城市型河道清淤泥水混合物的絮凝效果試驗探討

楊榮輝

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124010)

排干淤泥處理和水下淤泥處理是目前國內(nèi)兩種主要的河道清淤疏浚方式。水下淤泥處理在城市河道清淤中采用較多，其中抓斗式、絞吸式和斗輪式是城市河道水下淤泥清理的3種主要手段。這3種處理方式可通過簡單機械吸取方式進行河道底部淤泥的清理，但大量的泥水混合物會在河道底部淤泥吸取過程中產(chǎn)生，從而對河道水體產(chǎn)生二次污染。有研究成果表明采用絞吸式淤泥清理方式下通過添加絮凝劑可以使得河道底部泥水混合物得到快速分離，從而提高城市河道清淤效率和效果。河道底部泥水混合物由于包含大量的淤泥，使得對絮凝劑性能指標要求較高。目前國內(nèi)河道清淤過程中絮凝劑主要采用聚丙烯酰胺，該絮凝劑在一些地區(qū)河道清淤過程中可有效處理高濁度的泥水混合物。有研究成果表明絮凝劑的投加量對于河道底泥分離影響顯著，本文重點針對絮凝劑不同添加量下河道底部泥水混合物分離效果進行試驗分析，研究成果對于城市河道清淤效率和效果的提升具有重要的參考價值。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

對盤錦地區(qū)城市河道進行底部泥水混合物的吸取，采取的泥水混合物中密度和含水量分別為1.25g/cm3及86.9%。絮凝劑添加劑主要采用聚丙烯酰胺，其配比溶液中陽離子的濃度在35%～45%之間，按照1g/L進行標準溶液配制后其分子相對質(zhì)量為1.359×104。

1.2 試驗方法

混凝試驗主要采用六聯(lián)混凝機器進行泥水混合攪拌，將攪拌均勻后的泥水混合濃液取出1000ml放入圓形燒杯中進行靜置，靜置10min后按照表1對應(yīng)的配比方案對聚丙烯酰胺進行不同劑量試劑的配置。在不同投加量聚丙烯酰胺試劑配置完成后采用六聯(lián)混凝機器進行30s攪拌，轉(zhuǎn)速設(shè)置為300r/min，攪拌結(jié)束后立即按照100r/min再進行120s攪拌后結(jié)束攪拌。在200ml量筒中將配置好的200ml泥水混合物進行混凝后分別按照5、10、25min進行靜置，并對靜置過程中的淤泥含量以及液體容積進行記錄并進行總量占比計算。當上層水樣靜置5min后對沉降泥水混合物種的濁度以及COD含量進行檢測。采用布氏漏斗對100ml泥水混合物進行抽濾，對抽濾后的泥水混合物進行含水率的檢測。

表1 聚丙烯酰胺不同添加量配比

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 不同投加量下泥水混合物絮凝體積變化

對不同投量聚丙烯酰胺的泥水混合物的絮凝含量進行試驗測定，其絮凝體體積分數(shù)變化見表2。

表2 不同投放量下河道底泥水混合物體積變化率試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可看出，當不添加絮凝劑時，河道底部泥水混合物分層較為明顯，泥水混合物分層速率隨著沉降時間的增加而逐步減緩，絮凝體含量隨著沉降時間增加而呈現(xiàn)線性遞減變化。當沉降時間低于10min，且聚丙烯酰胺絮凝劑投加量達到0.30mg/g時，泥水混合物分離效果不明顯，表明在較短的沉降及絮凝投放量較低時淤泥分離程度較低；當投放量增加到0.57mg/g時，絮凝體靜置2min后期泥水混合物分層現(xiàn)象明顯，淤泥沉降速率開始遞增，但絮凝體在5min內(nèi)沉降速率并未呈現(xiàn)較為明顯變化，淤泥絮凝體隨著沉降時間的增加其體積百分比逐步減小，泥水混合物分離速率遞增明顯；絮凝體當投加量達到0.69mg/g時其沉降速率明顯加快，沉降時間也呈現(xiàn)明顯遞減；當絮凝體投加量達到0.81mg/g時其泥水混合物可在較短時間內(nèi)迅速完成分離。絮凝體在投加量進一步增加時其分離速率有所減緩，絮凝體體積隨著沉降時間增加而逐步趨于穩(wěn)定變化，當投加量達到1.07mg/g時其分離速率加大且分離時間縮短，但5min后其分離速率變化逐步平緩。在實際河道清淤過程中，泥水分離效率可通過絮凝體快速沉降得到有效提高，當投加量為0.69mg/g時，河道底部泥水混合物絮凝體可在較小投加量下出現(xiàn)明顯沉淀，并當投加量達到0.81mg/g實現(xiàn)快速分離。

2.2 不同投加量下泥水混合物出水水質(zhì)變化

對不同絮凝劑投加量下的出水水質(zhì)進行檢測，出水濁度和COD濃度試驗檢測結(jié)果如見表3。

表3 不同絮凝劑投加量下的出水水質(zhì)變化

從不同絮凝劑投加量下的出水水質(zhì)變化可看出，當不添加任何絮凝劑條件下清淤河道底部泥水混合物沒能進行分離直接排入河道，對河道產(chǎn)生二次污染，因此絮凝沉降效果的一個重要指標還包括出水水質(zhì)濁度和COD濃度的變化，為此對沉降5min內(nèi)不同絮凝劑投放量下的濁度和COD濃度進行了測定，當未添加絮凝劑時泥沙混合物中由于泥沙混雜較多，使得濁度和COD濃度均較高；隨著投加量的增加淤泥開始下沉后其上層水樣水質(zhì)濁度逐步降低。從不同投加量濁度變化可看出，當投加量低于0.42mg/g時出水濁度呈現(xiàn)遞減，但遞減率較低，當投加量達到0.57mg/g時出水濁度明顯遞減，當投加量達到0.69mg/g時出水濁度變化較為平緩，出水濁度此后隨著投加量的增加變化程度較低，這主要是因為當投加量較低時泥水混合物絮凝很難形成，底部泥水混合物懸浮大量的淤泥顆粒，使得水體濁度遞減率較小，當投加量在一定范圍內(nèi)增加后，其底部泥水混合物分離和沉降速率增加，使得出水濁度減小較為明顯，當投加量高于0.81mg/g時泥水混合物水質(zhì)變化相對穩(wěn)定，繼續(xù)增加投加量對出水濁度影響程度較低。出水COD濃度變化與濁度變化有所不同，當投加量較低時出水COD濃度即出現(xiàn)明顯的遞減變化，這是因為較多的有機質(zhì)顆粒在泥水混合物中可快速下沉分離，從而降低了其出水COD濃度，當投加量高于0.69mg/g時COD濃度變化趨于穩(wěn)定。綜上，當聚丙烯酰胺投加量達到0.79mg/g時河道泥水混合物可以快速完全分離和實現(xiàn)較好的絮凝沉降。

2.3 不同投加量下泥水混合物淤泥含固率變化

通過布氏漏斗對絮凝沉降的泥水混合物進行抽濾后對其淤泥含固率進行測定，不同投加量下河道淤泥含固率測定結(jié)果見表4。

表4 不同投加量下河道淤泥體積含固率測定結(jié)果

從測定結(jié)果可看出絮凝體在采用布氏漏斗進行抽濾后泥沙混合物的含固率在未添加絮凝劑時為7.35%，并隨著聚丙烯酰胺投加量的增加而呈現(xiàn)顯著遞減變化。這主要是因為在河道底部淤泥形成過程中大量的泥粒顆粒由于沉淀會攜帶部分水分子，這部分水分子會在淤泥和絮凝劑之間被吸附，并且在抽濾過程中難以被過濾，只能通過加熱才能使其有效分離，從而使得隨著投加量的增加淤泥體積含固率會明顯遞減變化。城市河道大都采用絞吸式淤泥清理方式進行河道清淤，河道底部泥水混合物被吸取后若不采用絮凝劑易對河道產(chǎn)生二次污染。通過試驗表明聚丙烯酰胺對于河道底部泥水混合物分離效果較為明顯，這主要是因為河道淤泥顆粒可被聚丙烯酰胺吸附在表層，形成靜電吸附，從而使得淤泥體積逐步加大，形成沉淀，繼續(xù)增加聚丙烯酰胺投加量后，淤泥顆粒與聚丙烯酰胺吸附度增加，使得淤泥顆粒膠黏平衡被破壞，從而快速下沉。

3 結(jié)論

(1)河道淤泥顆粒可被聚丙烯酰胺吸附在表層，形成靜電吸附，使得淤泥體積逐步加大，形成沉淀，但聚丙烯酰胺投加量低于0.69mg/g時沉淀效率較低，當投加量高于0.69mg/g時，淤泥顆粒與聚丙烯酰胺吸附力可使得淤泥顆粒膠黏平衡被破壞，從而快速下沉，并當投加量增加到0.79mg/g時達到最佳效果。

(2)在實際清淤過程中，投加聚丙烯酰胺絮凝劑后，傳統(tǒng)城市河道抓斗式、斗輪式及絞吸式淤泥處理效率可由未添加前的低于60%提升到75%以上，建議在城市型河道清淤疏浚尤其是黑臭水體治理中進行推廣和應(yīng)用。

(3)溫度是絮凝劑性能一個重要影響因素，后期還需深入研究不同水體溫度下不同投加量對泥水混合物沉淀絮凝影響。