基于结团絮凝的城市中小型河道底泥生态清淤技术研究

李 叶

(辽宁省河库管理服务中心，辽宁省水文局，辽宁 沈阳 110003)

城市中小型河道由于水体循环自净能力弱，河道断面较窄，水流流速缓慢，降雨所携带的污染物以及排污口污染物进入河道后，造成河道底泥沉积严重，影响河道的生态环境。近些年来，河道底泥清淤技术逐步得到国内外学者的广泛关注，主要分为三种方式，第一是工程清淤，采用大型清淤设备进行工程疏浚，这种方式造价较高，一般适用于大型河道；第二是环保清淤，这种方式一般针对大型河道底泥中的重金属等不能降解的污染物进行环保清淤；第三为生态清淤，注重河道底泥清淤的同时更注重对河道的生态修复。大型清淤设备很难应用在城市中小型河道底泥清淤中，此外城市中小型河道还承担城市景观美化的作用，为此急需研发一种适用于中小型河道经济、简单、实用的生态清淤技术。从20世纪开始，结团絮凝技术被逐步应用到水体净化中，研究成果表明结团絮凝技术可将水体中的固液进行有效分离，水体净化效果明显，但在城市中小型河道生态清淤中还未得到应用，为此，本文结合室内试验方式分析结团絮凝技术在河道底泥生态清淤中的应用效果，并基于该技术，形成以水下抽吸-结团絮凝浓缩-脱水为一体的生态清淤工艺，研究成果可为城市中小型河流底泥生态清淤提供新的工艺和技术。

1 试验方法

结合动态试验方式分析结团絮凝技术对河底污泥的生态清淤效果，对沈阳市某中小型河道的底泥进行了采样，主要分析指标包括不同投药量下的出水浊度、平均沉速、出泥含水率以及污泥比阻，出水浊度是底泥固化的重要衡量指标，平均沉速主要反映河道底泥固液分离的效率指标，污泥比阻则是反映结团絮凝技术脱水性能的主要指标，出泥含水率是反映底泥浓缩效率的重要指标。出水浊度主要采用浊度在线监测仪进行监测，平均沉速通过测定测速时间和距离进行反推试验得到，污泥比阻通过比测试验得到具体参数值。底泥含水率则通过烘干沉重的试验方式得到。试验药剂主要选用复合氯化铝，并将其浓度设置为25g/L的标准溶液，辅助絮凝选用阳离子试剂，并将其进行充分搅拌后配置成浓度为1g/L的标准溶液。试验设备场景布置如图1所示。

图1 结团絮凝对底泥固液分离的试验设备

2 试验结果

2.1 不同底泥浓度投药量的比例试验结果

结合动态试验方法探讨不同底泥浓度在各投药比例下的影响，各底泥浓度试验结果见表1—3，并分析各试验指标随投药量比例的变化过程，结果如图2所示。

表1 底泥浓度为2g/L时不同试药量的试验结果

表2 底泥浓度为4g/L时不同试药量的试验结果

表3 底泥浓度为6g/L时不同试药量的试验结果

图2 不同投药量下各底泥浓度试验结果

从表1—3及图2中可以看出，当试验底泥的浓度为2g/L时，投放药剂的比例在3.5%～4.0%之间时，各试验影响指标变化较为稳定，达到最佳试验值；而当试验底泥的浓度为4g/L时，投放药剂的比例在3.0%～3.5%之间时，各试验影响指标变化达到最佳试验值；当试验底泥的浓度为6g/L时，投放药剂的比例在2.0%～3.0%之间时，各试验影响指标变化较为稳定，达到最佳试验值。因此随着底泥浓度的增加，投放药剂的比例越低，其试验指标变化越为稳定。从图2中可看出，随着底泥浓度的递增，出水浊度呈现先递减、后增加、再趋于稳定的变化趋势，当投入药剂的比例达到最高值时，又逐步降低，从平均沉速、污泥比阻的变化过程可看出，和出水浊度指标变化过程较为类似，药剂投放最佳比例为3.0%，出泥含水率变化随着药剂投放量的变化，总体呈现反曲线变化，药剂投放最佳比例为5.0%，因此可归纳出当当底泥浓度在2～6g/L时，药剂投放量应控制在3.5%～5.0%之间，能保证各试验指标达到最佳值。

2.2 投药量对结团絮凝体效果影响的分析结果

结合动态试验方式，分析投药比例对结团絮凝体效果的影响，试验分析结果见表4及图3。

表4 底泥浓度为6g/L时不同试药量下结团絮凝体效果影响

图3 不同投药量下结团絮凝体试验结果

从表4、图3试验结果可看出，当底泥浓度为6g/L时，随着药品投入量的逐步增加，出水浊度呈现明显的递减变化趋势。当药剂投入量为1.30%时，出水浊度达到最低值，在此之后随着药剂投入量的增加，出水浊度呈现缓慢递增的变化趋势，在动态试验分析中，初始絮凝胶体颗粒未能处于稳定变化的形态，底部结团絮凝效果不理想，未能形成明显的悬浮物质层；当药剂投放比例达到2.0%时，絮凝胶体稳定变化形态初步形成，随着药剂投放量的逐步增加，出水浊度并未能显著增加。从结团絮凝体水浊度分析结果可看出，药剂投放量具有一定的缓冲效应。当药剂投放量增加到1.30%以后，底部区域高密度的初始颗粒密度逐步增加，随着药剂投入量的逐步增加，底泥固体颗粒的沉降速度逐步减缓，当药剂投放量增加到2.00%以后，底泥固液分离效果显著。当药剂投放量在1.3%～2.5%之间时，底泥出泥含水率可以稳定在90%左右。当药剂投放量增加到2.0%以后，试验底泥的污泥比阻呈现较为明显的递减变化。

2.3 搅拌速度对结团絮凝体效果影响的分析结果

搅拌转速是结团絮凝体固液分离效果影响的主要因素，为此结合动态试验分析不同搅拌转速对结团絮凝体效果的影响，试验分析结果见表5及图4。

表5 不同搅拌转速对结团絮凝体效果影响的试验分析结果

图4 不同搅拌转速下各试验指标变化结果

从表5、图4试验分析结果可分析，随着搅拌转速的变化，各试验指标变化不同，当搅拌转速达到10r/min，底泥的出水浊度达到峰值。当搅拌转速达到13r/min，底泥清淤的平均沉速出现最大值，搅拌转速的动态变化都会影响沉降速度。当搅拌转速小于11r/min时，底部淤泥悬浮层密度较小，悬浮层厚度较低，当颗粒沉降速度在4.31～4.65cm/s之间时，随着搅拌转速的增加，沉降颗粒大小逐步递减。当搅拌转速为11r/min时，其出泥含水率达到最低值，但污泥比阻总体变化趋势较弱，从试验出泥含水率分析结果还可看出，采用结团絮凝技术后，试验河道底泥的浓缩效果显著，可浓缩到7～9倍。

2.4 水力停滞时间对结团絮凝体效果影响的分析结果

分析了水力停滞时间对结团絮凝体效果的影响，试验分析结果见表6。

表6 不同水力停滞时间对结团絮凝体各指标的影响分析试验结果

从表6试验分析结果可看出，水力停滞时间对底泥出水浊度影响十分明显，当水力滞留时间大于100s以后，其出水浊度呈现较为稳定的变化，而到水力滞留时间低于100s，由于由于分离固体颗粒密度的增加，使得底泥固体颗粒沉降速度下降较为显著。从水力滞留时间和出泥含水率变化关系可看出，同样当水力滞留时间低于100s时，底泥固体颗粒密度逐步减小，使得其出泥含水率和污泥比阻均呈现递减变化，影响试验底泥结团絮凝体效果。

3 试验结论

(1)药剂投放量对于结团絮凝体的沉降速率具有显著影响，在实际操作中，当底泥浓度在2～6g/L时，药剂投放量应控制在3.5%～5.0%之间。

(2)水力滞留时间对结团絮凝体的形成具有显著影响，在实际清淤过程中，为保证清淤效果，应尽量控制水力滞留时间大于100s。

(3)采用结团絮凝技术后，试验河道底泥的浓缩效果显著，可浓缩到7～9倍，生态清淤效果较为明显，但本文未对试验底泥的固体颗粒以及直径大小进行试验分析，在以后的研究中还应针对这两个要素进行对底泥固液分离的影响。