基于不同試驗的底泥處理指標測定分析

周志宇

（遼寧省撫順水文局，遼寧 撫順 113000）

1 前言

隨著城市河道規劃建設，河流需要疏浚清淤，疏浚過程中產生的泥沙如不進行處理，將對周圍環境造成二次污染[1]。近年來，雖然在河道底泥治理方面取得了一定的研究成果[2-9]，但是對于城市河流沉積物的疏浚方法研究還較少，一方面主要因為城市河道底泥清淤量相比于大中型河流較少，另一方面因為城市河道底泥清淤難度較大[10]。當前，一些地區在河道底泥生態疏浚工程中應用了可實現泥沙快速高效分離的團塊絮凝方法[11-15]，此方法具有較好的生態清淤效果，但還未應用到城市河道疏浚清淤中。

2 生態清淤工藝簡介

分析生態疏浚技術的適用性，主要需要測量出水的渾濁度及沉淀物。沉積物固化分離的一個重要指標是平均沉降速率，通過干燥來測量污泥的含水量，其主要試劑采用復合氯化鋁（PAC），陽離子試劑是標準溶液，有助于絮凝，進行指數測定試驗。重力濃縮沉降法是一種絮凝性固體顆粒在稀懸浮液中的沉降技術，由于懸浮固體濃度較低且顆粒之間不發生聚集，因此在沉降過程中顆粒的形狀、粒徑和密度保持不變，互不干擾地各自獨立完成勻速沉降過程。而結團絮凝法是一項高濃度無機顆粒廢水的固液分離技術，具有效率高、體積小、占地省等特點，對河流污泥有較好的處理效果。總體而言，結團絮凝法絮凝劑用量較大，成本較高，對設備有腐蝕性，其所形成的絮狀物并不致密且含有大量水分，不利于壓力過濾，存在一定的缺陷。

3 試驗設備

泥漿濁度主要通過在線實時測量獲得，主要試驗設備為721分光光度計、PHS-3C精密pH計、電子天平、雙速恒溫震蕩器、電熱鼓風干燥器、YXQG02手提式電熱壓力蒸氣鍋、箱式電阻爐、智能型混凝試驗攪拌儀。

4 底泥處理指標測定

在結團絮凝處理工藝中，有機高分子助凝劑（PAM）的作用主要是為初始粒子與既成結團絮凝體顆粒之間提供附著力，主要起到“吸附架橋”的作用，提高絮狀粒子的初始捕集和吸附率，以便提高其結合強度，從而形成致密性好的球狀絮凝體。研究表明，形成高密度團聚絮體是實現高效固液分離的關鍵，提高黏結強度是凝聚絮凝顆粒致密化的前提。PAM通過兩方面增強結團絮凝體內部的結合強度，一是絮體顆粒表面PAM的覆蓋率，二是結團絮凝體和初始粒子對PAM的吸附比率。本試驗目的主要包括兩個方面，一是確定PAM投藥量對結團絮凝濃縮河道底泥處理工藝效果的影響，二是確定不同進泥濃度條件下PAM的適宜投藥量。分析表明，與靜態混凝試驗相比，由于結團絮凝動態試驗中總攪拌強度增加，水流的剪切力增強，使顆粒表面的PAM覆蓋率和結團絮凝體顆粒對初始粒子的吸附比率會下降，為了形成致密性好、粒徑大、密度高的結團絮凝體顆粒，PAC和PAM的用量均會比靜態試驗的最佳用量有所增加。

4.1 不同投藥比例的底泥濃度影響試驗

PAC的混凝作用主要是使水中的膠體顆粒脫穩而凝聚，在結團絮凝工藝中，PAC的作用與普通絮凝工藝中的基本一致，主要使膠體顆粒在管式混合器中脫穩，形成結團絮凝體成長所需的初始粒子。本試驗分析結團絮凝濃縮河道底泥處理工藝在不同工況條件下適宜的PAC投藥量范圍，分析研究PAC投藥量對工藝的影響。試驗過程中，控制進水污泥濃度，對不同底泥下絮凝處理指標進行測定，結果詳見表1—3。

表1 濃度為2.5 g/L的底泥濃度指標測定結果

表2 濃度為3.5 g/L的底泥濃度指標測定結果

表3 濃度為4.5 g/L的底泥濃度指標測定結果

從濃度為2.5 g/L的底泥濃度指標測定結果可看出，當結團絮凝方式下藥劑投放量在4.5%以內時，底泥處理的各項指標變化幅度相對較小，處在穩定階段；隨著泥沙濃度的逐漸增加，藥劑投放量對其各項指標的影響度逐步加大；當底泥濃度增加到4.5 g/L、藥劑投放量在3.15%以內時，底泥處理的各項指標達到較為穩定的狀態。總體上可看出，隨著底泥濃度的增加，結團絮凝方式下底泥出水濁度值先遞減再逐步趨于穩定，當投放藥劑比例達到最優狀態時，底泥含水量逐漸呈反曲線變化。建議在特定河流的生態疏浚過程中，藥劑投加量控制在2.5%～4.9%，以提高底泥生態疏浚效果。

4.2 攪拌速率對底泥生態清淤指標影響分析

在結團絮凝懸浮層中，機械攪拌為凝聚的絮凝物的致密化過程提供動力，同時保證懸浮層內水分分布的均勻性，滿足團聚絮體顆粒生長的粒度要求，使工藝能夠持續穩定運行。在攪拌轉速較小時，減弱了顆粒相互之間的摩擦和擠壓作用，由此形成的絮凝物顆粒粒子密度較低、絮體結構松散，沉降性能差；過大的攪拌轉速雖然能使絮體密度增加，但水流的剪切力又會對結團絮體顆粒的剝脫能力增強，容易打碎結團絮凝體顆粒，使絮體顆粒粒徑減小，不利于工藝穩定運行。因此，只有在適宜的攪拌強度下才能獲得致密性好且粒徑較大的絮體，獲得較好的沉降性能和較高的處理效率。試驗過程中，進水污泥濃度控制為3.5 g/L，控制PAC、PAM投加量為各個運行條件的最佳投藥量，測試分析不同攪拌速度下底泥生態疏浚效果的各項指標，結果詳見表4。

表4 不同攪拌速度下底泥生態疏浚效果測定

從表4可看出，底泥的出水濁度隨著攪拌速率的加大而逐步增加，底泥沉降速率受攪拌轉速影響較為顯著。隨著攪拌速率的提高，其底泥沉降顆粒會有所減小。底泥含水率隨著攪拌速率遞增而逐步減小，但對污泥比阻影響程度相對較小，通過試驗分析發現結團絮凝方法可顯著提高底泥濃縮比。

4.3 不同停滯時間對生態清淤效果影響分析

原水在反應區水力停留時間的變化會直接引起上升流速的變化，而上升流速反映了結團絮凝固液分離器的表面負荷，在保證結團絮凝系統穩定運行的前提下，提高上升流速即增大了結團絮凝工藝的處理能力。因此，在保證工藝穩定運行的前提下，最大限度地縮短水力停留時間、提高結團絮凝的上升流速有很大的實際意義。研究表明，較短的水力停留時間會增加單位時間內進入懸浮層的初始顆粒數，水流剪切作用增強，反應區內總的攪拌強度增強不利于結團絮凝體顆粒的成長，使得反應區懸浮層污泥濃度降低，致使工藝運行不穩定。本試驗目的在于確定在一定進泥濃度下能保證結團絮凝系統穩定運行的最短理論水力停留時間，以及其對工藝效果所產生的影響，為工藝的工程應用提供理論參考，分析結果詳見表5。

表5 不同停滯時間對生態清淤效果分析

本試驗控制結團絮凝反應區內筒高度為0.9 m、進水污泥濃度為4.5 g/l、固定攪拌轉速為9.91 r/min、PAC和PAM的用量是各工況下的最佳用量（分別為3.0%和4.5%），不斷增大入流流量，待系統穩定運行時，測定出水濁度、顆粒沉降速度、污泥比阻、出泥含水率和懸浮層污泥濃度。之后，改變結團絮凝反應區內筒高度，每次增高0.2 m，在相同的條件下進行試驗，以確定水的濁度，并以濁度為指標分析水力停留時間對該過程的影響。從不同滯留時間對生態疏浚的影響分析可以看出，底泥出水濁度受水滯時間影響較大，當水力停留時間在90 s以上時，出水濁度往往是穩定的，隨著水力停滯時間的進一步增加，底泥中固體顆粒的分離密度和分離速度不斷降低。

5 結語

隨著底泥濃度的增加，結團絮凝方式下底泥出水濁度值先遞減再逐步趨于穩定，當投放藥劑比例達到最優狀態時，泥沙含水量呈反向曲線變化。建議在河道生態清淤過程中，藥劑用量控制在2.5%～4.9%，以提高底泥生態疏浚效果。隨著攪拌速率的提高，其底泥沉降顆粒有所減小。隨著攪拌速度的增加，底泥含水量逐漸降低，但對污泥比阻的影響相對較小。