CN101224942B

CN101224942B - 软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法及其装置

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Publication number: CN101224942B
Application number: CN2008100734298A
Authority: CN
Inventors: 陈江涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: CN101224942A

Abstract

本发明涉及一种软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，该方法采用脉冲式电渗脱水，并以真空预压、静载、动力挤密等辅助方法来营建或维持软土、淤泥中的毛细管结构，然后在脉冲电流的作用下，浓差极化降低，从而降低电耗，水的电离化比率增大，使软土、淤泥体毛细管结构中被电离化的水向阴极移动，形成移向阴极的渗流，并汇集到阴极，再经真空抽水系统排放出去，从而达到软土、淤泥脱水的目的。

Description

软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及脱水处理技术领域，特别是一种对软土、淤泥进行电渗脱水处理的方法及其装置。

背景技术

目前对软土、淤泥的脱水处理方法有采用电渗方法进行处理的，其主要应用在软土、淤泥降水方面，但这种处理方法主要存两个方面的问题：

1、现有电渗方法未能围绕电渗排水作用是在毛细管结构中产生最大排水效应这一核心原理来实施，并未能根据这一原理来营建或维持软土、淤泥中毛细管结构以对软土、淤泥进行电渗排水。

2、现有电渗方法采用的电源为稳压直流电渗，水的电离化效果差，能耗大，处理成本高；而且在电渗排水过程中采用土体挤密装置维持毛细管结构时效果不够理想，导致未能产生最大排水效应，造成脱水效率低、速度慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脱水效率高、处理成本低的软土或淤泥脱水处理方法以及实施该方法所用的装置。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：本发明软土、淤泥脱水处理方法按以下工艺步骤进行操作：

1).将软土、淤泥放入载体中或在软土、淤泥现场四周设置竖向封闭系统；

2).在载体或现场设置由脉冲式电渗电源装置提供电源的电渗装置、毛细管结构维持装置及真空抽水装置；

3).脱水时首先通过真空抽水装置排出载体或现场中的软土、淤泥中的非毛细管水，使得软土、淤泥中剩余的水为毛细管水；当真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置进行脉冲式电渗，电渗过程中同时进行真空抽水；当电渗作用不明显时，同时启动毛细管结构维持装置，以维持毛细管结构；若脱水效果未符合处理要求，则重复以上操作直至脱水符合要求。

所述给电渗装置提供电源的脉冲式电渗电源装置是由变压器、整流器、脉冲转化器及散热器构成，变压器和散热器的输入端共接交流电输入端，变压器的输出端与整流器的输入端连接，整流器的输出端与脉冲转化器输入端连接，整流器输出直流电电流通过脉冲转化器输出脉冲电流，供给电渗装置进行脉冲式电渗。其电压、电流大小、频率、振幅可调，以适应各种形态的软土、淤泥脱水处理所需的最有效的电流。

当在现场进行脱水处理时，电渗过程中维持毛细管结构的方法是采用真空预压装置和低中能量强夯器械维持毛细管结构；其现场的软土或淤泥上盖有带连接器的网状帽眼真空膜或网状帽眼膜或开孔冗余膜。

实施本发明软土、淤泥脱水处理方法所用的装置可为一容器，容器的形状可为空心圆形柱体或空心正方形柱体或空心矩形柱体，容器的上部有活塞式顶盖，底部有活动底门，容器的内部中心与内壁或者容器的顶部与底部设有阴极和阳极对，阴极与排水装置、真空预压装置集成为一体或与相关装置组合成阴极排水真空预压系统；电渗过程中维持毛细管结构的装置有真空预压装置和静载装置，静载装置即是在活塞式顶盖上加载静载物。

所述容器的形状为空心矩形柱体时，阴极和阳极对也可设置在相对的两内侧壁上；

当容器壁设置为阴极时，容器壁的结构由内向外依次设有渗滤层、阴极网层、导流层、外壳，导流层上开有小孔，连接阴极网层的连通管经小孔穿出外壳后与集水管连接，其端头有阴极接头，阳极接头和阴极接头分别接脉冲式电渗电源的正、负极，阴极接头又通过管道连接真空泵。

实施本发明软土、淤泥脱水处理方法所用的载体也可以是开口向上的槽，槽口盖有带连接器的网状帽眼真空膜或网状帽眼膜或开孔冗余膜，槽的上方设有防水拱棚，槽中设置有电渗装置和真空预压装置，电渗装置采用复合管作阴、阳电极，复合管接水平排水管，水平排水管接集水管，集水管接真空泵；电渗过程中维持毛细管结构的装置有真空预压装置、静载装置、低中能量强夯器械。

在容器、槽等处理载体中，阴极和阳极上的电渗部位可以根据处理需要进行调节。

所述复合管是集排水、负压传递与电极为一体的复合电极排水管，其管体上布有很多小孔，外裹渗滤膜，既作电极，又作排水通道，还作负压传递通道。

所述电渗装置中的阳极有可增加水分子极性的物质。

所述带连接器的网状帽眼真空膜是由帽筒、网状真空膜和连接器构成，帽筒安放在网状真空膜的网眼上，形成网状帽眼膜，连接器放在帽筒内，它与内外管道连接并密封，网眼的间距根据工程需要设定。该真空膜已向中国国家知识产权局申请专利，专利申请号为200720082017.1。

所述网状帽眼膜是由帽筒和网状真空膜构成，帽筒装在网状真空膜的网眼上，网眼的间距根据工程需要设定。该真空膜已向中国国家知识产权局申请专利，专利申请号为200720082018.6。

所述开孔冗余膜，是指用来盖在槽口或现场上的整块真空膜，其在阴、阳电极的位置上预留一定面积的冗余，并使此冗余部分裹住电极上部外壁，再箍以弹性箍圈，使真空膜将电极外壁密封，再将真空膜位于电极上的位置开孔，使电极伸出膜外，即为开孔冗余膜。

本发明方法采用脉冲式电渗，利用电渗装置能在毛细管结构中产生最大排水效应的作用进行脱水，因此首先通过辅助的真空抽水排出软土、淤泥中的非毛细管水，避免因土体中连通的非毛细管水在电渗作用下形成短路，无法在毛细管中产生有效电场，使经真空抽水后软土、淤泥中剩余的水尽量为毛细管水，然后在脉冲电流的作用下，浓差极化降低，从而电耗降低，而且电渗装置中的阳极有可增加水分子极性的物质，可促使水分子的极性更大，使软土、淤泥体毛细管结构中被电离化的水向阴极移动，形成移向阴极的渗流，并汇集到阴极，从而达到软土、淤泥脱水的目的。电渗过程中以真空预压、静载、动力挤密等辅助方法来营建或维持软土、游泥中的毛细管结构，可进一步提高电渗脱水效率。

本发明方法主要应用于淤泥环保处理及循环再利用、淤泥造土、围海造地、软土地基加固处理等，也适用于以容器、槽作软土、淤泥的脱水处理载体或直接在软土、淤泥现场进行脱水处理等各种方式和形式下的软土、淤泥脱水处理。

本发明方法与传统相关软土、淤泥电渗脱水处理方法相比，具有以下明显优点：

1、脉冲式电渗比稳定的直流电渗更省电，能耗更低。

2、脉冲电荷可使软土、淤泥中的毛细管水的电离化效果更好，提高电渗效果。

3、用真空预压、静载、动力挤密等维持软土、淤泥毛细管方法来辅助电渗的进行，更有效的增大了脱水效果，大大降低了软土、淤泥中的含水率，使处理后的软土、淤泥能直接用于填埋、造地等用途。

附图说明

图1是给电渗装置提供电源的脉冲式电渗电源的线路结构示意图。

图2是实施例1使用的容器结构示意图。

图3是图2中容器壁局部剖开后的结构示意图。

图4是图2的俯视示意图。

图5是实施例2使用的槽结构示意图。

图6是图5中将防水拱棚取下后的俯视示意图。

图7是实施例3现场布置结构示意图。

图8是图7中纵向剖视示意图。

图中：交流电输入端1、交流电输入端2、变压器3、整流器4、脉冲转化器5、散热器6、底门活拴7、集水管8、连通管9、活塞式顶盖10、阳极接头11、阳极棒12、进料槽13、底门紧固器14、阴极接头15、活动底门16、导流层17、阴极网层18、渗滤层19、小孔20、外壳21、防水拱棚22、槽23、通电线路24、水平排水管25、复合管26、网状帽眼膜27、临时孔28、真空泵29、脉冲式电渗电源30、开孔冗余膜31。

具体实施方式

下面对本发明方法的工艺流程作进一步详细描述：

1)构建软土、淤泥脱水处理的载体或其现场：

即准备相对应的容器，将软土、淤泥装入固定的容器内，或准备相对应的槽，将软土、淤泥装入固定的槽中，或在将要进行脱水处理的软土、淤泥场四周设置竖向封闭系统。

2)布置电渗装置，其操作要求有以下几点：

①在被处理软土、淤泥体系布置阴极和阳极，其布置形式根据处理要求设置；

②作阴极和阳极的器材根据软土、淤泥脱水处理的需求设定和制造，且阴极与排水装置集成为一体或与相关装置组合成阴极排水系统；

③将阴极、阳极分别接脉冲式电渗电源的负、正极。

3)布置毛细管结构维持装置

当用容器作软土、淤泥的脱水处理载体时，采用真空预压装置和静载装置作毛细管结构维持装置；

当以槽作软土、淤泥的脱水处理载体时，采用真空预压装置、静载装置和低中能量强夯器械作毛细管结构维持装置；

当是直接在现场对软土、淤泥进行封闭时，以真空预压装置、低中能量强夯器械作毛细管结构维持装置。

4)布置真空抽水装置

即将与阴极集成为一体或与阴极相组合的排水装置连接真空泵。

5)首先进行真空抽水，排出软土、淤泥中主要的非毛细管水；当直接真空抽水效果不明显时，启动由脉冲式电渗电源供电的电渗装置，进行脉冲式电渗，电渗过程中同时进行真空抽水。

6)当电渗作用不明显时，启动毛细管结构维持装置：

当用容器作软土、淤泥的脱水处理载体时，进行真空预压及静载维持毛细管结构；

当以槽作软土、淤泥的脱水处理载体时，进行真空预压、静载以及低中能量强夯维持毛细管结构；

当是直接在现场对软土、淤泥进行处理时，进行真空预压和低中能量强夯维持毛细管结构。

通过上述毛细管结构维持操作，以增强软土、淤泥中的毛细管效应，增强电渗脱水效率。

7)重复真空抽水、电渗及维持毛细管结构操作，直至脱水完毕。处理完成时间一般仅需1～30天。

所述电渗装置是由脉冲式电渗电源装置提供电源，脉冲式电渗电源装置的线路结构如图1所示，它是由变压器3、整流器4、脉冲转化器5及散热器6构成，变压器3和散热器6的输入端共接交流电输出端1或2，交流电输出端的电压有两组，一组是380V，另一组是220V。整流器4的输出端与脉冲转化器5的输入端连接，整流器4输出直流电电流通过脉冲转化器5输出脉冲电流，供给电渗装置进行脉冲式电渗。脉冲式电渗电源装置的电压、电流大小、频率、振幅可调，以适应各种形态的软土、淤泥脱水处理所需的最有效的电流。

实施例1：

实施本发明软土、淤泥脱水处理方法所用的容器结构如图2、图3、图4所示，容器的形状可为空心圆形柱体或空心正方形柱体或空心矩形柱体，容器的上部有进料槽13，底部有卸料用的活动底门16，活动底门16由底门紧固器14固定在容器上，活动底门16上有作开关用的底门活栓7，容器的上部有活塞式顶盖10，容器的内部中心设有阳极棒12，容器壁由内向外依次设有渗滤层19、阴极网层18、导流层17、外壳21，导流层上开有小孔20，连接阴极网层的连通管9经小孔穿出外壳后与集水管8连接，其端头有阴极接头15，阳极棒12的阳极接头11和阴极接头15分别接脉冲式电渗电源的正、负极，阴极接头15又通过管道连接真空泵。

使用时，先将淤泥从进料槽放入容器中，然后进行真空抽水，排出淤泥中主要的非毛细管水；当直接真空抽水效果不明显时，启动电渗装置，进行脉冲式电渗，电渗过程中进行真空预压和静载，以维持淤泥中的毛细管结构；电渗过程中也同时进行真空抽水；24小时后，脱水处理至符合要求，打开活动底门，卸下干土。

实施例2：

在浙江某试验基地，用槽对淤泥进行处理，槽深3米，宽5米，长20米。槽的结构如图5和图6所示：槽23的上方有盖住槽口的网状帽眼膜27，膜的上方设有防水拱棚22，电渗装置采用多排复合管26作阴、阳电极，复合管26接水平排水管25，水平排水管25接集水管8，集水管8接真空泵29，阳极、阴极复合管通过通电线路24连接脉冲式电渗电源30的正、负极，电渗过程中维持毛细管结构的装置采用真空预压装置和静载装置及低中能量强夯器械。

脱水处理按以下操作步骤进行：

1)将淤泥堆入槽23中，并沿槽口将淤泥整平。

2)在槽中布置阴极和阳极，阴极和阳极皆采用复合管24，复合管长3.2米，复合管之间的间距为0.5米，将阴极、阳极复合管分别接脉冲式电渗电源的负、正极，脉冲式电渗电源输出电压：0-200V、电流：0-40A、频率：50Hz-20KHz的动态电流。

3)在槽口上方铺设网状帽眼膜27，将膜在现场拼成一个大于槽口面积的整块膜，再将膜盖在槽口上，从一头开始逐渐使复合管伸出膜的帽眼；铺膜过程中随铺随时固定膜，防止起风将铺好的膜卷走或撕裂；将帽筒与复合管外壁密封；检查搭接缝、帽筒的密封性，并及时修补；基本完成铺膜后，在膜上开临时孔28，并将已接上真空泵的连通管9伸入临时孔内，并密封连通管外壁与膜的结合部，然后启动真空泵以维持膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在泥面上。

4)连接真空排水系统，进行真空抽水，排出淤泥中主要的非毛细管水。

5)当直接真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置，进行电渗，电渗过程中同时进行真空抽水。

6)当电渗作用不明显时，启动真空泵对网状帽眼膜下抽真空进行正向真空预压，以维持淤泥体中的毛细管结构。

7)8天后，出水量明显减少，软土、淤泥脱水处理工作结束，经检测，淤泥含水率在28％以下。

实施例3：

在浙江某工地，要求处理深度6米的软土场。场地及设备的排布如图7和图8所示。

操作步骤如下：

1)大致整平软土场，并在软土场周围设置6米深的灌浆围幕，防止场外水体渗入场区。

2)按实施例2的规格、模式布置电渗装置的阴极和阳极，阴极和阳极采用复合管26，复合管长6米，复合管之间的间距为0.5米，将阴极、阳极复合管通过通电线路24分别接脉冲式电渗电源30的负、正极，脉冲电渗电源输出电压：0-200V，输出电流：0-40A，频率：50Hz-20KHz的动态电流。

3)布置毛细管结构维持装置：

①在软土场上铺设开孔冗余膜31，且在每一复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余面积裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外，然后检查搭接缝、膜与复合管的密封性，并及时修补；禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防将膜刮破；基本完成铺膜后，在膜上开临时孔28，并将已接上真空泵29的连通管9伸入临时孔28内，并密封连通管外壁与膜的结合部，启动真空泵并维持膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在地面上，并在场区周围挖密封沟，将膜的周边压在密封沟下；

②准备吊车、夯锤等低能量强夯器械，以便实施低能量强夯操作以维持毛细管结构。

4)连接真空排水系统，即将复合管26接水平排水管25，水平排水管25接集水管8，集水管接真空泵29。

5)进行真空抽水，排出软土中主要的非毛细管水。

6)当直接真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置，进行电渗，电渗过程中同时进行真空抽水。

7)当电渗作用不明显时，启动真空泵对开孔冗余膜下抽真空进行正向真空预压，然后拔出复合管，进行2～3轮低中能量强夯，操作按以下几点进行：①先点夯后满夯；②从低能量强夯至高能量强夯，即逐渐从500kN·m加能到1500kN·m；③点夯的间距一般3～7m，呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实，以通过这些辅助方法维持软土中毛细管结构。

8)25天后，出水量明显减少，软土脱水处理脉冲式电渗脱水工作结束，经检测，软土含水率在30％以下，其承载力达120KPa以上。

Claims

1.软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，其特征在于它按以下工艺步骤进行操作：

2).在载体或现场设置由脉冲式电渗电源装置提供电源的电渗装置、毛细管结构维持装置及真空抽水装置；并在软土或淤泥上盖有带连接器的网状帽眼真空膜或网状帽眼膜或开孔冗余膜；

3).脱水时通过真空抽水装置、脉冲式电渗装置和毛细管结构维持装置的三个装置耦合同时进行真空抽水、脉冲式电渗、维持毛细管结构直至达到脱水符合要求，在电渗过程中维持毛细管结构的方法是采用真空预压、静载或低中能量强夯维持毛细管结构。

2.根据权利要求1所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，其特征在于：给电渗装置提供电源的脉冲式电渗电源装置是由变压器、整流器、脉冲转化器及散热器构成，变压器和散热器的输入端共接交流电输入端，变压器的输出端与整流器的输入端连接，整流器的输出端与脉冲转化器输入端连接，整流器输出直流电电流通过脉冲转化器输出脉冲电流，供给电渗装置进行脉冲式电渗。

3.一种权利要求1或2所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在于：所述载体为一容器，容器的形状为空心圆形柱体或空心正方形柱体或空心矩形柱体，其内部中心处设有阴/阳极，容器的上部有活塞式顶盖，底部有活动底门，容器的内部中心与内壁或者容器的顶部与底部设有阴极和阳极对，阴极与排水装置、真空预压装置集成为一体或与相关装置组合成阴极排水真空预压系统；电渗过程中维持毛细管结构的装置有真空预压装置和静载装置，静载装置即是在活塞式顶盖上加载静载物。

4.根据权利要求4所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在于：容器的形状为空心矩形柱体，其相对的两内侧壁上设有阴极和阳极。

5.根据权利要求4所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在于：容器壁设置为阴极时，容器壁的结构由内向外依次设有渗滤层、阴极网层、导流层、外壳，导流层上开有小孔，连接阴极网层的连通管经小孔穿出外壳后与集水管连接，其端头有阴极接头，阳极接头和阴极接头分别接脉冲式电渗电源的正、负极，阴极接头又通过管道连接真空泵。

6.一种权利要求1或2所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在于：所述载体为开口向上的槽，其上方设有防水拱棚，槽中设置有电渗装置和真空预压装置，电渗装置采用复合管作阴、阳电极，复合管接水平排水管，水平排水管接集水管，集水管接真空泵；电渗过程中维持毛细管结构的装置有真空预压装置、静载装置、低中能量强夯器械。