CN102605760B - 大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法及装置，在处理区域内首先形成一定厚度的加筋工作垫层，并铺设水平排水层，然后设置竖向排水通道，布设滤水管网，通过密封沟、密封膜等形成污泥区的立体封闭抽真空体系并进行抽真空作业。污泥体在抽真空负压荷载作用下，孔隙中的水和气被不断排出，并发生内敛式的收缩固结，强度提高，压缩性减小。本发明可以解决目前城市垃圾填埋场普遍遇到的大面积污泥池制约场区库容的使用，但又对现状污泥束手无策的两难问题。同时，可以实现污泥区域场地重新利用或在其上继续堆填垃圾的使用要求。

Description

大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法及装置

技术领域

 本发明涉及一种城市垃圾填埋场污泥加固的处理方法及装置，特别是一种大面积城市垃圾填埋场污泥加固的处理方法及装置。

背景技术

污泥池填埋的污泥一般为城市污水处理厂的污泥，作为城市污水处理过程中的副产品，污泥是包含水、泥沙、纤维、动植物残体及各种絮体、胶体、有机质、微生物、病菌、虫卵、重金属及各种无机盐等的复杂多相体系。污泥污染物往往具有长期毒性和不可降解性，若无序排放，将成为危险的二次污染源，通过大气、地下水、地表水和土壤等介质进入食物链，造成严重的生态风险，影响人类健康。

填埋污泥经过长时间的生化反应，以及大量的雨水进入，含水率超过90%，几乎呈流塑状，没有什么承载力可言。而垃圾填埋场的污泥池一般位处低洼之地或核心区域，常常制约着垃圾堆场库容的使用，需要处理以恢复场地使用或堆场库容。对已形成的垃圾填埋场的污泥池通常采用污泥清除，异地处置；或对已填埋污泥区域周边进行围堰加固，以保证污泥填埋区域稳定；以及将污泥搅拌固化后再次填埋等传统环境工程处理方法。

与本发明最接近的现有污泥处理方法为污泥搅拌固化后再次填埋方法，污泥搅拌固化后再次填埋方法一般仅适用于小范围的污泥原地固化，对于大面积的污泥区很难甚至无法取料，在处理过程中需要加入化学剂或药剂，容易造成土体二次污染，由于需要二次转运和二次填埋，施工需要作业场地大，且费用高。

因此，如何对大面积污泥池中污泥进行有效的就地固结强化处理，以恢复场地使用或垃圾继续堆填是目前城市垃圾填埋场遇到的普遍问题和急需解决的一大技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法及装置，要解决通过采用简单装置，较经济的技术手段对现有的大面积城市生活污泥进行原位加固后可进行重新利用的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，步骤如下：

步骤一、在拟处理污泥体的顶面进行工作垫层施工；

步骤二、在工作垫层的顶面铺设水平排水层；

步骤三、垂直于水平排水层向拟处理污泥体内插竖向排水板其底端不探及拟处理污泥体的底面，其上端露出水平排水层上表面；

步骤四、在水平排水层上布设由干滤管和支滤管组成水平滤水管网；

步骤五、以2～3万平米为一抽真空分区，将拟处理污泥体划分为若干个抽真空分区；

步骤六、沿每个抽真空分区的周边设置一圈密封沟，并使所有密封沟彼此连通；

步骤七、将露出水平排水层的竖向排水板部分沿水平方向压折并埋入水平排水层中；

步骤八、在水平排水层上覆盖密封膜并铺至密封沟时，将密封膜的边缘沿密封沟插入土中，以确保密封膜周围的密封，安装真空预压出膜装置、组装抽真空设备；

步骤九、启动抽真空设备，进行抽真空作业；

步骤十、监测和检测拟处理污泥体，判断污泥固结状况是否满足设计要求；

步骤十一、如果尚未达到，可继续步骤九一段时间后，再进行步骤十直至污泥处理指标达到设计要求。

优选的方案：

所述步骤一，所述工作垫层自下而上的结构层序依次为：1层毛竹网片＋ 1层有纺编制布＋ 5层荆芭＋ 1层长丝无纺土工布＋风化料层，所述风化料层分为上下两层，中间铺设1层有纺编制布，所述工作垫层的总厚度为1.0m～1.6m。

所述步骤二，水平排水层自下而上由长丝无纺土工布和中粗砂层叠合而成，其中，中粗砂层的厚度为0.5m～0.8m，中粗砂含泥量不大于5%，渗透系数应大于1×10^-2cm/s。

所述步骤三中，竖向排水板为C型板或D型板，它在平面上呈并列均匀布置，任意相邻竖向排水板之间的间距d为0.6m～0.8m，其距离拟处理污泥体的底面0.5m，其上端高出水平排水层0.3m。

所述步骤四中，所述干滤管和支滤管为 PVC管或塑料软管，其中，所述干滤管的间距为15m，所述支滤管的间距为3m；所述干滤管和支滤管的管壁上均开有滤水孔，并采用渗透系数不低于塑料排水板的土工滤膜包裹，所述滤水孔在管壁上错列均匀布置，其孔径R为6mm，孔距s为20mm。

所述步骤六中，密封沟沿抽真空分区周边布置，密封沟开挖必须符合盖膜闭气要求，密封沟深度≥1.5米，底部应进入拟处理污泥体不小于0.5m。

所述步骤八中，密封膜由3层PVC真空膜和位于PVC真空膜上下表面的的长丝无纺土工布保护层贴合而成。

所述步骤十中，监测内容包括但不限于地表沉降观测、土体水平位移观测、孔隙水压力测试、分层沉降测试以及真空度观测；检测内容包括但不限于钻孔取土室内试验、静力触探试验、十字板剪切试验；设计要求一般结合污泥处理工程目的和场地恢复使用要求，包括但不限于处理后污泥强度指标、稳定性控制要求以及污泥沉降量要求。

所述步骤十一，拟处理污泥体达到固结后，在密封膜上方铺设一层厚度为500mm的保护土层。

上述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法所采用的装置，由竖向排水板、水平排水层、滤水管网、密封沟、密封膜、抽真空设备组成，所述水平排水层设置在拟处理污泥体上表面，所述竖向排水板依次穿水平排水层、工作垫层和拟处理污泥体，且其底端不触及拟处理污泥体底面，其顶端露出水平排水层并弯折压入水平排水层内，所述密封沟分布在水平排水层周边及其内部且所有的密封沟彼此连通，所述滤水管网由干滤管和支滤管组成，设置在水平排水层中，所述支滤管横亘在两根干滤管之间且与干滤管连通，所述密封膜铺设在水平排水层顶面，且边角压入密封沟中，所述抽真空设备与干滤管连通。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明所述方法简称为VIC（真空Vacuum，原位In situ，固结Consolidation）法，通过设置工作垫层对污泥面可进行有效覆盖，改善周边空气质量和作业环境；同时，具有一定厚度、设置多层土工编织材料的工作垫层也相当于一块整体性较好的加筋柔性板，对上部继续堆填垃圾、以及场地整体稳定起到重要作用；另外，真空预压技术是利用抽真空而产生的负压荷载施加于污泥体，污泥体随压力差的增加和预压时间的延续，孔隙中的水和气被不断排出，并发生内敛式的压缩固结，从而使污泥强度增加，压缩性减小。由于其内敛收缩变形特性，可以有效加快施工进度，提前进行一定数量的垃圾堆载作业而不产生滑移稳定危险。而堆载垃圾又相当于施加在污泥体上的外部附加荷载，势必进一步加速污泥体的排水固结，促进污泥体强度的增长，因此，本发明的实施与垃圾填埋场的垃圾堆载作业可相互促进、相得益彰。

本发明与岩土工程中真空预压处理软土地基的方法相比存在以下区别：首先目标不同，岩土工程中应用真空预压方法处理软土地基，目的是在一定时段内最大限度地加速和完成软土地基的主固结沉降，减少工后沉降量，以满足进行基本建设的地基承载力和变形要求；而本发明利用真空预压方式对城市生活污泥进行原位排水固结，促其强度提高，变形减小，是为了恢复污泥场地使用，满足其上继续堆填垃圾，恢复堆场库容的需要。其次，处理效果判断标准不一样，岩土工程中真空预压处理软土地基设计衡量指标一般为软土固结度以及沉降变形是否趋于稳定标准；而本发明是用真空预压方式处理城市生活污泥，结合其处理目的，在使污泥就地排水固结、体积压缩、强度有所提高的前提下，效果判断标准是这片经工作垫层有效覆盖的污泥场地的重新使用安全，以及在其上继续堆填垃圾的稳定安全性是否满足要求。

本发明相比于环境工程中常用的搅拌固化法具有诸多优点：一、本发明是污泥原位固结处理方式，避免了搅拌固化法对大面积污泥较难甚至无法取料的缺点；二、本发明处理污泥过程中不用任何化工材料或药剂，而是采用最为环保的污泥原位排水固结方式使其强度增长，避免了污泥土体的二次污染；三、本发明原位处理施工场地要求小，更为环保，避免了二次转运、再次填埋等二次环境污染问题；四、处理费用更有经济，一般可降低造价1/3左右；五、社会效益高，处理过程中即可开始垃圾堆填，缓解城市生活垃圾排放困难。

本发明可广泛应用于垃圾填埋场污泥原位处理。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明真空原位固结处理污泥方法形成的结构层序立体剖面。

图2是抽真空体系装置平面设置示意图。

图3是竖向排水板平面布置示意图。

图4是主滤管和支滤管上所开滤水孔详图。

附图标记：1－拟处理污泥体、2－工作垫层、3－水平排水层、4－竖向排水板、5－密封沟、6－密封膜、7－保护土层、8－生活垃圾、9－干滤管、10－支滤管、11－抽真空设备、12－滤水孔。

具体实施方式　  

一种大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一、在拟处理污泥体1的顶面进行工作垫层2施工；所述工作垫层2自下而上的结构层序依次为：1层毛竹网片＋ 1层有纺编制布＋ 5层荆芭＋ 1层长丝无纺土工布＋风化料层，所述毛竹的直径40mm～80mm，纵横间距0.8m，所述风化料层分为上下两层，总厚度1.0m～1.6m，中间铺设1层有纺编制布，所述工作垫层2的总厚度为1.0m～1.6m。

步骤二、在工作垫层2的顶面铺设水平排水层3；水平排水层3自下而上由长丝无纺土工布和中粗砂层叠合而成，其中，中粗砂层的厚度为0.5m～0.8m，中粗砂含泥量不大于5%，渗透系数应大于1×10^-2cm/s。

步骤三、垂直于水平排水层3向拟处理污泥体1内插竖向排水板4其底端不探及拟处理污泥体1的底面，其上端露出水平排水层3上表面；竖向排水板4为塑料排水板，型号为C型板或D型板，它在平面上呈并列均匀布置，任意相邻竖向排水板4之间的间距d为0.6m～0.8m，其距离拟处理污泥体1的底面0.5m，其上端高出水平排水层30cm。塑料排水板宜采用人工或轻型插板机施工，参见图3。

步骤四、在水平排水层3上布设由干滤管9和支滤管10组成水平滤水管网；所述干滤管9和支滤管10为 PVC管或塑料软管，其中，所述干滤管9的间距为15m，所述支滤管10的间距为3m；所述干滤管9和支滤管10的管壁上均开有滤水孔12，并采用渗透系数不低于塑料排水板的土工滤膜包裹，所述滤水孔12在管壁上错列均匀布置，其孔径R为6mm，孔距s为20mm。土工滤膜采用杜邦专用无纺布滤膜为宜，参见图4。

步骤五、以2～3万平米为一抽真空分区，将拟拟处理污泥体1划分为若干个抽真空分区；

步骤六、沿每个抽真空分区的周边设置一圈密封沟5，并使所有密封沟5彼此连通；密封沟5沿抽真空分区周边布置，密封沟5开挖必须符合盖膜闭气要求，密封沟深度≥1.5米，底部应进入拟处理污泥体1不小于0.5m。

步骤七、将露出水平排水层3的竖向排水板4部分沿水平方向压折并埋入水平排水层3中；

步骤八、在水平排水层3上覆盖密封膜6并铺至密封沟5时，将密封膜6的边缘沿密封沟5插入土中，以确保密封膜6周围的密封，安装真空预压出膜装置、组装抽真空设备11；所述密封膜6由3层PVC真空膜和位于PVC真空膜上下表面的的长丝无纺土工布保护层贴合而成。

步骤九、启动抽真空设备11，进行抽真空作业；所述抽真空设备11由离心泵和射流箱组成，离心泵采用卧式或潜水式，扬程达到32m以上，空载时的真空度达到730mmHg以上。为保证真空度的稳定，可设置电器自动控制装置，用以控制间歇抽气。每套抽真空设备设计承担的面积500m²～700 m²，现场可根据实际情况进行适当调整需预留一定数量的出膜口。抽真空恒载80kPa时间不小于180天，具体根据设计要求确定。

步骤十、监测和检测拟处理污泥体1，判断污泥固结状况是否满足设计要求；所述监测内容包括但不限于地表沉降观测、土体水平位移观测、孔隙水压力测试、分层沉降测试以及真空度观测；检测内容包括但不限于钻孔取土室内试验、静力触探试验、十字板剪切试验；设计要求一般结合污泥处理工程目的和场地恢复使用要求，包括但不限于处理后污泥强度指标、稳定性控制要求以及污泥沉降量要求。

步骤十一、如果尚未达到，可继续步骤九一段时间后，再进行步骤十直至污泥处理指标达到设计要求。拟处理污泥体1达到固结后，可以在密封膜6上方铺设一层厚度为500mm的保护土层7以便继续进行生活垃圾8的填埋。也可重复步骤二～步骤十，则处理效果更佳。

上述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法所采用的装置，参见图1和图2，其特征在于：由竖向排水板4、水平排水层3、滤水管网、密封沟5、密封膜6、抽真空设备11组成，所述水平排水层3设置在拟处理污泥体1上表面，所述竖向排水板4依次穿水平排水层3、工作垫层2和拟处理污泥体1，且其底端不触及拟处理污泥体1底面，其顶端露出水平排水层3并弯折压入水平排水层3内，所述密封沟5分布在水平排水层3周边及其内部且所有的密封沟5彼此连通，所述滤水管网由干滤管9和支滤管10组成，设置在水平排水层3上，所述支滤管10横亘在两根干滤管9之间且与干滤管9连通，所述密封膜6铺设在水平排水层3顶面，且边角压入密封沟5中，所述抽真空设备11与干滤管9连通。

Claims (8)

1.一种大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一、在拟处理污泥体（1）的顶面进行工作垫层（2）施工；

步骤二、在工作垫层（2）的顶面铺设水平排水层（3）；

步骤三、垂直于水平排水层（3）向拟处理污泥体（1）内插竖向排水板（4）其底端不探及拟处理污泥体（1）的底面，其上端露出水平排水层（3）上表面；

步骤四、在水平排水层（3）上布设由干滤管（9）和支滤管（10）组成水平滤水管网；

步骤五、以2～3万平米为一抽真空分区，将拟处理污泥体（1）划分为若干个抽真空分区；

步骤六、沿每个抽真空分区的周边设置一圈密封沟（5），并使所有密封沟（5）彼此连通；

步骤七、将露出水平排水层（3）的竖向排水板（4）部分沿水平方向压折并埋入水平排水层（3）中；

步骤八、在水平排水层（3）上覆盖密封膜（6）并铺至密封沟（5）时，将密封膜（6）的边缘沿密封沟（5）插入土中，以确保密封膜（6）周围的密封，安装真空预压出膜装置、组装抽真空设备（11）；

步骤九、启动抽真空设备（11），进行抽真空作业；

步骤十、监测和检测拟处理污泥体（1），判断污泥固结状况是否满足设计要求；

步骤十一、如果尚未达到，继续步骤九一段时间后，再进行步骤十直至污泥处理指标达到设计要求；

所述步骤一，工作垫层（2）自下而上的结构层序依次为：1层毛竹网片＋ 1层有纺编制布＋ 5层荆芭＋ 1层长丝无纺土工布＋风化料层，所述风化料层分为上下两层，中间铺设1层有纺编制布，所述工作垫层（2）的总厚度为1.0m～1.6m；

所述步骤十一，拟处理污泥体（1）达到固结后，在密封膜（6）上方铺设一层厚度为500mm的保护土层（7）。

2.根据权利要求1所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：所述步骤二，水平排水层（3）自下而上由长丝无纺土工布和中粗砂层叠合而成，其中，中粗砂层的厚度为0.5m～0.8m，中粗砂含泥量不大于5%，渗透系数应大于1×10^-2cm/s。

3.根据权利要求1所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：所述步骤三中，竖向排水板（4）为C型板或D型板，它在平面上呈并列均匀布置，任意相邻竖向排水板（4）之间的间距d为0.6m～0.8m，其距离拟处理污泥体（1）的底面0.5m，其上端高出水平排水层（3）的上表面0.3m。

4.根据权利要求1所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：所述步骤四中，干滤管（9）和支滤管（10）为塑料软管，其中，所述干滤管（9）的间距为15m，所述支滤管（10）的间距为3m；所述干滤管（9）和支滤管（10）的管壁上均开有滤水孔（12），并采用渗透系数不低于塑料排水板的土工滤膜包裹，所述滤水孔（12）在管壁上错列均匀布置，其孔径R为6mm，孔距s为20mm。

5.根据权利要求1所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：所述步骤六中，密封沟（5）沿抽真空分区周边布置，密封沟（5）开挖必须符合盖膜闭气要求，密封沟深度≥1.5米，底部应进入拟处理污泥体（1）不小于0.5m。

6.根据权利要求1所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：所述步骤八中，密封膜（6）由3层PVC真空膜和位于PVC真空膜上下表面的的长丝无纺土工布保护层贴合而成。

7.根据权利要求1所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法，其特征在于：所述步骤十中，监测内容包括地表沉降观测、土体水平位移观测、孔隙水压力测试、分层沉降测试以及真空度观测；检测内容包括钻孔取土室内试验、静力触探试验、十字板剪切试验；设计要求一般结合污泥处理工程目的和场地恢复使用要求，包括处理后污泥强度指标、稳定性控制要求以及污泥沉降量要求。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的大面积城市生活污泥真空原位固结处理方法所采用的装置，其特征在于：由竖向排水板（4）、水平排水层（3）、滤水管网、密封沟（5）、密封膜（6）、抽真空设备（11）组成，所述水平排水层（3）设置在拟处理污泥体（1）上表面，所述竖向排水板（4）依次穿水平排水层（3）、工作垫层（2）和拟处理污泥体（1），且其底端不触及拟处理污泥体（1）底面，其顶端露出水平排水层（3）并弯折压入水平排水层（3）内，所述密封沟（5）分布在水平排水层（3）周边及其内部且所有的密封沟（5）彼此连通，所述滤水管网由干滤管（9）和支滤管（10）组成，设置在水平排水层（3）中，所述支滤管（10）横亘在两根干滤管（9）之间且与干滤管（9）连通，所述密封膜（6）铺设在水平排水层（3）顶面，且边角压入密封沟（5）中，所述抽真空设备（11）与干滤管（9）连通。