合流制排水系統(tǒng)中超聲清淤技術(shù)的可行性及參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究

中圖分類號(hào)：TU992.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2025）04-0219-07

Experimental study on feasibility and parameter optimization of ultrasonic dredging technology in combined drainage systems

TANG Zhenzhen，MENG Daizong，XU Haolian，ZHU Ruilin，LI Huaizheng （SchoolofEnvironmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 2lOo92，P.R.China）

Abstract： The presence of large quantities of sediments in urban drainage systems can lead to pipeline blockage and overflow contamination on rainy days. Ultrasound，as a clean physical treatment method，can destabilize sediment aggregates，and thus remove sediment during the dry season to maintain sewer function. To investigate the feasibility and optimal treatment conditions of ultrasonic technology for actual dredging， orthogonal experiments were designed to explore the effectiveness of ultrasonic dredging and the impact of five key factors on ultrasonic dredging. The results showed that the ultrasonic treatment exhibited good effects on improving the pipe siltation，with the shear resistance of sediments （EPS） reduced to 26.4%-91.5% of the control group after ultrasonic action，and a large number of EPS associated with adhesion were decomposed in the pipe sediments. Correlation analysis showed that the damage of EPS was an important reason for the decrease in the scour resistance of the sediments.The order of the impact of five key factors on ultrasonic dredging is： ultrasonic powergt;probe distance from mud surfacegt;action time gt; sediment thicknessgt;ultrasonic frequency. The optimal working conditions of ultrasonic dredging are： power 22O W，frequency 50kHz ， processing time 200s ， distance from the sediment surface of 3cm . Explored the variation of dredging effect with sediment thickness，and found that ultrasonic dredging has a good effect on sediment with a thickness of ?7cm ， and obviously decayed beyond this range.Based on this， further exploration was conducted on the changes in the properties of sediment along the depth direction after ultrasonic action.

Keywords： sewer sediment； ultrasonic dredging technology； orthogonal experiment； erosion resistance;extracellular polymers

合流制排水系統(tǒng)是城市的核心基礎(chǔ)設(shè)施，在收集和輸送雨水以及家庭和工業(yè)廢水方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[。然而，下水道通常會(huì)遇到不利的水力條件，如緩坡、低流速和間歇性流動(dòng)，導(dǎo)致城市污水和降雨徑流中攜帶的顆粒物沉淀，并在下水道系統(tǒng)的長期運(yùn)行下形成沉積物[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，合流制排水系統(tǒng)中形成的管道沉積物是溢流污染的主要來源，且沉積物的大量形成會(huì)導(dǎo)致管道堵塞和腐蝕[4-5]。因此，有效管理和清除管道沉積物對(duì)于確保排水系統(tǒng)的功能和環(huán)境可持續(xù)性至關(guān)重要。

在干燥天氣，降低沉積物抗沖刷能力并去除管道沉積物能降低管道堵塞和溢流污染等風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有的沉積物處理方法可分為機(jī)械疏浚和水力沖洗技術(shù)兩類[6]。然而，上述清淤方式在實(shí)際應(yīng)用中暴露出明顯的缺陷和劣勢(shì)，集中表現(xiàn)在效率低、故障多、養(yǎng)護(hù)水平落后和對(duì)交通環(huán)境影響大等方面。例如，機(jī)械疏浚中普遍的絞車清淤法需要工人下井完成竹片的下穿，而污水管道井下的惡劣環(huán)境和有毒有害氣體可能危害操作員健康甚至生命，增加安全事故風(fēng)險(xiǎn)。此外，水力沖洗技術(shù)僅適用于小管徑管道，且需水量大，成本較高。因此，在目前情況下，提高清通效率、降低養(yǎng)護(hù)成本無疑是擺在城市管理者面前的一大難題。已有研究發(fā)現(xiàn)，超聲產(chǎn)生的機(jī)械作用可以在短時(shí)間內(nèi)破壞沉積物團(tuán)聚體的聚集結(jié)構(gòu)，并能分解沉積物顆粒間產(chǎn)生黏附作用的關(guān)鍵物質(zhì)細(xì)胞外聚合物（EPS），此研究結(jié)論為超聲清淤技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)[8]。然而，超聲技術(shù)用于實(shí)際清淤的可行性以及多個(gè)實(shí)際限制因素仍需考慮。

筆者通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)探究超聲清淤的可行性，并分析沉積物厚度、探頭距泥面距離、超聲作用時(shí)間、超聲裝置工作頻率、超聲電功率5個(gè)實(shí)際制約因素對(duì)超聲清淤的影響，選擇水平范圍內(nèi)的最佳工況，并考察超聲作用對(duì)不同層沉積物抗剪切力和胞外聚合物的影響，為管道清淤技術(shù)提供新的思路和理論支撐。

1實(shí)驗(yàn)

1. 1 實(shí)驗(yàn)材料

2018年上海市政府報(bào)告稱，虹口區(qū)排水系統(tǒng)堵塞問題嚴(yán)重。因此，采樣點(diǎn)設(shè)置在上海市虹口區(qū)同心路一條合流下水道（DN60O）內(nèi)。在采樣前，首先排掉下水道中的水。然后，在距離上游管口 20cm 處使用由蠕動(dòng)泵和聚乙烯管組成的抽吸裝置進(jìn)行管道沉積物收集。采集后，將樣品儲(chǔ)存在聚丙烯容器中的冰上，以控制溫度在 -4^°C 以下，直到樣品被運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室。將采集的樣品過5目（ 2mm ）篩網(wǎng)，以清除石塊、玻璃、塑料袋等碎屑，并均勻混合。將均勻混合的管道沉積物按實(shí)驗(yàn)所需厚度加入 250mL 燒杯中，然后向燒杯中緩慢注入 100mL 污水。參考Zhang等和Regueiro-Picallo等[的研究，完全混合的下水道沉積物在20d穩(wěn)定期后表現(xiàn)出穩(wěn)定的抗沖刷性。因此，沉積物靜置穩(wěn)定期設(shè)置為30d，使管道沉積物抗沖刷性運(yùn)行至穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后的管道沉積物性質(zhì)如表1所示，其中EPS、蛋白質(zhì)和多糖含量以沉積物中單位質(zhì)量揮發(fā)性懸浮物所含的相應(yīng)物質(zhì)質(zhì)量表示，單位為 mg/g 。

1.2實(shí)驗(yàn)方案及測(cè)試方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方案

正交實(shí)驗(yàn)：選取不同沉積物厚度、探頭距水面距離、超聲作用時(shí)間、超聲裝置工作頻率、超聲電功率條件5個(gè)因素，設(shè)計(jì)5因素4水平正交實(shí)驗(yàn)，如表2所示，共設(shè)計(jì)16組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)設(shè)置3組平行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，檢測(cè)不同工況作用后的沉積物抗沖刷能力、EPS、蛋白質(zhì)和多糖指標(biāo)，并對(duì)不同條件下的沉積物抗沖刷能力變化進(jìn)行正交分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和正交分析結(jié)果篩選出最優(yōu)工況。

超聲清淤最優(yōu)處理時(shí)間探究實(shí)驗(yàn)：通過正交實(shí)驗(yàn)得出最佳工況后，進(jìn)一步縮小超聲處理時(shí)間作用范圍為150、160、170、180、190、200、210、220、230、240s十個(gè)超聲處理時(shí)間水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，確定最優(yōu)超聲處理時(shí)間。

沉積物厚度對(duì)超聲清淤的影響實(shí)驗(yàn)：在實(shí)際應(yīng)用中，管道內(nèi)待清淤的沉積物厚度不固定，超聲清淤技術(shù)的作用效果可能有所差異。因此，采用經(jīng)過超聲處理時(shí)間最優(yōu)參數(shù)探究實(shí)驗(yàn)中所得出的最優(yōu)工況（超聲功率 220W 、超聲頻率 50kHz 、處理時(shí)間200s、探頭距泥 3cm ）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置2、3、4、5、6、7、8、9、10cm 九種厚度的沉積物，探究超聲處理對(duì)不同厚度沉積物的處理效果。以 10cm 厚度沉積物為例，探究超聲作用后沉積物不同層的性質(zhì)變化，通過擬合確定超聲作用后EPS和抗剪切力沿深度的分布模型。

1.2.2 測(cè)試方法

沉積物臨界抗沖刷剪切力使用英國Partrac公司的黏結(jié)力儀（cohesive strengthmeterMKIV，簡稱CSM）進(jìn)行檢測(cè)[10]。EPS采用甲醛加氫氧化鈉法提取[11；蛋白質(zhì)采用Lowry法的BCA蛋白試劑盒（C503051）進(jìn)行檢測(cè)；多糖采用苯酚-濃硫酸法檢測(cè)[12]

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1超聲處理對(duì)沉積物抗沖刷性能的影響

沉積物的抗剪切力是評(píng)價(jià)下水道沉積物抗沖刷能力的重要指標(biāo)之一，代表沉積物被水流完全分散時(shí)的臨界侵蝕剪應(yīng)力，沉積物抗剪切力越大，代表沉積物抗沖刷能力越強(qiáng)[13]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)[14，在管道中豐富的營養(yǎng)環(huán)境下，沉積物中微生物分泌的黏性EPS（其主要成分為蛋白質(zhì)和多糖）會(huì)對(duì)沉積物抗沖刷性產(chǎn)生重要影響。因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同工況下沉積物抗剪切力以及EPS、蛋白質(zhì)和多糖含量變化。對(duì)照組沉積物抗剪切力為 1.79N/m² ，EPS含量為 33.6mg/g ，蛋白質(zhì)含量為 26.3mg/g 多糖含量為 6.1mg/g 。EPS能將小顆粒團(tuán)聚，從而將微生物細(xì)胞、有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)顆粒結(jié)合在一起，形成下水道沉積物。此外，沉積物表面附著的以EPS為主要基質(zhì)的生物膜會(huì)增強(qiáng)管道沉積物的抗沖刷能力[15]。因此，原始沉積物中黏性EPS的存在導(dǎo)致其具有較強(qiáng)的抗沖刷性，在管道底部淤積。經(jīng)過各工況下的超聲波作用后，沉積物的抗剪切力降低至 0.64～1.61N/m² ，EPS含量降低至 9.6～31.2 mg/g ，分別為對(duì)照組的 26.4%～91.5% 和 28.6%～ 92.9% 。這是由于超聲波能在水中產(chǎn)生多種形式的物理/機(jī)械效應(yīng)，例如，強(qiáng)烈沖擊波、高剪切力、液體微射流和共振以及與強(qiáng)氧化物質(zhì)（如羥基自由基）的化學(xué)效應(yīng)[16-18]能破壞下水道沉積物聚集體結(jié)構(gòu)和EPS，從而降低管道沉積物的抗沖刷能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了超聲波對(duì)管道沉積物抗沖刷性能的破壞作用。

如圖1所示，將正交實(shí)驗(yàn)中不同工況下沉積物的抗剪切力和EPS含量做線性相關(guān)分析，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)中沉積物抗沖刷能力與EPS含量呈良好的正相關(guān)性 R²=0.98 ），表明EPS結(jié)構(gòu)破壞是沉積物抗沖刷性能降低的重要原因。之前的研究發(fā)現(xiàn)，微生物群落的豐度和多樣性對(duì)下水道沉積物的抗沖刷能力有積極影響，微生物群落分泌的EPS、蛋白質(zhì)和多糖是微生物影響沉積物抗沖刷性的主要調(diào)節(jié)物質(zhì)[11，19-20]。具體來說，具有疏水性的復(fù)雜螺旋結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子是維持黏性沉積物結(jié)構(gòu)和EPS凝膠狀的功能性物質(zhì)，在增強(qiáng)沉積物抗沖刷方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[14]。此外，中性碳水化合物能鞏固EPS的結(jié)構(gòu)，疏水性碳水化合物能提高EPS的吸附能力[20-21]。在超聲作用下，EPS中的蛋白質(zhì)和多糖加速降解，使得EPS水溶性提高，同時(shí)，包裹在EPS內(nèi)部的物質(zhì)進(jìn)入溶液[22]。因此，隨著超聲波作用對(duì)管道沉積物中EPS的破壞，沉積物團(tuán)聚體間的黏附力逐漸降低，這可能導(dǎo)致沉積物結(jié)構(gòu)更加松散、聚集性減弱，從而實(shí)現(xiàn)沉積物抵抗水流剪切能力的降低。

目前，管道清淤常用的技術(shù)主要包括水力沖洗技術(shù)和機(jī)械清淤[23-24]。然而，這些傳統(tǒng)的技術(shù)無法分解黏性EPS，沉積物的黏附特性通常會(huì)影響沖洗設(shè)備的效率，從而增加能耗[25]。此外，被沖刷的沉積物仍可能在下游重新沉積。由此可見，超聲處理技術(shù)從降低管道沉積物黏附作用的角度進(jìn)行沉積物去除，為管道清淤技術(shù)提供了新思路，并在降低管道沉積物抗沖刷性能方面表現(xiàn)出良好的作用效果。

2.2正交分析多因素對(duì)超聲清淤的影響

為確定超聲清淤過程中5個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)超聲波作用效果的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交分析。如表3所示，結(jié)果表明，超聲清淤實(shí)驗(yàn)中5因素對(duì)沉積物臨界剪切力影響程度大小排序?yàn)椋汗β?gt; 探頭距泥面距離 gt; 作用時(shí)間 gt; 泥厚 gt; 頻率。正交實(shí)驗(yàn)條件下最佳實(shí)驗(yàn)水平為功率 220W 、頻率 50kHz 、處理時(shí)間 3min 、沉積物厚度 6cm 、距泥面 3cm 。由于實(shí)際管道內(nèi)待清淤的沉積物厚度不固定，沉積物厚度只是影響效果的主要因素，不能作為工況條件。經(jīng)分析，正交實(shí)驗(yàn)中確定的最優(yōu)工況為：功率 220W 頻率 50kHz 、處理時(shí)間 3min 、距泥面 3cm ，這一結(jié)果為超聲清淤技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，不同參數(shù)的變化對(duì)沉積物抗沖刷能力的影響有差異：1）超聲功率的增加對(duì)管道沉積物抗沖刷能力的降低具有顯著效果，這可能是由于高超聲功率產(chǎn)生更多的羥基自由基和更強(qiáng)的機(jī)械效應(yīng)，加速氧化了EPS中的蛋白質(zhì)和多糖[26，并對(duì)沉積物聚集體結(jié)構(gòu)造成破壞;2）超聲作用效果隨著探頭離泥面距離的增加進(jìn)一步減弱；3）隨著作用時(shí)間的增加，管道沉積物EPS含量及抗剪切力下降，在 3min 作用時(shí)間下作用效果最佳；4）隨著沉積物厚度的增加，超聲作用效果減弱，特別是在厚度大于 10cm 后，減弱明顯;5）超聲作用對(duì)沉積物抗沖刷性能的減弱效果與頻率正相關(guān)，但作用效果隨頻率變化幅度低于其他因素，這與正交分析所得結(jié)果一致。

2.3超聲處理時(shí)間對(duì)超聲清淤的影響

由于正交實(shí)驗(yàn)中處理時(shí)間間隔較大，為了盡可能控制能耗和成本，應(yīng)進(jìn)一步確定超聲清淤的最優(yōu)處理時(shí)間。在正交實(shí)驗(yàn)確定最佳實(shí)驗(yàn)水平（功率220W 、頻率 50kHz 處理時(shí)間 3min 、沉積物厚度6cm 、距泥面 3cm ）的基礎(chǔ)上，縮小超聲處理時(shí)間作用范圍至 150～240s 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，隨著超聲作用時(shí)間從150s延長至 200s ，沉積物抗剪切力表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，并在 200s 時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，為 0.94N/m² ，與對(duì)照組相比降低了 47.5% 。作用時(shí)間超過200s后，各指標(biāo)數(shù)值變化趨于平緩，沉積物抗剪切力在 0.93～0.95N/m² 范圍內(nèi)波動(dòng)。隨著超聲波作用時(shí)間從150s增加至200s，超聲波作用對(duì)黏性EPS分子的主要成分蛋白質(zhì)和多糖的分解作用逐漸增強(qiáng)，加上機(jī)械作用對(duì)沉積物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的破壞，管道沉積物抗沖刷性能降低。然而，隨著超聲作用時(shí)間的進(jìn)一步增強(qiáng)，EPS中難降解物質(zhì)和小分子物質(zhì)似乎難以被超聲進(jìn)一步分解，蛋白質(zhì)和多糖含量趨于穩(wěn)定，沉積物EPS含量和抗剪切力不再下降。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，過長的超聲作用時(shí)間并不能進(jìn)一步增強(qiáng)超聲清淤效果，相比正交實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論（ 3min 為最佳處理時(shí)間），200s為更優(yōu)工況。

此外，對(duì)該部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)（圖3），EPS、蛋白質(zhì)、多糖與沉積物抗剪切力有較強(qiáng)的正相關(guān)性，其中多糖與抗剪切力相關(guān)性最明顯。這表明實(shí)驗(yàn)中多糖的分解與沉積物抗沖刷能力降低有著密不可分的關(guān)系。

2.4沉積物厚度對(duì)超聲清淤的影響

在實(shí)際排水管道中，沉積物厚度并不固定，這會(huì)影響超聲清淤的作用效果，因此，有必要探究清淤效果隨沉積物厚度的變化情況。采用之前實(shí)驗(yàn)所得出的最優(yōu)工況，即功率 220W 、頻率 50kHz 處理時(shí)間 200s. 超聲設(shè)備距泥面 3cm 對(duì)不同厚度沉積物進(jìn)行處理。如圖4所示，相比原始沉積物， 2～ 10cm 厚度沉積物的EPS逐漸在超聲作用下分解，且聚集強(qiáng)度整體均減弱。更厚的沉積物在超聲處理后表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗剪切力，這表明沉積物厚度的增加會(huì)影響超聲清淤的效果。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)過程中觀察到，當(dāng)沉積物厚度為 2～7cm 時(shí)，沉積物整體被超聲松動(dòng)，抗剪切力降低至 1N/m² 以下。然而，當(dāng)沉積物為 8～10cm 時(shí)，超聲作用后沉積物流動(dòng)性出現(xiàn)差異明顯的兩層，即表層沉積物和深層沉積物，而各層抗剪切力和EPS含量也存在明顯差異。如圖4所示，實(shí)線和虛線分別代表上層和下層沉積物性質(zhì)，當(dāng)沉積物厚度為 8～10cm 時(shí)，超聲處理后下層沉積物抗沖刷能力、蛋白質(zhì)含量明顯高于上層。該現(xiàn)象表明，超聲對(duì) 7cm 以內(nèi)（含 7cm ）深度沉積物抗沖刷特性的降低效果較好，超出 7cm 后，超聲波對(duì)沉積物抗剪切力和EPS的影響衰減很快，對(duì)深層沉積物的抗沖刷能力的減弱作用有限。這一結(jié)果在正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定了超聲的最佳處理深度范圍，即最佳工況下超聲最佳處理深度范圍為 0～7cm 。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于厚度在 7cm 以內(nèi)（含 7cm ））的沉積物，超聲清淤技術(shù)能整體降低管道沉積物的抗沖刷性。對(duì)于厚度大于 7cm 的沉積物，可根據(jù)實(shí)際情況多次采用超聲處理，對(duì)沉積物進(jìn)行分步去除。值得注意的是，是否需要在超聲作用的基礎(chǔ)上采用水力沖洗技術(shù)或機(jī)械清淤技術(shù)，取決于管道污水流剪切力和處理后沉積物的臨界剪切力大小。若管道中污水流剪切力能達(dá)到超聲處理后沉積物的臨界剪切力值，則不需要采用其他輔助手段，超聲處理后的沉積物能在污水流沖刷下直接去除；若管道中污水流剪切力小于超聲處理后沉積物臨界剪切力值，則可以采用水力沖洗技術(shù)和機(jī)械清淤技術(shù)等進(jìn)行輔助去除。

相比傳統(tǒng)清淤技術(shù)，超聲清淤技術(shù)表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前常用的機(jī)械疏浚和水力沖洗技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中暴露出效率低、故障多、養(yǎng)護(hù)水平落后和對(duì)交通環(huán)境影響大等缺陷。超聲清淤技術(shù)則可以在短時(shí)間內(nèi)破壞沉積物團(tuán)聚體的聚集結(jié)構(gòu)，分解沉積物顆粒間產(chǎn)生黏附作用的關(guān)鍵物質(zhì)EPS，從而大大提高管道清淤效率。此外，由于超聲處理后團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的解體，管道沉積物被水流沖刷卷起所需的臨界剪切力明顯減小，因此，利用超聲技術(shù)進(jìn)行前處理可為水力沖洗提供更有利的條件，并大大減少水力沖洗清淤所需水量。總的來說，超聲清淤技術(shù)不僅為管道清淤提供了新的思路，還有望與其他傳統(tǒng)清淤方式相結(jié)合，從而增強(qiáng)管道清淤技術(shù)在各種場(chǎng)景下應(yīng)用的可行性。

利用超聲波對(duì)不同厚度沉積物進(jìn)行處理的效果具有差異，可以合理推測(cè)，超聲波能量可能隨著沉積物深度的增加而逐漸衰減，從而對(duì)不同深度沉積物產(chǎn)生不同的作用效果。為探究超聲處理后不同深度沉積物的性質(zhì)變化，采用實(shí)驗(yàn)得出的最佳處理工況對(duì) 10cm 厚淤泥進(jìn)行超聲處理，并對(duì)各層沉積物進(jìn)行取樣測(cè)試。圖5所示為超聲處理 10cm 厚度沉積物后的各層性質(zhì)，其中 1～5 層分別為距離沉積物表層 1～2cm?3～4cm?5～6cm?7～8cm?9～ 10cm 的沉積物樣品。結(jié)果顯示，超聲處理導(dǎo)致沉積物 1～3 層抗剪切力和EPS含量明顯降低。隨著沉積物深度的增加，第4層和第5層沉積物抗剪切力大幅度增加，蛋白質(zhì)含量水平仍然較高，表明超聲作用效果大大減弱。以上結(jié)果證實(shí)了之前的推測(cè)，即隨著沉積物深度的增加，超聲波對(duì)沉積物抗沖刷性能的破壞逐漸衰減。

3結(jié)論

1）超聲處理對(duì)改善管道淤積表現(xiàn)出良好效果，經(jīng)過各工況下的超聲波作用后，沉積物的抗剪切力降低至對(duì)照組的 26.4%～91.5% ，EPS結(jié)構(gòu)破壞是沉積物抗沖刷性能降低的重要原因。

2）通過正交分析得出5個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)超聲清游效果影響程度大小排序?yàn)椋撼曤姽β?、探頭距泥面距離、超聲作用時(shí)間、沉積物厚度、超聲裝置工作頻率。超聲清淤的最優(yōu)工況為：功率 220W 、頻率50kHz 、處理時(shí)間 200s. 距離泥面 3cm 。

3）超聲清淤對(duì)于 7cm 厚度以內(nèi)（含 7cm 的沉積物具有較好的清淤效果，在超出該范圍后，超聲作用對(duì)沉積物剪切力的影響衰減很快，對(duì)深層沉積物抗沖刷能力的減弱作用有限。

4）對(duì) 10cm 厚度沉積物進(jìn)行超聲處理和分層取樣，結(jié)果表明，距離沉積物表層 1～7cm 沉積物樣品抗剪切力和EPS含量明顯降低，而 7～10cm 深度沉積物抗剪切力和蛋白質(zhì)含量較高。進(jìn)一步證實(shí)了超聲波作用效果隨沉積物深度增加而衰減。

參考文獻(xiàn)

［1］趙磊，楊逢樂，王俊松，等.合流制排水系統(tǒng)降雨徑流 污染物的特性及來源[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（8）： 1561-1570. ZHAO L，YANG FL，WANG JS，et al. Characterization of storm-water pollutant sources in a combined sewernetwork[J].Acta Scientiae Circumstantiae，2O08，28 （8）： 1561-1570. （in Chinese）

[2]REN D H， ZUO Z Q，XING Y X，et al. Simultaneous control of sulfide and methane in sewers achieved by a physical approach targeting dominant active zone in sediments [J].Water Research，2022，21l： 118010.

［3］湯霞，陳衛(wèi)兵，李懷正.城市排水系統(tǒng)沉積物特性及清 淤方式研究進(jìn)展[J].城市道橋與防洪，2013（3）：106- 110，216. TANG X，CHEN WB，LI H Z. Study on characteristics of sediments in urban sewer system and its desilting mode[J].Urban RoadsBridgesamp;Flood Control，2013 （3）：106-110，216.（in Chinese）

[4]KAESEBERG T，SCHUBERT S，OERTEL R，et al. Hot spots of antibiotic tolerant and resistant bacterial subpopulations in natural freshwater biofilm communities due to inevitable urban drainage system overflows [J]. Environmental Pollution，2018，242：164-170.

[5］許小冰，王怡，王社平，等.城市排水管道中有害氣體 控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].中國給水排水，2012，28 （14）： 9-12. XUXB，WANG Y，WANG SP，et al. National and international research on control of harmful gases in municipal drainage pipeline [J]. China Water amp;. Wastewater，2012，，28（14）：9-12.（in Chinese）

[6]ZHANG ZG，LUJS，ZHANG ZQ，et al. Effect of potassium ferrate treatment on adhesive gelatinous biopolymer structure and erosion resistance of sewer sediments：Promotion or inhibition？[J].Chemical Engineer ing Journal，2022，431： 134025.

[7］李曉峰，趙敏.淺談排水管道清淤施工技術(shù)[J].河南水 利與南水北調(diào)，2023，52（8）：75-76. LI X F，ZHAO M. Discussion on construction technology of drainage pipeline dredging [J].Henan Water Resources and South-to-North Water Diversion，2023， 52（8）： 75-76. （in Chinese）

[8]MENG D Z，JIN W，CHEN K L，et al.Cohesive strength changes of sewer sediments during and after ultrasonic treatment： The significance of bound extracellular polymeric substance and microbial community [J]. The Science of the Total Environment，2O20，723： 138029.

[9]REGUEIRO-PICALLO M，SUAREZ J，SANUDO E，et al. New insights to study the accumulation and erosion processes of fine-grained organic sediments in combined sewer systems from a laboratory scale model [J]. The Science of the Total Environment，2O2O，716： 136923.

[10] WAQAS A，NEUMEIER U，ROCHON A. Seasonal changes in sediment erodibility associated with biostabilization in a subarctic intertidal environment，St.Law rence Estuary，Canada [J].Estuarine Coastal and Shelf Science，2020，245：106935.

[11] MENG D Z，WU J，CHEN KL，et al. Effects of extracellular polymeric substances and microbial community on the anti-scouribility of sewer sediment [J]. Science of the Total Environment，2019，687： 494-504.

[12]CHENXY，LIDY，ZHOUCH，et al. Predation preference for extracellular polysaccharides by paramecia and rotifers may have accelerated the decline of membrane biofilm hydraulic resistance [J]. Science of the Total Environment，2023，889： 164090.

[13］張子庚.高鐵酸鹽對(duì)排水管道沉積物侵蝕抗性影響研 究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2022. ZHANG Z G. Effect of ferrate on the erosion resistance of sewer pipeline sediments [D]. Xi'an： Xi'an University of Architecture and Technology，2022.（in Chinese）

[14] PANG HL，LI X W， YUAN H W，et al. Sewer sediment adhesion reduction and hydraulic floating promotion by alkaline treatment [J]. Science of the Total Envi ronment，2023，893： 164896.

[15] CAMPISANO A， CATANIA FV， MODICA C.Evaluating the SWMM LID Editor rain barrel option for the estimation of retention potential of rainwater harvesting systems [J]. Urban Water Journal，2017，14（8）： 876-881.

[16]DAILIANISS，TSARPALI V，MELAS K，et al. Aqueous phenanthrene toxicity atter high-trequency ultra sound degradation [J]. Aquatic Toxicology，2O14，147： 32-40.

[17]WANG D B，HUANG Y X，XUQ X，et al.Free ammonia aids ultrasound pretreatment to enhance shortchain fatty acids production from waste activated sludge [J]. Bioresource Technology，2019，275： 163-171.

[18] HUANG YR，LIL，LUAN X M，et al. Ultrasound-enhanced coagulation for cyanobacterial removal： Effects of ultrasound frequency and energy density on coagulation performance，leakage of intracellular organic matters and toxicity[J].Water Research，2021，20l： 117348.

[19] ZHOU YC，YAO X Y，GU Y Q，et al.Biological effects on incipient motion behavior of sediments with different organic matter content [J]. Journal of Soils and Sediments，2021，21（1）：627-640.

[20] ZHANG Y J， ZHANG J， ZHU D Z，et al. Experimental study on pollution release and sediment scouring of sewage sediment in a drainage pipe considering incubation time [J]. Environmental Science and Pollution Research，2023，30（19）： 54945-54960.

[21] ADAV S S，LEE D J，TAY J H. Extracellular polymeric substances and structural stability of aerobic granule[J].Water Research，2008，42（6/7）： 1644-1650.

[22] BONG C HJ，LAU TL，GHANI A AB.Potential of tipping flush gate for sedimentation management in open stormwater sewer [J].Urban Water Journal，2O16，13 （5）： 486-498.

[23] LIU J X，CAO Z X，LI X C. Coupled modelling of flow and non-capacity sediment transport in sewer flushing channel[J].Water Research，2022，219：118557.

[24] FENG HF，DU S T， ZHU D Z.Numerical study of effects of flushing gate height and sediment bed properties on cleaning efficiency in a simplified self-cleaning device [J]. Water Science amp; Technology，2023，88（3）： 542-555.

[25] SHAHSAVARI G， ARNAUD-FASSETTAG， CAMPISANO A. A field experiment to evaluate the cleaning performance of sewer flushing on non-uniform sediment deposits [J].Water Research，2Ol7，118： 59-69.

[26]XU HL，TANG ZZ，LIANG ZX，etal.Neglected methane production and toxicity risk in low-frequency ultrasound for controlling harmful algal blooms [J]. Environmental Research，2023，232：116422.

（編輯王秀玲）