基于結團絮凝的城市中小型河道底泥生態清淤技術研究

李 葉

(遼寧省河庫管理服務中心，遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

城市中小型河道由于水體循環自凈能力弱，河道斷面較窄，水流流速緩慢，降雨所攜帶的污染物以及排污口污染物進入河道后，造成河道底泥沉積嚴重，影響河道的生態環境。近些年來，河道底泥清淤技術逐步得到國內外學者的廣泛關注，主要分為三種方式，第一是工程清淤，采用大型清淤設備進行工程疏浚，這種方式造價較高，一般適用于大型河道；第二是環保清淤，這種方式一般針對大型河道底泥中的重金屬等不能降解的污染物進行環保清淤；第三為生態清淤，注重河道底泥清淤的同時更注重對河道的生態修復。大型清淤設備很難應用在城市中小型河道底泥清淤中，此外城市中小型河道還承擔城市景觀美化的作用，為此急需研發一種適用于中小型河道經濟、簡單、實用的生態清淤技術。從20世紀開始，結團絮凝技術被逐步應用到水體凈化中，研究成果表明結團絮凝技術可將水體中的固液進行有效分離，水體凈化效果明顯，但在城市中小型河道生態清淤中還未得到應用，為此，本文結合室內試驗方式分析結團絮凝技術在河道底泥生態清淤中的應用效果，并基于該技術，形成以水下抽吸-結團絮凝濃縮-脫水為一體的生態清淤工藝，研究成果可為城市中小型河流底泥生態清淤提供新的工藝和技術。

1 試驗方法

結合動態試驗方式分析結團絮凝技術對河底污泥的生態清淤效果，對沈陽市某中小型河道的底泥進行了采樣，主要分析指標包括不同投藥量下的出水濁度、平均沉速、出泥含水率以及污泥比阻，出水濁度是底泥固化的重要衡量指標，平均沉速主要反映河道底泥固液分離的效率指標，污泥比阻則是反映結團絮凝技術脫水性能的主要指標，出泥含水率是反映底泥濃縮效率的重要指標。出水濁度主要采用濁度在線監測儀進行監測，平均沉速通過測定測速時間和距離進行反推試驗得到，污泥比阻通過比測試驗得到具體參數值。底泥含水率則通過烘干沉重的試驗方式得到。試驗藥劑主要選用復合氯化鋁，并將其濃度設置為25g/L的標準溶液，輔助絮凝選用陽離子試劑，并將其進行充分攪拌后配置成濃度為1g/L的標準溶液。試驗設備場景布置如圖1所示。

圖1 結團絮凝對底泥固液分離的試驗設備

2 試驗結果

2.1 不同底泥濃度投藥量的比例試驗結果

結合動態試驗方法探討不同底泥濃度在各投藥比例下的影響，各底泥濃度試驗結果見表1—3，并分析各試驗指標隨投藥量比例的變化過程，結果如圖2所示。

表1 底泥濃度為2g/L時不同試藥量的試驗結果

表2 底泥濃度為4g/L時不同試藥量的試驗結果

表3 底泥濃度為6g/L時不同試藥量的試驗結果

圖2 不同投藥量下各底泥濃度試驗結果

從表1—3及圖2中可以看出，當試驗底泥的濃度為2g/L時，投放藥劑的比例在3.5%～4.0%之間時，各試驗影響指標變化較為穩定，達到最佳試驗值；而當試驗底泥的濃度為4g/L時，投放藥劑的比例在3.0%～3.5%之間時，各試驗影響指標變化達到最佳試驗值；當試驗底泥的濃度為6g/L時，投放藥劑的比例在2.0%～3.0%之間時，各試驗影響指標變化較為穩定，達到最佳試驗值。因此隨著底泥濃度的增加，投放藥劑的比例越低，其試驗指標變化越為穩定。從圖2中可看出，隨著底泥濃度的遞增，出水濁度呈現先遞減、后增加、再趨于穩定的變化趨勢，當投入藥劑的比例達到最高值時，又逐步降低，從平均沉速、污泥比阻的變化過程可看出，和出水濁度指標變化過程較為類似，藥劑投放最佳比例為3.0%，出泥含水率變化隨著藥劑投放量的變化，總體呈現反曲線變化，藥劑投放最佳比例為5.0%，因此可歸納出當當底泥濃度在2～6g/L時，藥劑投放量應控制在3.5%～5.0%之間，能保證各試驗指標達到最佳值。

2.2 投藥量對結團絮凝體效果影響的分析結果

結合動態試驗方式，分析投藥比例對結團絮凝體效果的影響，試驗分析結果見表4及圖3。

表4 底泥濃度為6g/L時不同試藥量下結團絮凝體效果影響

圖3 不同投藥量下結團絮凝體試驗結果

從表4、圖3試驗結果可看出，當底泥濃度為6g/L時，隨著藥品投入量的逐步增加，出水濁度呈現明顯的遞減變化趨勢。當藥劑投入量為1.30%時，出水濁度達到最低值，在此之后隨著藥劑投入量的增加，出水濁度呈現緩慢遞增的變化趨勢，在動態試驗分析中，初始絮凝膠體顆粒未能處于穩定變化的形態，底部結團絮凝效果不理想，未能形成明顯的懸浮物質層；當藥劑投放比例達到2.0%時，絮凝膠體穩定變化形態初步形成，隨著藥劑投放量的逐步增加，出水濁度并未能顯著增加。從結團絮凝體水濁度分析結果可看出，藥劑投放量具有一定的緩沖效應。當藥劑投放量增加到1.30%以后，底部區域高密度的初始顆粒密度逐步增加，隨著藥劑投入量的逐步增加，底泥固體顆粒的沉降速度逐步減緩，當藥劑投放量增加到2.00%以后，底泥固液分離效果顯著。當藥劑投放量在1.3%～2.5%之間時，底泥出泥含水率可以穩定在90%左右。當藥劑投放量增加到2.0%以后，試驗底泥的污泥比阻呈現較為明顯的遞減變化。

2.3 攪拌速度對結團絮凝體效果影響的分析結果

攪拌轉速是結團絮凝體固液分離效果影響的主要因素，為此結合動態試驗分析不同攪拌轉速對結團絮凝體效果的影響，試驗分析結果見表5及圖4。

表5 不同攪拌轉速對結團絮凝體效果影響的試驗分析結果

圖4 不同攪拌轉速下各試驗指標變化結果

從表5、圖4試驗分析結果可分析，隨著攪拌轉速的變化，各試驗指標變化不同，當攪拌轉速達到10r/min，底泥的出水濁度達到峰值。當攪拌轉速達到13r/min，底泥清淤的平均沉速出現最大值，攪拌轉速的動態變化都會影響沉降速度。當攪拌轉速小于11r/min時，底部淤泥懸浮層密度較小，懸浮層厚度較低，當顆粒沉降速度在4.31～4.65cm/s之間時，隨著攪拌轉速的增加，沉降顆粒大小逐步遞減。當攪拌轉速為11r/min時，其出泥含水率達到最低值，但污泥比阻總體變化趨勢較弱，從試驗出泥含水率分析結果還可看出，采用結團絮凝技術后，試驗河道底泥的濃縮效果顯著，可濃縮到7～9倍。

2.4 水力停滯時間對結團絮凝體效果影響的分析結果

分析了水力停滯時間對結團絮凝體效果的影響，試驗分析結果見表6。

表6 不同水力停滯時間對結團絮凝體各指標的影響分析試驗結果

從表6試驗分析結果可看出，水力停滯時間對底泥出水濁度影響十分明顯，當水力滯留時間大于100s以后，其出水濁度呈現較為穩定的變化，而到水力滯留時間低于100s，由于由于分離固體顆粒密度的增加，使得底泥固體顆粒沉降速度下降較為顯著。從水力滯留時間和出泥含水率變化關系可看出，同樣當水力滯留時間低于100s時，底泥固體顆粒密度逐步減小，使得其出泥含水率和污泥比阻均呈現遞減變化，影響試驗底泥結團絮凝體效果。

3 試驗結論

(1)藥劑投放量對于結團絮凝體的沉降速率具有顯著影響，在實際操作中，當底泥濃度在2～6g/L時，藥劑投放量應控制在3.5%～5.0%之間。

(2)水力滯留時間對結團絮凝體的形成具有顯著影響，在實際清淤過程中，為保證清淤效果，應盡量控制水力滯留時間大于100s。

(3)采用結團絮凝技術后，試驗河道底泥的濃縮效果顯著，可濃縮到7～9倍，生態清淤效果較為明顯，但本文未對試驗底泥的固體顆粒以及直徑大小進行試驗分析，在以后的研究中還應針對這兩個要素進行對底泥固液分離的影響。