不同絮凝劑對長江疏浚淤泥的絮凝試驗研究

羅倩

（重慶市渝中區(qū)濱江建設服務中心，重慶 400010）

經過多年發(fā)展，我國已經成為世界第一疏浚大國，年疏浚量超過10 億立方米。港口、航道的建設和維護及河流、湖泊等水環(huán)境治理工程中會產生大量的疏浚淤泥[1]，疏浚淤泥由泥水混合物與有機物和生物殘體等物質組成，疏浚淤泥有著體量巨大、含水率高、液限高、壓縮性高、強度高、組成成分復雜等特點[2]導致疏浚淤泥一般在工程上難以直接利用，而被拋棄處理。拋棄處理不僅是對堆場土地資源的浪費，更是對環(huán)境有巨大的污染。2021 年兩會期間也提出：減少長江航道回淤，將疏浚土“變廢為寶”的觀點，加快推進長江航道疏浚土綜合利用，服務長江黃金水道建設，促進長江生態(tài)環(huán)境保護。對于疏浚淤泥的合理利用已經成為目前的共識，由于剛出水的疏浚淤泥有著壓縮性大、含水率高、強度低等缺點，這對疏浚淤泥的運輸與利用有著嚴重不利影響，為了便于疏浚淤泥的運輸與后續(xù)處理，需要對疏浚淤泥進行脫水處理。

目前主流的淤泥脫水主要有兩類分別為物理機械與加入化學絮凝劑絮凝脫水，針對淤泥脫水研究已有部分進展。姜潔[3]等人研究了聚合氯化鋁對城市污泥脫水效果的影響，研究結果表明對于初始含水量為99%的城市污泥，1.4g/L 的PAC 摻量可以使城市污泥含水率降至91%，且可使污泥體積減少20%。郭麗君[4]研究了聚合氯化鋁（PAC）與聚合氯化鐵對市政污泥脫水性能的影響，研究結果表明PAC 投加量為160.7mg/g 時，污泥比阻值最小，為4.251011cm/g 相比于原污泥2.91012cm/g 下降明顯；聚合氯化鋁摻量為263.2mg/g 時，污泥比阻值降低至3.71011cm/g。陸香玉[5]等人研究了硫酸鐵與硫酸鋁對污泥脫水性能的影響，研究結果表明加入硫酸鐵、硫酸鋁之后污泥沉降性能較大提升，此外硫酸鋁與硫酸鐵的加入也能降低污泥含水率，含水率95%的原污泥分別加入硫酸鋁與硫酸鐵之后含水率降至74%、70%。現階段針對長江疏浚淤泥的脫水研究較少，絮凝劑方面針對微生物絮凝劑研究相對缺乏。本文針對長江流域疏浚淤泥采用聚丙烯酰胺（PAM）、微生物絮凝劑、聚合氯化鋁（PAC）和聚合氯化鐵(PAF)分別絮凝并研究其對沉降性能、污泥比阻與泥餅含水率的影響。

1 試驗材料與方法

疏浚淤泥來自長江疏浚工程淤泥，主要成分為SiO2、Al2O3、MgO 等，PH 值7.6，淤泥含 水率為100%。微生物絮凝劑來自浙江希望生物科技有限公司，主要成分為生物酶，部分微生物。聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PAF）來自江蘇鑫灝公司。

根據預實驗與文獻，不同絮凝劑選擇摻量如表1 所示，淤泥含水率為100%，每組試驗重復三次取平均值，檢測指標為沉降性能、清液高度、污泥比阻和泥餅含水率。

試驗將疏浚淤泥干土配置成含水率為100%的疏浚淤泥，在攪拌器上充分攪拌后，利用注射器添加配置的絮凝劑，通過玻璃棒緩慢攪拌，使絮凝劑與泥漿充分混合后將燒杯中試樣轉移至量筒內，通過玻璃杯慢攪拌后，記 錄0min，2min，5min，10min，15min，30min，1h，2h，3h 的泥面高度，繪制泥面高度和沉降時間的關系曲線。泥餅含水率按照規(guī)范《土工試驗方法標準》（GB/T50123-2019）烘干法進行測量。

2 結果與討論

2.1 絮凝沉降曲線

絮凝沉降曲線可以較為清楚顯示絮凝快慢進度，比較不同絮凝劑之間絮凝效果差異，不同絮凝劑加入后淤泥絮凝沉降曲線見圖1。由圖可知，加入絮凝劑后能有效提高淤泥絮凝速率，使泥面高度迅速下降，微生物的絮凝沉降曲線在各組曲線最下方，泥面高度下降速率最快，絮凝劑效果好，后續(xù)依次為PAM、PAC 和PAF。可能是因為絮凝劑種類不同絮凝劑機理也不相同，PAM屬有機高分子絮凝劑，通過卷積－掃網作用實現絮凝，PAC 與PAF 屬無機高分子絮凝劑，絮凝主要通過吸附、電中和實現，微生物絮凝劑屬新型生物絮凝劑，主要依靠生物酶、微生物實現絮凝，微生物絮凝劑里面的生物酶、微生物等是活性成分絮凝效果強于無活性成分的絮凝劑，而PAM 屬于有機高分子絮凝劑摻量少但分子量大卷積－掃網作用強，PAC 與PAF 絮凝是依靠電離出的金屬陽離子實現吸附、電中和作用實現，導致PAC與PAF 摻量大且絮凝效果一般。

圖1 淤泥絮凝沉降曲線

2.2 清液高度

淤泥絮凝之后的清液高度可以清楚反映淤泥絮凝進度，清液高度增長速率可以反映淤泥絮凝速率，不同絮凝劑下淤泥清液高度如圖2，不同絮凝劑下清液高度歷時如圖3。由圖2、3 可知，淤泥清液高度隨時間增加而增大，加入絮凝劑后清液高度有顯著上升，且淤泥清液高度上升速率明顯加大。微生物絮凝劑絮凝效果最好，清液高度最大，0.5h 清液高度達17ml，2h 絮凝基本完成清液高度為35ml，對比無絮凝劑的空白組0.5h與1h 清液高度分別提升了240.0%、169.2%。PAM 絮凝效果僅次于微生物絮凝劑，0.5h 清液高度達13ml，2h 絮凝基本完成清液高度為28ml，對比無絮凝劑的空白組0.5h 與1h 清液高度分別提升了260.0%、115.4%。PAC 與PAF 同屬無機高分子絮凝劑，絮凝效果弱于PAM，其中PAC 絮凝效果優(yōu)于PAF，PAF 絮凝效果是四中絮凝劑中最差的。

圖2 不同絮凝劑的清液高度圖

圖3 不同絮凝劑下的清液高度歷時

2.3 污泥比阻

污泥比阻是表示污泥脫水性能的綜合性指標。它的物理意義是：單位質量的污泥在一定壓力下過濾時在單位過濾面積上的阻力。污泥比阻可以比較淤泥中加入不同絮凝劑后的過濾性能。污泥比阻越大，過濾脫水性能越差，反之脫水性能越好。公式如下：

摻入不同絮凝劑的淤泥污泥比阻結果如圖4。由圖4 可知，添加絮凝劑可以有效減小疏浚淤泥的污泥比阻，提高疏浚淤泥的過濾脫水性能。疏浚淤泥的污泥比阻從小到大以為微生物、PAM、PAC、PAF 和空白對照組，微生物絮凝劑組的污泥比阻最小僅為5.45×1012m/Kg，相比于未添加空白組的4.73×1013m/Kg，淤泥比阻減小幅度為88.5%；PAM 組的污泥比阻僅次于微生物組，為9.21×1012m/Kg，淤泥比阻在1012m/Kg 數量級，對比空白組淤泥比阻減小80.4%；PAC 與PAF 組污泥比阻相比空白組也有下降，但污泥比阻在1013m/Kg 數量級，減小幅度小于微生物與PAM。這是因為微生物中的生物酶、微生物活性成分絮凝能力遠大于沒有活性的有機物與無機物使得淤泥的污泥比阻明顯減小，有機高分子的PAM 有極大的分子量卷積－掃網作用也比無機金屬陽離子的吸附、電中和強使PAM 污泥比阻減小幅度大于PAC 與PAF。

圖4 不同絮凝劑下的污泥比阻

2.4 泥餅含水率

淤泥的污泥比阻試驗的泥餅含水率接近淤泥通過機械脫水后的含水率，泥餅含水率可以反映不同絮凝劑對淤泥機械脫水后的泥餅含水率的影響。加入不同絮凝劑后的泥餅含水率如圖5，由圖可知，絮凝劑可以有效減小泥餅含水率，其中加入微生物絮凝劑后的泥餅含水率最低僅為47.1%，相比空白組的63.9%，含水率下降16.8%，可極大減小泥餅體積，極大有利于疏浚淤泥的運輸與進一步利用。加入PAM 后的泥餅含水率為50.3%，泥餅含水率減小了13.6%。PAC 與PAF 泥餅含水率在55%左右，泥餅函數了有一定下降，但幅度有限。可能是因為微生物絮凝劑的活性絮凝成分可以使淤泥顆粒沉淀充分使泥餅含水率較低，PAM 也有較強絮凝沉淀效果使得泥餅含水率低，而PAC 與PAF 絮凝不完全，顆粒沒有成分沉淀導致泥餅含水率下降幅度不大。

圖5 不同絮凝劑下的泥餅含水率

3 結論

（1）摻入不同絮凝劑都可加快疏浚淤泥絮凝，其中微生物絮凝劑相比于有機高分子絮凝劑PAM 與無機高分子絮凝劑PAC 和PAF 有更好的絮凝效果，能更快絮凝、使淤泥的污泥比阻與泥餅含水率更小。

（2）對于工程應用，相比傳統(tǒng)有機或無機絮凝劑微生物絮凝劑能極大減小疏浚淤泥污泥比阻與泥餅含水率，微生物摻量50g/t，可使疏浚淤泥污泥比阻減小88.5%，泥餅含水率減小至47.1%，能極大減小剛出水時疏浚淤泥體方便運輸，有利于疏浚淤泥進一步利用。