CN103232149A - 一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，包括输入单元、格栅单元、正压抽滤排水单元、溢流泥浆沉淀单元、余水净化单元及余水排放单元，上述各个单元依次连接；正压抽滤排水单元的底部平面为梯形设计，在正压抽滤排水单元的底部均排布有排水管路，该排水管路通过真空水泵与两侧的导水槽相连接，抽滤余水与导水槽相连进入余水排放单元。本系统结合疏浚工程实际情况和国内外疏浚堆场底泥的干化工艺，集底泥脱水、干化、泥沙分级、余水处理等一系列的功能于一体，具有处理规模大、环境污染小、工期短、经济效益高等特点，有效解决传统疏浚堆场的困境。

Description

一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统

技术领域

本发明属于河湖疏浚工程领域，涉及疏浚底泥堆场干化处理技术，尤其是一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统。

背景技术

当前，需要环保疏浚的湖泊往往位于城市的重点地区，湖泊周边可以用于疏浚工程的土地越来越少，导致疏浚后污染底泥堆场征地困难，大幅度增加了湖泊水环境的治理成本，几乎所有城市水体的环保疏浚项目都不同程度受到了堆场问题的困扰和制约，如何走出传统疏浚堆场所带来的困境，如何通过技术创新来减少堆场占地、缩短疏浚底泥干化时间，并通过底泥干化达到减量的目的，已经成为水环境治理领域亟待解决的技术难题。

底泥的疏浚绝大多数采用机械开挖和水力吹填方法施工，所形成的疏浚泥的工程特性很差，主要表现为黏粒含量高、含水率高、压缩性大、强度低、渗透性能差、排水固结缓慢，造成疏浚泥工程特性差的根本原因是含水率高。若能将疏浚泥中含水率降低，其压缩性将明显降低，同时强度将显著提高。因此，改善疏浚泥工程特性最有效的途径是“减水处理”。目前，我国进行的滇池、巢湖、太湖等大型湖泊的环保疏浚，底泥大多采用堆场存放，自然干化的方法。沉降性能差的底泥，存放一两年后，表面虽然干化，内部结构仍然呈现水性胶状，无法达到运输的要求，也无法开展有益利用，亟待开发适合我国内陆湖泊疏浚工程需求的疏浚底泥堆场快速脱水技术。

目前，国内外堆场疏浚底泥脱水干化技术是指采用自然风干、离心分离或外力挤压等方法将底泥孔隙中自由水和吸附水部分或全部脱离出来，使黏土颗粒黏结成密实状态。堆场底泥脱水干化技术主要包括自然风干脱水、堆载（真空）预压排水、土工管袋脱水固化、堆场主动排水，以及真空电渗降水及动力挤密脱水加固等，下面分别给予描述：

1、自然风干脱水就是将底泥摊铺开，通过蒸发、渗漓、自然晾晒和溢流等方式实现脱水。自然风干脱水需要征用晾晒场所，脱水速度较慢，且容易影响周围环境卫生，不适合大批量底泥的处理。

2、堆载预压排水固结法是岩土工程界常用的一种软土地基处理方法。该方法的工作原理是，首先向拟填筑场地吹填泥水混合物，泥粒在自重作用下沉积形成软弱的底泥地基。然后，在底泥地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水体，并在顶面设置水平砂垫层。最后，在场地进行填土堆载预压，使底泥中的孔隙水通过人为设置的竖向排水体排出，底泥地基逐渐发生固结沉降，同时强度逐步提高，地基承载力最后达到设计要求。若采用真空预压法或低位真空预压法，其预压时间还可以减少，其中低位真空预压法有别于传统的真空预压法，就是利用吹填泥浆取代塑料膜作为真空系统密封层，并将其水平真空管网布置在吹填底泥下部，这种真空预压法具有施工简便、工期合理(一个干化周期通常需要90天左右)、固结效果好、环保等特点，是一种较好的加固结高软土堤防的方法。堆载预压排水固结法适合于大面积吹填底泥场地的处理，往往结合围垦造地工程使用。

3、堆场主动排水是一种经济有效的污泥干化方法，堆场主动排水主要包括表面开沟、埋设暗管等，该法既充分利用蒸发、渗滤等自然干化的主要途径，又采取了必要的人工措施，强化、加速这一自然过程，简单易行，成本低兼，适宜于大面积实施。常规的堆场主动排水法，存在着工期较长以及处理的底泥减量不足等缺点。

4、真空电渗降水及动力挤密脱水加固技术是在严峻的生态环境下应运而生的一种底泥干化处理技术，可将底泥快速、清洁、廉价、高效地转化为可用土资源。目前，国外对底泥的脱水加固通常采用外掺剂法，以轻量土为代表，其具有密度小、强度高等优点，但其工程造价很高、施工周期较长、易受天气状况影响，采用外掺剂时在搅拌过程中容易离析，并且与水泥浆体界面黏结力差。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计科学合理、高效节能、处理量大、环境污染小、脱水效率高，便于清理、循环使用的环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统。

本发明实现目的的技术方案是：

一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，包括输入单元、格栅单元、正压抽滤排水单元、溢流泥浆沉淀单元、余水净化单元及余水排放单元，上述各个单元依次连接，在正压抽滤排水单元的底部均排布有排水管路，该排水管路通过真空水泵与两侧的导水槽相连接，抽滤余水与导水槽相连进入余水排放单元。

而且，所述输入单元由输入管路、紊流扰动管路及加药单元构成，输入管路输送高含水率疏浚泥浆至紊流扰动管路，在紊流扰动管路上安装有加药单元。

而且，所述正压抽滤排水单元的底部平面为梯形设计，正压抽滤排水单元由依次连接的一级抽滤单元、二级抽滤单元及三级抽滤单元构成，一级抽滤单元与二级抽滤单元之间泥浆进口处设置溢流堰在一级抽滤单元上还安装有防扰动水泥挡板，三级抽滤单元也通过溢流堰与溢流泥浆沉淀单元连通。

而且，所述正压抽滤排水单元底部的排水管路布设方法是：一级抽滤单元间隔2m布设排水管，二级抽滤单元间隔1.5m布设排水管，三级抽滤单元前50m间隔1.5m布设排水管，中间30m间隔1.2m布设排水管，后20m间隔1m布设排水管，排水管路的上方布设导水带。

而且，所述溢流泥浆沉淀单元底部设计呈漏斗形，坡度为120度，溢流泥浆沉淀单元上安装有防扰动水泥挡板，溢流泥浆沉淀单元底部有输送沉降泥浆到正压抽滤排水单元的泵及管路，溢流泥浆沉淀单元与余水净化单元之间有水泥挡板，上清液经溢流口进入余水净化单元。

而且，所述余水净化单元内从下到上依次铺设砾石、粗砂、粉煤灰、土工布过滤层，底部开设排水口，余水经导水槽相连进入余水排放单元。

本发明的优点和积极效果是：

1、本系统将加药单元、栏栅单元、脱水单元、溢流泥浆沉淀单元、净水单元、余水排放单元有机的组成为一套连续的处理系统，兼具泥浆的粗处理、化学及物理处理泥浆的功能，能规模化处理泥浆，是一套大型化、循环使用的处理装置。

2、本系统可在40天内实现底泥快速干化，干化底泥含水率低于50%，体积可以压缩至原有的1/4~1/5，达到运输要求，大大缩短了疏浚堆场底泥干化时间，且可循环利用，不仅降低了工程成本，同时也克服了堆场底泥脱水占地面积大的不足。

3、本系统在对底泥脱水处理的同时，还可对余水进行净化处理，产生的余水可达标排放，余水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。

4、本系统结合疏浚工程实际情况和国内外疏浚堆场底泥的干化工艺，集底泥脱水、干化、泥沙分级、余水处理等一系列的功能于一体，具有处理规模大、环境污染小、工期短、经济效益高等特点，有效解决传统疏浚堆场的困境。

附图说明

图1为本发明原位快速脱水系统的结构示意图；

图2为图1的纵向截面结构示意图；

图3为图2的A部结构放大示意图；

图4为图2的B部结构放大示意图；

图5为图2的C部结构放大示意图；

图6为图2的溢流泥浆沉淀单元的截面放大示意图；

图7为图2的D部结构放大示意图；

图8为图2的导水带结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，包括输入单元、格栅单元4、正压抽滤排水单元、溢流泥浆沉淀单元11、余水净化单元12及余水排放单元13，上述各个单元依次连接。下面分别叙述各个单元的结构：

1、所述输入单元由输入管路1、紊流扰动管路2及加药单元3构成，输入管路输送高含水率疏浚泥浆至紊流扰动管路，在紊流扰动管路上安装有加药单元，使加药单元的药物和与疏浚泥浆在紊流扰动管路内充分混合，并通过具有过滤作用的格栅单元流向正压抽滤排水单元。

2、所述正压抽滤排水单元由依次连接的一级抽滤单元5、二级抽滤单元7及三级抽滤单元10构成，一级抽滤单元与二级抽滤单元之间泥浆进口处设置低于墙体高度0.5米的溢流堰17以去除漂浮杂物，在一级抽滤单元上还安装有防扰动水泥挡板16，参见图3；最尾端的三级抽滤单元也通过溢流堰18与溢流泥浆沉淀单元连通。

正压抽滤排水单元的底部平面为梯形设计，并具有一定坡度，其与地面的起点高度分别为2.5m、3.5m、4m，以促进泥浆快速沉降，有利于底泥快速脱水干化。在三级抽滤单元的底部均排布有排水管路6、粗砂、土工布，排水管路按照流量需求布设，一级抽滤单元间隔2m布设排水管，二级抽滤单元间隔1.5m布设排水管，三级抽滤单元前50m间隔1.5m布设排水管，中间30m间隔1.2m布设排水管，后20m间隔1m布设排水管。排水管路的上方布设导水带14，并且由钢丝绳固定；导水带的截面结构参见图8。

正压抽滤排水单元要具有消能功能，必须抗冲刷，因此采用钢筋混凝土结构；一级抽滤单元的抗冲刷要求最高，采用钢筋混凝土结构，设计混凝土结构壁厚30cm，强度标号C30，池壁和池底板要求双层双向配筋，同时具有消能、促沉的作用，绝大部分粒径在75μm以上泥沙颗粒一级抽滤单元中沉淀下来。二级抽滤单元为梯形结构，具有颗粒自动梯度沉降分级的作用，大部分粒径在40μm以上泥沙颗粒在二级抽滤单元中沉淀下来。

排水管路通过真空水泵8与两侧的导水槽9相连接，真空水泵按照底泥处理量设置，抽滤余水与导水槽相连进入余水排放单元。

3、所述溢流泥浆沉淀单元底部设计呈漏斗形，参见图6，坡度为120度，可促进泥沙快速沉降。溢流泥浆沉淀单元上安装有防扰动水泥挡板20；溢流泥浆沉淀单元底部有输送沉降泥浆19到正压抽滤排水单元的泵及管路15，溢流泥浆沉淀单元与余水净化单元之间有水泥挡板21，并且低于墙体高度0.5m，上清液经溢流口进入余水净化单元。

4、所述余水净化单元的结构参见图7，其内从下到上依次铺设多层过滤层22，包括砾石、粗砂、粉煤灰、土工布等过滤层，底部开设排水口，余水经导水槽相连进入余水排放单元。

5、所述余水排放单元底部依次从下到上铺设厚度为0.2m砾石层，0.15m粗砂层，0.05m粉煤灰层，各层之间铺设土工布铺衬，净化余水可达标排放。

本发明的工作原理是：

由输入管路输送的泥浆含水率大约85-95%左右，加药单元通过紊流管路线性加药，经过扰动紊流管路实现药物和泥浆在管路内充分混合；经过栏栅单元进行初步过滤和筛选，将大块的杂物先分离出来并处理；泥浆进入带有防扰动抗冲刷装置（即防扰动水泥挡板）的一级抽滤单元；随着泥浆的持续打入，注满一级抽滤单元，溢流泥浆通过溢流口注入二级抽滤单元和三级抽滤单元；随着泥浆的持续注入注满脱水池，泥浆自然沉降实现泥水分离，余水溢流至溢流泥浆沉淀池；沉降泥浆经抽滤单元中竖直排布的排水板和底部排布的排水管进行抽滤排水干化，排水板连接排水管，排水管连接真空水泵，真空水泵的出水管连接导水槽，抽滤的余水经导水槽进入余水排放单元。

溢流泥浆沉淀池的底部设计呈漏斗形，具有促沉作用，余水中的泥浆沉淀至底部，经泥浆泵送至一级抽滤单元继续进行脱水处理；余水继续通过溢流堰进入到净水池，净水池中铺设土工布、粉煤灰、粗砂、砾石等过滤层，可对余水进行过滤，过滤余水经导水槽进入余水排放单元。经一定时期的正压抽滤排水（约40天），当脱水池中的底泥含水率达到工程要求（通常低于50%），采用挖掘机作业挖出，外运或进行有益利用。

本发明设计的原位快速脱水系统可循环使用。

本实施例未详细叙述的部件为现有技术。

Claims (6)

1.一种环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，其特征在于：包括输入单元、格栅单元、正压抽滤排水单元、溢流泥浆沉淀单元、余水净化单元及余水排放单元，上述各个单元依次连接，在正压抽滤排水单元的底部均排布有排水管路，该排水管路通过真空水泵与两侧的导水槽相连接，抽滤余水与导水槽相连进入余水排放单元。

2.根据权利要求1所述的环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，其特征在于：所述输入单元由输入管路、紊流扰动管路及加药单元构成，输入管路输送高含水率疏浚泥浆至紊流扰动管路，在紊流扰动管路上安装有加药单元。

3.根据权利要求1所述的环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，其特征在于：所述正压抽滤排水单元的底部平面为梯形设计，正压抽滤排水单元由依次连接的一级抽滤单元、二级抽滤单元及三级抽滤单元构成，一级抽滤单元与二级抽滤单元之间泥浆进口处设置溢流堰在一级抽滤单元上还安装有防扰动水泥挡板，三级抽滤单元也通过溢流堰与溢流泥浆沉淀单元连通。

4.根据权利要求3所述的环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，其特征在于：所述正压抽滤排水单元底部的排水管路布设方法是：一级抽滤单元间隔2m布设排水管，二级抽滤单元间隔1.5m布设排水管，三级抽滤单元前50m间隔1.5m布设排水管，中间30m间隔1.2m布设排水管，后20m间隔1m布设排水管，排水管路的上方布设导水带。

5.根据权利要求1所述的环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，其特征在于：所述溢流泥浆沉淀单元底部设计呈漏斗形，坡度为120度，溢流泥浆沉淀单元上安装有防扰动水泥挡板，溢流泥浆沉淀单元底部有输送沉降泥浆到正压抽滤排水单元的泵及管路，溢流泥浆沉淀单元与余水净化单元之间有水泥挡板，上清液经溢流口进入余水净化单元。

6.根据权利要求1所述的环保疏浚堆场底泥原位快速脱水系统，其特征在于：所述余水净化单元内从下到上依次铺设砾石、粗砂、粉煤灰、土工布过滤层，底部开设排水口，余水经导水槽相连进入余水排放单元。

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