間增加而逐步趨于穩(wěn)定變化，當(dāng)投加量達(dá)到1.07mg/g時(shí)其分離速率加大且分離時(shí)間縮短，但5min后其分離速率變化逐步平緩。在實(shí)際河道清淤過(guò)程中，泥水分離效率可通過(guò)絮凝體快速沉降得到有效提高，當(dāng)投加量為0.69mg/g時(shí)，河道底部泥水混合物絮凝體可在較小投加量下出現(xiàn)明顯沉淀，并當(dāng)投加量達(dá)到0.81mg/g實(shí)現(xiàn)快速分離。

2.2 不同投加量下泥水混合物出水水質(zhì)變化

對(duì)不同絮凝劑投加量下的出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，出水濁度和COD濃度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如見(jiàn)表3。

表3 不同絮凝劑投加量下的出水水質(zhì)變化

從不同絮凝劑投加量下的出水水質(zhì)變化可看出，當(dāng)不添加任何絮凝劑條件下清淤河道底部泥水混合物沒(méi)能進(jìn)行分離直接排入河道，對(duì)河道產(chǎn)生二次污染，因此絮凝沉降效果的一個(gè)重要指標(biāo)還包括出水水質(zhì)濁度和COD濃度的變化，為此對(duì)沉降5min內(nèi)不同絮凝劑投放量下的濁度和COD濃度進(jìn)行了測(cè)定，當(dāng)未添加絮凝劑時(shí)泥沙混合物中由于泥沙混雜較多，使得濁度和COD濃度均較高；隨著投加量的增加淤泥開(kāi)始下沉后其上層水樣水質(zhì)濁度逐步降低。從不同投加量濁度變化可看出，當(dāng)投加量低于0.42mg/g時(shí)出水濁度呈現(xiàn)遞減，但遞減率較低，當(dāng)投加量達(dá)到0.57mg/g時(shí)出水濁度明顯遞減，當(dāng)投加量達(dá)到0.69mg/g時(shí)出水濁度變化較為平緩，出水濁度此后隨著投加量的增加變化程度較低，這主要是因?yàn)楫?dāng)投加量較低時(shí)泥水混合物絮凝很難形成，底部泥水混合物懸浮大量的淤泥顆粒，使得水體濁度遞減率較小，當(dāng)投加量在一定范圍內(nèi)增加后，其底部泥水混合物分離和沉降速率增加，使得出水濁度減小較為明顯，當(dāng)投加量高于0.81mg/g時(shí)泥水混合物水質(zhì)變化相對(duì)穩(wěn)定，繼續(xù)增加投加量對(duì)出水濁度影響程度較低。出水COD濃度變化與濁度變化有所不同，當(dāng)投加量較低時(shí)出水COD濃度即出現(xiàn)明顯的遞減變化，這是因?yàn)檩^多的有機(jī)質(zhì)顆粒在泥水混合物中可快速下沉分離，從而降低了其出水COD濃度，當(dāng)投加量高于0.69mg/g時(shí)COD濃度變化趨于穩(wěn)定。綜上，當(dāng)聚丙烯酰胺投加量達(dá)到0.79mg/g時(shí)河道泥水混合物可以快速完全分離和實(shí)現(xiàn)較好的絮凝沉降。

2.3 不同投加量下泥水混合物淤泥含固率變化

通過(guò)布氏漏斗對(duì)絮凝沉降的泥水混合物進(jìn)行抽濾后對(duì)其淤泥含固率進(jìn)行測(cè)定，不同投加量下河道淤泥含固率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同投加量下河道淤泥體積含固率測(cè)定結(jié)果

從測(cè)定結(jié)果可看出絮凝體在采用布氏漏斗進(jìn)行抽濾后泥沙混合物的含固率在未添加絮凝劑時(shí)為7.35%，并隨著聚丙烯酰胺投加量的增加而呈現(xiàn)顯著遞減變化。這主要是因?yàn)樵诤拥赖撞坑倌嘈纬蛇^(guò)程中大量的泥粒顆粒由于沉淀會(huì)攜帶部分水分子，這部分水分子會(huì)在淤泥和絮凝劑之間被吸附，并且在抽濾過(guò)程中難以被過(guò)濾，只能通過(guò)加熱才能使其有效分離，從而使得隨著投加量的增加淤泥體積含固率會(huì)明顯遞減變化。城市河道大都采用絞吸式淤泥清理方式進(jìn)行河道清淤，河道底部泥水混合物被吸取后若不采用絮凝劑易對(duì)河道產(chǎn)生二次污染。通過(guò)試驗(yàn)表明聚丙烯酰胺對(duì)于河道底部泥水混合物分離效果較為明顯，這主要是因?yàn)楹拥烙倌囝w粒可被聚丙烯酰胺吸附在表層，形成靜電吸附，從而使得淤泥體積逐步加大，形成沉淀，繼續(xù)增加聚丙烯酰胺投加量后，淤泥顆粒與聚丙烯酰胺吸附度增加，使得淤泥顆粒膠黏平衡被破壞，從而快速下沉。

3 結(jié)論

(1)河道淤泥顆粒可被聚丙烯酰胺吸附在表層，形成靜電吸附，使得淤泥體積逐步加大，形成沉淀，但聚丙烯酰胺投加量低于0.69mg/g時(shí)沉淀效率較低，當(dāng)投加量高于0.69mg/g時(shí)，淤泥顆粒與聚丙烯酰胺吸附力可使得淤泥顆粒膠黏平衡被破壞，從而快速下沉，并當(dāng)投加量增加到0.79mg/g時(shí)達(dá)到最佳效果。

(2)在實(shí)際清淤過(guò)程中，投加聚丙烯酰胺絮凝劑后，傳統(tǒng)城市河道抓斗式、斗輪式及絞吸式淤泥處理效率可由未添加前的低于60%提升到75%以上，建議在城市型河道清淤疏浚尤其是黑臭水體治理中進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

(3)溫度是絮凝劑性能一個(gè)重要影響因素，后期還需深入研究不同水體溫度下不同投加量對(duì)泥水混合物沉淀絮凝影響。