基于結(jié)團(tuán)絮凝方式的北方地區(qū)河道底泥生態(tài)清淤技術(shù)試驗(yàn)探討

郭 廓

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

1 概 述

當(dāng)前，河道底泥的清淤方式研究的主要方向?yàn)樵诓挥绊懮鷳B(tài)環(huán)境的前提下，如何對(duì)其底泥進(jìn)行生態(tài)處理[1]。早期處理方式是采用人工運(yùn)輸?shù)嚼鴪?chǎng)進(jìn)行掩埋，這種方式環(huán)保效應(yīng)差，會(huì)對(duì)區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染。近些年來(lái)，對(duì)于河道底泥生態(tài)清淤技術(shù)研究取得了一定成果[2-8]，其中結(jié)團(tuán)絮凝方式在一些中小河流尤其是城市河道的生態(tài)清淤中具有較好的應(yīng)用效果[9-10]，結(jié)團(tuán)絮凝是一項(xiàng)適用于高濃度無(wú)機(jī)顆粒廢水的固液分離技術(shù)，具有效率高、體積小、占地省等特點(diǎn)。但這種方式需要對(duì)結(jié)團(tuán)絮凝藥劑投放量比例進(jìn)行試驗(yàn)，從而確定最優(yōu)的生態(tài)清淤效果。為此，本文采用試驗(yàn)方式對(duì)底泥清淤指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)探討。研究成果對(duì)于北方地區(qū)河道底泥生態(tài)清淤處理具有重要的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

2 河道底泥生態(tài)清淤技術(shù)

生態(tài)清淤技術(shù)，主要需對(duì)其底泥的出水濁度等指標(biāo)進(jìn)行衡量，底泥固化分離的重要指標(biāo)為平均沉速，底泥脫水性能評(píng)價(jià)主要通過(guò)污泥比阻來(lái)反映，底泥濃縮效率則通過(guò)底泥的含水率進(jìn)行衡量。在進(jìn)行工程生態(tài)清淤時(shí)，底泥濁度主要通過(guò)在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定得到。采用沉降時(shí)間和沉降距離對(duì)其底泥沉降速度進(jìn)行測(cè)定。采用比測(cè)試驗(yàn)方式對(duì)其污泥的比阻進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)烘干沉重底泥對(duì)其含水率進(jìn)行測(cè)定。指標(biāo)測(cè)定試驗(yàn)選用復(fù)合氯化鋁作為主要試驗(yàn)藥劑，該試驗(yàn)藥劑選用陽(yáng)離子試劑作為輔助絮凝的標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌均勻后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置。

3 底泥處理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果分析

3.1 樣品采集與處理

把聚乙烯袋中的河道表層泥樣倒入廣口玻璃容器中，避光自然風(fēng)干，風(fēng)干后的泥樣放于硬質(zhì)塑料板上，用玻璃棒緩慢壓碎，壓碎同時(shí)去除風(fēng)干樣品中的動(dòng)植物殘?bào)w、樹(shù)枝和砂石等雜物。剔除雜物后，取風(fēng)干樣品150g左右，緩慢倒入研缽中研磨，用100目的尼龍篩篩分，留在篩上的風(fēng)干樣品再倒在研缽上重新碾碎，如此反復(fù)，保證使全部底泥樣品過(guò)篩，篩下物用四分法縮分，直至獲得所需量樣品，裝入塑料袋密封保存。篩下的樣品需混合均勻后才能將樣品裝袋，貼上標(biāo)簽，寫(xiě)上樣品代碼。袋內(nèi)的樣品應(yīng)在陰暗干燥、無(wú)光、低溫和無(wú)酸堿氣體影響的條件下保存，同時(shí)為防止微生物的降解作用，將樣品貯存在暗處4℃以下冰箱內(nèi)。

3.2 不同助凝劑投藥比例的底泥濃度影響試驗(yàn)

結(jié)團(tuán)絮凝中的混凝劑包括混凝劑和助凝劑兩種，混凝劑使膠體顆粒脫穩(wěn)，結(jié)合形成小粒徑的初始粒子，為后續(xù)顆粒進(jìn)一步絮凝做準(zhǔn)備，常采用聚合氯化鋁作為混凝劑。助凝劑的作用機(jī)理主要是在水中形成長(zhǎng)的線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，在微小密實(shí)的微顆粒之間起到吸附架橋作用，使微絮體聚成大顆粒，增強(qiáng)顆粒密度，常采用聚丙烯酰胺(PAM)作為助凝劑。對(duì)不同底泥濃度下的結(jié)團(tuán)絮凝方式下的處理指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定(測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1～表3)。

表1 濃度2.0g/L底泥濃度指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

表2 濃度為2.5g/L底泥濃度指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

表3 濃度為3.5g/L底泥濃度指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

從結(jié)團(tuán)絮凝方式不同投藥濃度以及用量下底泥的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)分析可看出，隨著投藥濃度及用量比例的增加，底泥出水濁度、平均沉速、出泥含水率、污泥比阻等指標(biāo)均有較為明顯的變化，但變化的規(guī)律性不高。當(dāng)濃度為2.0g/L時(shí)候，底泥各項(xiàng)指標(biāo)變化幅度較小，生態(tài)清淤效果不明顯；而當(dāng)濃度為2.5g/L時(shí)候，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)變化幅度有所增加，尤其是出泥含水率指標(biāo)，下降較為顯著，表明底泥的清淤效果逐步顯現(xiàn)；當(dāng)投藥濃度增加到3.5g/L時(shí)候，各項(xiàng)指標(biāo)變化相比于于投藥濃度為2.5g/L時(shí)候，變化幅度不大。因此，并不是投藥濃度越高，其清淤各項(xiàng)指標(biāo)越好。底泥的含水率當(dāng)投藥比例趨于最佳狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)一定的反曲線(xiàn)變化。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，綜合確定結(jié)團(tuán)絮凝方式在遼寧地區(qū)生態(tài)清淤最佳投藥比例在2.9%～5.1%之間，可顯著提高生態(tài)清淤的效果。

3.3 攪拌速率對(duì)底泥生態(tài)清淤指標(biāo)影響分析

采用混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌速率的生態(tài)清淤指標(biāo)影響分析，取1200ml含水率為99%的泥樣加入6個(gè)專(zhuān)用燒杯中，先加入干泥重1‰的PAC(聚合氯化鋁)，先快速攪拌lmin，控制轉(zhuǎn)速低于3r/min，再分別向每個(gè)燒杯中投加不同量的PAM，先快速攪拌10s，再慢速攪拌1min。分別將絮凝后6個(gè)燒杯中的底泥各1000mL分別倒入6個(gè)lL量簡(jiǎn)內(nèi)，靜沉30min，測(cè)量沉淀泥高度占量筒中液體總高的比，即為污泥沉降比，測(cè)定上清液濁度。再將6個(gè)燒杯中剩余泥樣各120ml測(cè)量污泥比阻。對(duì)不同攪拌轉(zhuǎn)速下底泥生態(tài)清淤效果評(píng)定的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同攪拌轉(zhuǎn)速下底泥生態(tài)清淤效果衡量指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

從攪拌轉(zhuǎn)速下底泥生態(tài)清淤的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)可看出，底泥沉降速率受攪拌轉(zhuǎn)速影響最為明顯，通過(guò)反復(fù)的攪拌轉(zhuǎn)速試驗(yàn)分析，當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速在8.5～9.0r/min時(shí)，底泥沉降顆粒隨著攪拌逐步減小，達(dá)到最佳的固結(jié)效果。從試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果還可看出，底泥的含水率受攪拌轉(zhuǎn)速的影響程度較低，但污泥比阻隨著攪拌轉(zhuǎn)速的影響呈現(xiàn)線(xiàn)性遞減變化，底泥的濃縮比在結(jié)團(tuán)絮凝過(guò)程中效果較為明顯。

3.4 不同停滯時(shí)間對(duì)生態(tài)清淤效果分析

對(duì)結(jié)團(tuán)絮凝不同停滯時(shí)間下生態(tài)清淤的效果指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同停滯時(shí)間對(duì)生態(tài)清淤效果分析

從不同停滯時(shí)間(HRT)對(duì)生態(tài)清淤效果試驗(yàn)效果可看出，結(jié)團(tuán)絮凝處理過(guò)程中停滯時(shí)間對(duì)其影響較為明顯。通過(guò)試驗(yàn)分析當(dāng)停滯時(shí)間大于85s后，各項(xiàng)指標(biāo)的變化逐步趨于穩(wěn)定，隨著停滯時(shí)間的加大，底泥固體顆粒分離密度和速率均呈現(xiàn)遞減變化。底泥固體顆粒密度當(dāng)水力滯留時(shí)間在90s范圍內(nèi)逐步降低，使得其污泥比阻和含水率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)變化，從而降低其生態(tài)清淤效果。

4 主要結(jié)論

河道工程生態(tài)清淤時(shí)，底泥濁度主要通過(guò)在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定得到。采用沉降時(shí)間和沉降距離對(duì)其底泥沉降速度進(jìn)行測(cè)定，采用比測(cè)試驗(yàn)方式對(duì)其污泥的比阻進(jìn)行測(cè)定。

通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，綜合確定結(jié)團(tuán)絮凝方式在遼寧地區(qū)生態(tài)清淤最佳投藥比例在2.9%～5.1%之間，可顯著提高生態(tài)清淤的效果；底泥的含水率受攪拌轉(zhuǎn)速的影響較小，但污泥比阻受攪拌轉(zhuǎn)速的影響呈現(xiàn)線(xiàn)性遞減變化，底泥的濃縮比在結(jié)團(tuán)絮凝過(guò)程中效果較為明顯；底泥固體顆粒密度當(dāng)停滯時(shí)間在90s范圍內(nèi)逐步降低，使得其污泥比阻和含水率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)變化，從而降低其生態(tài)清淤效果。