降低退水濃度提高排放水質措施探討

韓中華

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降低退水濃度提高排放水質措施探討

韓中華

一、工程簡介

蠡河位于太湖新城中心區東面，介于華清大道和蠡河路之間，是聯系梁塘河、太湖、穿越太湖新城腹地的一條天然水紐帶，是太湖新城水系南北向干流之一，也是太湖向京杭大運河調水的重要通道。蠡河河段總長7000m，南至太湖，西鄰梅梁湖景區，東通過梁塘河與京杭大運河連通，在太湖新城區域內有多個支流水系與蠡河相連，構成網狀河道。

蠡河綜合治理工程分步實施。首先進行高浪路段至蠡橋段的示范河道的治理。示范工程的實施，為蠡河乃至整個無錫市城市河道污染土治理提供參考和借鑒，積累更多、更好的治理經驗和模式，帶動無錫市城市河道全面治理工程早日開展。

該段示范工程位于蠡河下游，為污染底泥疏浚工程，示范工程長度約1000m，經過現場的勘測及對底泥相關資料結果的分析，確定此次示范工程排泥場面積9000m2，疏浚底泥工程量為30000m3。采用120m3/h絞吸式挖泥船疏浚河道污染底泥。

該示范工程段土質為深黑淤泥質土，軟塑，高壓縮性，土體物理力學性質差。

二、常規疏浚帶來的問題

該工程所在地土地資源珍貴，以至于排泥場征用面積過小；工期緊，投入施工能力較強的挖泥船投入施工，將導致泥漿體中土顆粒得不到充分沉淀而從退水口流失。根據提供的施工條件，計算出排泥場表面積與挖泥船施工能力（流量）數值之比僅為7.5，遠遠小于最低控制67的指標，可見施工能力配備過大。常規疏浚方法會帶來的問題如下：

1.造成二次污染與重復清淤

由于排泥場面積過小，挖泥船開挖的土源均為軟塑狀的污染土，土體幾乎無凝聚力，經過挖泥船絞刀頭的攪動開挖、排泥管中的輸送紋流混合，從排泥管出口排入排泥場，幾乎完全呈懸浮狀的污染土泥漿混合體，如果排泥場內富余容積大于或等于絞吸式挖泥船施工能力20倍以上（流量的20倍，1200×20=24000m3），以富余水深為0.3m計算，其排泥場面積應不小于80000m2，污染土泥漿混合體才能在排泥場內自然充分沉淀。事實上，排泥場內面積僅9000m2，遠遠小于最低要求，因此，排泥管排出的懸浮狀污染土泥漿混合體很難在排泥堆場內自然沉淀，必然從退水口排出流入河道中，造成河道二次污染及回淤。估計二次回淤疏浚量不低于40%。

2.增加圍堰的安全壓力

由于排泥堆場內面積過小，為保證退水口余水排放清澈，勢必提高排泥堆場內的富余水深，以延長污染土泥漿混合體在排泥場內的沉淀時間。排泥堆場內的富余水深的提高，增加了排泥堆內的貯水量，嚴重威脅了排泥場的圍堰及周邊人民生命財產安全，更何況排泥場圍堰結構單薄。構筑排泥場圍堰的土料含有大量的建筑和生活垃圾，圍堰已存在安全隱患。

3.浪費時間與資源

排泥堆場內容積過小，富余水深又不能提高，排泥管排出的懸浮狀污染土泥漿混合體，在排泥堆場內要得到充分的自然沉淀，唯一的方法是采取間隔施工法，以獲得沉淀時間，其間隔施工時間的長短需根據懸浮狀污染泥漿自然沉淀的狀況確定。因此，時間與資源浪費尤為嚴重。

由上述分析，常規疏浚方法不僅不能在保證安全、滿足工期的前提下順利完成，而且會對周邊造成更大的環境問題。因此迫切需要研究采取一種科學合理的措施，確保排泥場吹填時，排泥場余水排放水質達標。

三、添加劑促沉法的可行性

添加劑促沉法在污水處理行業已普遍使用，在疏浚工程對污染土的處理上，尚處于試驗研究階段。

1.試驗介質

試驗介質水取自于原河道內，土體取自于需清理河道底部沉淀的污染土。

2.試驗

（1）量筒試驗

取一定量的原始河水與污染土體，使污染土體在水體內充分溶解后，將懸浮狀的泥漿水倒入量筒中，分別對無添加劑與有添加劑兩個量筒進行沉降速度測定。測定結果見表1。

（2）水槽試驗

模擬疏浚作業，分別對無添加劑與有添加劑的樣本進行試驗。取足夠量的污染土體在水體內充分溶解后，使含泥濃度達到10%，加入一定量添加劑倒入試驗水槽中，開動機泵進行循環流淌，測試有添加劑樣本在流速確定條件下的土顆粒沉淀速率、添加劑用量等關系。

3.結論

量筒試驗結果表明：有添加劑的樣本在5s以內，泥水已有分離界面，前3min沉降速度最快，30min后沉降的速率變緩；無添加劑的樣本在30min時，污染土泥漿混合體仍未出現泥水分離界面，2h后出現分離界面，但不明顯。24h后，沉淀結果與有添加劑樣本2min沉淀結果相同。

水槽試驗結果表明：無添加劑樣本在一定的流速狀態下，無沉淀跡象；有添加劑的樣本，在流速0.25m/s以內，依然保持良好的沉淀速率；當流速大于0.25m/s，已凝結成的絮狀結構有破碎現象，而且隨著流速的增加破碎率增加，但在集水區仍然很快沉淀；一定量的污染土混合體，其添加劑用量是一定的，混合體中污染土顆粒的沉淀速率并不是隨著添加劑用量的增加而增快。

根據上述試驗與分析，添加劑促沉法運用于工程實際是可行性。

四、運用于實際需解決的幾個問題

1.添加劑用量的確定

挖泥船連續施工，保持排泥場內富余水深不超過0.3m時，達到排泥場內退水清澈，此時的添加劑用量為合理用量。用量的確定，與挖泥船施工時出泥口水體的流量及水體在排泥場內滯留時間有關。在該項目中，通過試驗數據及綜合考慮，控制用量為0.59kg/m3以內。

表1　量筒試驗累計沉降量結果比較

2.添加劑攪拌系統

添加劑的攪拌系統主要由添加劑溶解罐、攪拌機等組成。由于添加劑水解較慢，通常要8h左右（與添加劑攪拌后確定的濃度有關），因此設計溶解罐體的體積大小必須與疏浚施工能力相匹配。在該項目中，確定20m3添加劑溶解罐設置3座，齒輪減速型攪拌機6臺等。

3.供水及添加劑輸送系統

添加劑溶解罐采用一列式布置。由于添加劑水解緩慢，水分子不易滲透，遇水后上浮，攪拌過程中，極易產生局部難溶現象。因此，供水管采用上位供水，添加劑輸出管下部輸出。

添加劑溶解罐選用供水泵1臺，供水時，利用配備的閘閥分別對3個罐體進行獨立供水。

添加劑輸送泵選用1臺，同樣采用閘閥分別對3個罐體進行控制；在添加劑輸送泵輸出端配備電磁流量計1臺，以根據施工的實際情況，達到控制添加劑的流量。

4.配電系統

根據設計并進行計算，電機總配套功率約16.9kW，其中：1臺供水泵電機1.5kW，1臺絮凝劑添加供給泵電機2.2kW，6臺添加劑攪拌電機13.2kW。考慮到攪拌電機的交叉停歇及現場的照明等，按總配套功率18kW進行配電系統設計。

5.混合系統

為保證水解后的添加劑與疏浚的泥水混合體充分摻合，達到快速促沉的目的，必須在距排泥管出口一定的距離內設置混合系統：一是通過混合器內設置的添加劑高壓噴頭，實現添加劑的水解液噴射，使添加劑與泥水達到初步混合；二是利用排泥管內水流的紊動實現二次混合。

6.退水口設置

由于排泥場圍堰為雜質土填筑而成，圍堰存在著一定的安全隱患，因此，正常施工時，必須在保證退水水質清澈的前提下，及時有效地排除排泥場內積水，以減小圍堰的安全壓力。

退水口設置于死角處，退水口采用可調節1m×1m的箱型溢流井式。正常退水時過水斷面寬為4m，堰前水深不大于0.25m，堰上水頭不超過15cm。

五、應用效果

添加劑促沉法加速了泥漿沉淀速度，使挖泥船實現連續、不間斷施工。排泥場內余水排放水質保持清澈、透明狀態，達到并超過預期的目標。

采用溢流排水措施，極有效地降低了排泥場內的富余水深，從而確保了圍堰的使用安全。

合理利用排泥管內水流的紊動流態，進行添加劑與污染土體的二次混合，提高了水解后的添加劑與污染土泥漿水的混合質量。

采取添加劑促沉措施后，極大限度地節約了工程成本的投入。

六、改進建議

添加劑促沉法施工在設計上沒有相應的標準，由于污染土的性質不一，具備的施工條件不同，所以添加劑促沉法設備尺寸規格、促沉添加劑等不能統一，使用單位必須針對實際的施工條件進行試驗后，設計施工工藝。

添加劑的溶解水一般取自于受污染的自然河水，長時間使用后，會導致污染物在溶解罐內沉淀，每使用一段時間必須對溶解罐進行清理。因此，必須考慮在溶解罐底部增設集污池并安裝排污閥。

溶解罐結構為長方體，進行藥劑攪拌時水流條件差，有死角，藥劑不能在規定的時間內攪拌溶解備用。同時，方體溶解罐不能充分利用材料的力學性能，制作時費時費材，達不到經濟合理的要求，因此，罐體宜設計成圓柱體（多罐時，可考慮等體積變直徑設計，為運輸節省開支），以保證攪拌時水流流暢■

（作者單位：江蘇省水利建設工程有限公司225000）