0 引言

　　疏浚底泥是含水率高且含有污染物的固体废物，在疏浚工程中，沉积物被严重扰动后强化了内部污染物的释放，对周围环境产生二次污染，甚至危害周围居民的身体健康^[1,2,3,4,5]。国内对疏浚底泥的研究主要集中在淤泥减量化处理和无害化处置技术等方面，而底泥脱水是淤泥减量化处理技术的关键步骤之一^[6]。刘林双等通过试验研究絮凝剂等对淤泥脱水速率的影响^[7];李享等通过室内试验研究絮凝剂比例及含水率的影响作用^[8];吴荣荣等研究钱塘江河口泥砂的絮凝沉降特性，相关研究表明，絮凝剂的添加对疏浚底泥的处理具有重要意义^[9]。

　　本文以岳阳市中心城区污水系统综合治理工程中的王家河疏浚底泥为研究对象，在试验泥浆中加入一定配合比的絮凝剂，利用沉降柱进行试验，分析不同絮凝剂对底泥絮凝沉降特性的影响，并选出絮凝剂的最佳复合配合比。

　　1 试验材料和方法

　　1.1 试验材料

　　1.1.1 试验底泥

　　试验所用的底泥取自湖南岳阳王家河流域，底泥取出后立刻储存在塑料桶内保持含水率，然后运回实验室。试验前，清除干净底泥中的树枝和石块等杂质，在湿度和温度相对稳定的条件下保存备用。底泥按照国家标准进行测定，底泥基本性质如表1所示^[10]。

　　表1 试验底泥的基本物理性质指标 

　　表1 试验底泥的基本物理性质指标

　　1.1.2 絮凝剂的选择

　　目前市面上常用的絮凝剂有氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)和聚合氯化铁(PFC)。絮凝剂按化学成分总体分为无机絮凝剂和有机絮凝剂，其中无机絮凝剂包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;有机絮凝剂包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。本次试验选择几种代表性的絮凝剂，包括有机絮凝剂阴离子型聚丙烯酞胺(PAM)、无机絮凝剂PAC、Fe Cl₃和Na₂CO₃。

　　1.2 试验方案

　　1.2.1 试验方法

　　1.2.1. 1 絮凝剂溶液配制

　　应在塑料桶内配制PAM水溶液，不可在铁容器内配制和贮存。将1g PAM缓慢加入1 000m L温水中，搅拌1h(60～200r/min)，配制成1g/L的PAM溶液，即配即用。

　　1.2.1. 2 试验步骤

　　底泥通过绞吸式挖泥船扰动吸挖后，形成的疏浚底泥体积变成原来的3～4倍^[11]。试验设定疏浚底泥初始含水率(即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率)为250%。

　　1)将500g泥样置于1 000m L烧杯中，加水至800m L，先人工搅拌破碎大团粒，再电动搅拌5min，形成均匀泥浆。

　　2)将配置的泥浆倒入1 000m L量筒中，加水至1 000m L，人工搅拌的同时加入配制好的絮凝剂溶液，模拟底泥管道添加试剂的过程。

　　3)搅拌结束后即开始计时，观察沉降柱中泥水混合物的沉积过程，并取同一高度的泥样测定含水率，经过10h后，取上覆水作为疏浚底泥处理后的水样，测定p H和去浊度指标。

　　1.2.2 絮凝剂复配方案

　　本絮凝试验先研究单独添加各絮凝剂时，对疏浚底泥沉降及上覆水水质的影响，然后选择絮凝沉降快、水质清的絮凝剂进行组合，进一步分析组合絮凝剂对疏浚底泥絮凝沉降的效果。试剂选择方案如下:(1)单一方案为PAM溶液(掺量分别为5,10,15m L)和掺量均为2g的PAC,Fe Cl₃,Na₂CO₃单独使用;(2)复配方案为10m L PAM分别与均为2g的PAC,Fe Cl₃,Na₂CO₃配合使用。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 PAM对絮凝沉降的影响

　　不同掺量PAM对疏浚底泥絮凝的影响如图1所示。原状土的含水率在100min左右出现拐点，而加入絮凝剂的3组含水率均在30min左右出现拐点，这是由于添加絮凝剂后，小颗粒絮团凝聚在一起，形成大颗粒絮团，絮团间相互碰撞、黏结，然后下沉，导致各层间的孔隙相差较小，絮团间的自由水也较少，因而含水率会较低。整体上，各组试验均呈两段式，前期含水率迅速降低，沉积速率快，拐点后逐步趋于平缓，400min后含水率基本稳定。

　　图1 不同掺量PAM对疏浚底泥絮凝的影响  

　　阴离子型PAM的分子链中含有一定量的极性基，对己脱稳的凝聚颗粒起吸附架桥作用，从而使部分悬浮态颗粒快速形成大粒径的絮体，进而提高沉降速度，加速固体颗粒的沉降过程，因此添加PAM的泥浆均比原状土絮凝沉降快。

　　不同掺量PAM对上覆水浊度及去除率(即浊度去除率)的影响如图2所示。PAM絮凝剂最佳掺量为10m L，过量的阴离子会破坏底泥颗粒的稳定性，进而影响泥浆脱水性能，导致掺量15m L的含水率比掺量10m L的含水率高。由图3可知，相比原状土，加入PAM后，上覆水的p H值均下降，但影响不大，整体呈中性;最佳掺量10m L的去除率为8.11%，高于其他2种掺量，但各组去除率均<10%，表明PAM可促进底泥絮凝沉降，但不能有效降低上覆水的p H值和浊度。

　　图2 不同掺量PAM对上覆水的影响  

　　2.2 CO₃^2-、Fe³⁺和PAC对絮凝沉淀的影响

　　Na₂CO₃,Fe Cl₃和PAC对疏浚底泥絮凝沉降的影响如图3所示，各条件下，在开始时的5min内沉降柱无明显变化，随后开始急剧沉降;加入Na₂CO₃的泥样含水率变化较明显，在沉降前的40min内急剧减小至140%左右，然后缓慢趋于稳定，说明CO₃^2-可促进细土颗粒絮凝结合成大颗粒，提高颗粒沉降速率。

　　图3 Na₂CO₃、Fe Cl₃和PAC对疏浚底泥絮凝沉降的影响  

　　Na₂CO₃,Fe Cl₃和PAC对上清液p H值和去除率的影响如图4所示。加入Fe³⁺,Al³⁺后，溶液p H值明显降低呈酸性，且去除率很高，Fe Cl₃的去除率为92.65%,PAC的去除率为82.35%，均高于Na₂CO₃(7.30%)，表明Fe³⁺,Al³⁺在絮凝沉降过程中可有效净水;加入Na₂CO₃的上覆水中由于CO₃^2-的水解作用，溶液呈弱碱性(8.29)，对上覆水浊度改善较小。

　　2.3 复合絮凝剂组合对疏浚底泥絮凝沉降的影响

　　结合上述单一絮凝剂试验结果及各絮凝剂的优缺点，选择10m LPAM,Na₂CO₃,PAC或Fe Cl₃拟定以下组合方案:(1)10m LPAM+2g PAC;(2)10m L PAM+2g Fe Cl₃+2g Na₂CO₃;(3)10m L PAM+2g PAC+2g Na₂CO₃。

　　复合絮凝剂组合对疏浚底泥絮凝沉降的影响如图5所示。各组合方案的含水率基本稳定为128%,112%,103%，相比方案(1),(3)，添加Na₂CO₃后在前100min内的沉降速率更快。

　　复合絮凝剂组合对上覆水p H值和去除率的影响如图6所示，絮凝沉降稳定后方案(1),(2)的上清液呈弱酸性，p H值分别为6.43,5.77;方案(3)的p H值为7.14，基本呈中性。各组合方案的上覆水去除率为方案:(3)(87.60%)>方案(1)(84.83%)>方案(2)(74.89%)，加入降浊效果较好的PAC后，各组去除率普遍较高，可有效改善上覆水水质，使水质中的总磷量(0.045mg/L)、氨氮(0.284mg/L)满足一级排放标准。上覆水达到相同的净化效果，投加絮凝剂能极大减少反应时间，缩短实施时间，因此，方案(3)为最佳絮凝剂配合比方案。

　　图4 PAC、Na₂CO₃和Fe Cl₃对上覆水的影响  

　　图5 复合絮凝剂组合对疏浚底泥絮凝沉降的影响  

　　3 结语

　　疏浚底泥中添加单一絮凝剂和优化组合絮凝剂后，对比分析其对絮凝沉降的影响、上覆水浊度及去除率，本文作出如下总结。

　　1)细颗粒疏浚底泥中加入阴离子型PAM可有效促进泥浆的絮凝沉降，但对上清液的浊度去除水平较低。

　　2) CO₃^2-可促进疏浚底泥中的细土颗粒絮凝结合成大颗粒，提高颗粒的沉降速率;Fe³⁺,Al³⁺可有效降低上清液的浊度，起净水作用，但对泥浆絮凝沉降作用效果十分有限。

　　图6 复合絮凝剂组合对上覆水的影响 

　　3)每1 000m L疏浚底泥中加入10m LPAM+2g PAC+2g Na₂CO₃，初始絮凝沉降速率快，稳定后底泥含水率为103%，且上清液的p H呈中性，去除率高达87.60%，为最佳絮凝剂配合比方案。