CN103435245B - 填埋库污泥原位化学调理和真空预压减量方法及调理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种填埋库污泥原位化学调理及真空预压减量方法及调理装置。先向污泥填埋库市政污泥中添加Fe³⁺调理剂以改善市政污泥的排水固结特性；再在污泥填埋库表面铺设密封膜，连接真空泵，施加负压对调理后的污泥进行排水固结。该装置在溶药箱底部经流量泵与橡胶管相连，在橡胶管上等间隔设有出液口，在每个出液口处分别安装开孔套管，每个开孔套管上分别连接结构相同的塑料排水板部件。在污泥库表面从下至上依次铺编织土工布和开有多行多列孔的高强泡沫板，塑料排水板经各自高强泡沫板孔穿过编织土工布插入到污泥填埋库底部。本发明对填埋库污泥实施原位减量处理，无须新增挖掘和运输等工序，避免了二次污染，同时减少了费用。

Description

填埋库污泥原位化学调理和真空预压减量方法及调理装置

技术领域

本发明涉及固体废物的处理技术，尤其是涉及一种填埋库污泥原位化学调理及真空预压减量方法及调理装置。

背景技术

污泥是市政污水处理过程中产生的固体沉淀物质。污泥在污水处理厂中经浓缩、消化、机械脱水后，其湿基含水率一般在80%-85%。近年来，随着我国社会经济的发展，污泥产量逐年提高。据中国环境年鉴报道，2012年我国城市污水处理厂产生的脱水污泥高达2200万吨，且仍以每年10%的速度增长。目前主要的污泥处置方法有填埋、堆肥、焚烧。由于我国机械脱水污泥的含水率较高，堆肥和焚烧因运行成本太高而难以推广使用。

污泥的卫生填埋是将污水厂外运污泥直接倾倒于开挖的污泥填埋库中。它具有投资少，运行费用低等特点，是我国目前以及今后一段时间内污泥的主要处置方式。当前，在我国各大中城市周边均存在大小、深度不同的污泥填埋库，如较早开展污泥填埋的上海老港有120个污泥填埋库。

长期的开放式填埋导致雨水入渗进一步提高了污泥含水率，以致污泥填埋库内污泥呈流态状、抗剪强度极低，具有较强的安全隐患。据调查，中国已有不少污泥库曾引发了人员及设备陷入污泥库、污泥外涌等事故。同时我国许多城市填埋库中污泥每年填埋量高达数十万吨，开始面临无地可填的困境。因此对填埋库污泥进行原位减量处置，不仅可以消除污泥库的安全隐患，同时可以提高填埋空间的使用效率。

国内外学者提出了污泥的原位固化技术，即在污泥颗粒中掺入惰性骨架基材和胶结材料，通过发生一系列物理、化学反应后形成具有一定强度的固化体。但由于污泥的初始含水率高、无机颗粒少，需添加大量无机颗粒及固化剂，因此固化技术处理填埋库污泥时面临着增容比大、成本高等问题。

国内学者提出了真空预压技术或改进真空预压技术，已被用于加固处理软土、淤泥、吹填泥等超软弱地基。但由于污泥的固结系数(10^-5cm²/s~10^-6cm²/s)比软土、淤泥(10^-4cm²/s)低1-2个数量级，运用传统真空预压技术直接处理污泥，并不能达到很好的排水减量效果。上述不足使得传统真空预压技术难以运用于填埋库污泥的处置。

国内学者和公司开发的污泥二次脱水或深度脱水技术，主要用于污水处理厂中处理脱水污泥，但其处理量少，效率低。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种填埋库污泥原位化学调理及真空预压减量方法及调理装置。

本发明采用的技术方案是：

一、一种填埋库污泥原位化学调理及真空预压减量方法：

步骤1）化学调理：向污泥填埋库污泥中添加Fe³⁺调理剂以改善污泥的排水固结特性，添加Fe³⁺调理剂后的污泥静置3~5天； 

步骤2）真空预压：在污泥填埋库污泥表面铺设密封膜，连接真空泵，施加负压对调理后的污泥进行排水固结，当排水板间距为0.4m ~0.6m时，真空预压处理时间为60天~90天。

所述的Fe³⁺调理剂添加量为污泥重量的0.5%~5%，并配置成浓度为200g/L~400g/L的水溶液。

所述的Fe³⁺调理剂为FeCl₃或Fe₂(SO₄)₃。

所述的真空预压施加的负压为60kPa～80 kPa。

二、一种污泥填埋库污泥原位化学调理装置：

溶药箱底部经流量泵与橡胶管的一端相连，橡胶管的另一端每隔0.4m~0.6m设有一个出液口，在每个出液口处分别安装开孔套管；在污泥填埋库表面从下至上依次铺编织土工布和开有多行多列孔的高强泡沫板，每个开孔套管上分别连接结构相同的塑料排水板部件；每个塑料排水板部件均包括：塑料排水板，手型接头，连接管和不锈钢卡箍；连接管的一端与手型接头的管口连接，手型接头的槽体与塑料排水板连接，连接管、手型接头和塑料排水板组合体经高强泡沫板各孔穿过编织土工布插入到污泥填埋库底部；连接管的另一端穿过高强泡沫板和垫板后与开孔套管的管口连接，连接管外套入一个紧固件（11），紧固件旋入垫板内槽螺纹中，垫板压入高强泡沫板的孔中。

本发明具有的有益效果是：

1）通过向污泥填埋库污泥中添加Fe³⁺调理剂，提高了污泥的固结系数。当排水板间距为0.4m~0.6m时，真空预压处理时间为60天~90天。

2）可大幅对污泥库污泥实施减量，处理后污泥的含水率从80%~90%降低至60%~75%，污泥总体积减少50%~60%；

3）一次性处理量大：可同时在原位处理填埋量达几十万立方米的污泥；

4）减量后污泥的不排水抗剪强度提高至5~10kPa，为后期其它处理作业提供了强度；

5）对填埋库污泥实施原位处理，无须新增挖掘和运输等工序，避免了二次污染，同时减少了费用。

附图说明

图1是本发明的填埋库污泥原位调理装置结构示意图。

图2是本发明的填埋库污泥真空预压结构示意图。

图3是塑料排水板的平面布置示意图。

图4是塑料排水板部件与开孔套管连接示意图。

图5是塑料排水板与排水支管连接示意图。

图6是排水支管与排水主管连接示意图。

图中：1、溶药箱，2、流量泵，3、橡胶管，4、开孔套管，5、连接管，6、垫板，7、高强泡沫板，8、手型接头，9、塑料排水板，10、编织土工布，11、紧固件，12、不锈钢卡箍，13、螺栓，14 三通接头，15 四通接头，16、真空泵，17、真空表，18、阀门，19、排水主管，20、密封系统，21、排水支管，22、污泥填埋库。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1、图3、图4所示，本发明溶药箱1底部经流量泵2与橡胶管3的一端相连，橡胶管3的另一端每隔0.4m~0.6m设有一个出液口，在每个出液口处分别安装开孔套管4。在污泥填埋库22表面从下至上依次铺编织土工布10和开有多行多列孔的高强泡沫板7，每个开孔套管4上分别连接结构相同的塑料排水板部件；每个塑料排水板部件均包括：塑料排水板9，手型接头8，连接管5和不锈钢卡箍12。连接管5的一端与手型接头8的管口连接，手型接头8的槽体与塑料排水板9连接，连接管5、手型接头8和塑料排水板9组合体经高强泡沫板7各孔穿过编织土工布10插入到污泥填埋库底部。连接管5的另一端穿过高强泡沫板7和垫板6后与开孔套管4的管口连接，连接管5外套入一个紧固件11，紧固件11旋入垫板6内槽螺纹中，垫板6压入高强泡沫板7的孔中。

具体操作方法：

首先在污泥填埋库22表面铺设编织土工布10。根据污泥填埋库22的形状和大小，采用便携式缝纫机对编织土工布10进行缝合拼接。然后将编织土工布10从污泥填埋库的一角拉到另外一角。在污泥填埋库22四周分段加设铁栏杆，编织土工布10在污泥填埋库22表面摊开后，其周边通过铁丝绑扎在铁栏杆上。绑扎后的编织土工布10在污泥填埋库22表面形成了一个能承受一定拉力的柔性覆盖。

从污泥填埋库22的一角开始，将带预留孔的高强泡沫板7铺设在编织土工布10上。高强泡沫板7的预留孔洞直径为18cm，孔洞间距根据塑料排水板9的间距确定，一般为0.4 m ~0.6m。高强泡沫板7沿污泥填埋库22纵向和横向同时铺设，其长边和短边分别采用扎带与相邻泡沫板进行连接以增强其整体性。连接后的高强泡沫板7和编织土工布10共同形成一个工作平台。由于污泥具有一定的粘滞性，人员在泡沫板上行走和施工非常平稳。

用刀口划开泡沫板底部的编织土工布10，直接在高强泡沫板7的预留孔中通过人工插设塑料排水板9（该板为标准件，可从市面购买）。插塑料排水板9之前，预先在该排水板一端安装手型接头8（为标准件，可从市面购买）和连接管5。插设塑料排水板9时，将该排水板另一端弯折20cm，并用尼龙绳绑扎，随后用0.7mm壁厚的不锈钢管戳住绑扎接头处，迅速将塑料排水板9插至污泥填埋库底。塑料排水板9是添加调理剂的通道，如图3所示，其在污泥填埋库22平面上沿纵、横向交替布置，以保证药剂能更均匀地添加到填埋污泥中。

向污泥填埋库22污泥中添加Fe³⁺调理剂。装置由溶药箱1，流量泵2、橡胶管3、开孔套管4、连接管5、手型接头8和塑料排水板9组成。

填埋库污泥原位化学调理的步骤如下：

向污泥填埋库污泥中添加Fe³⁺调理剂以改善市政污泥的排水固结特性，添加Fe³⁺调理剂后的污泥静置3~5天； 

具体操作方法：

将Fe³⁺调理剂添加到溶药箱1中，加水配置成溶液后搅拌并混合均匀。橡胶管3一端与溶药箱1相连，另一端拉到污泥填埋库22高强泡沫板7上，实现药剂溶液的水平输送。橡胶管3按照一定距离安装开孔套管4，以便将药剂输送到竖直方向的塑料排水板9中。一根橡胶管3连接多根塑料排水板9，以提高添加Fe³⁺调理剂的效率。

如图4所示，采用连接管5将安装在橡胶管3上的开孔套管4与手型接头8的上端管口相连；开孔套管4管口和连接管5的连接段采用不锈钢卡箍12和螺栓13进行紧固；手型接头8的上端管口和连接管5的连接段采用液体生料带增强密封。垫板6为中间开孔的聚丙烯板，其内孔径比连接管5大，外径与高强泡沫板7孔洞直径相当。将垫板6沿着连接管5慢慢压入高强泡沫板孔洞中，其底部与高强泡沫板7底平齐。随后通过紧固件11将连接管5固定在垫板6上端，以减少添加调理剂过程中的位移。

通过流量泵2控制添加药剂的压力或流量，其流量可调节为0.1L/h~50L/h，其压力可调节为10kPa~500kPa。刚开始施加较小压力，调理剂溶液从溶药箱1经橡胶管3流入到塑料排水板9芯板中，待基本稳定后，增大泵压，调理剂溶液经塑料排水板9滤膜水平喷射到污泥处理单元中。计量泵的压力或流量可以根据污泥填埋库22的深度、污泥的含水率而调整。 

某区域污泥中调理剂添加结束后，拆卸连接管5外的不锈钢卡箍12和螺栓13，从连接管5中拔出开孔套管4，移动橡胶管3到下一个区域，重复上述连接、添加调理剂步骤。在平面上，污泥填埋库22中调理剂首先在中间一行添加后，然后依次向所有前行或所有后行添加。调理剂添加工序结束后，污泥静置3~5天，保证Fe³⁺调理剂在浓度梯度下进一步扩散，并与污泥发生反应。

污泥填埋库污泥原位真空预压减量方法的步骤如下：

在污泥填埋库市政污泥表面铺设密封膜，连接真空泵，施加负压对调理后的污泥进行排水固结，当排水板间距为0.4~0.6m时，真空预压处理时间为60天~90天。

具体操作方法：

拆卸图1中连接管5外的不锈钢卡箍12和螺栓13，从连接管5中拔出开孔套管4，将橡胶管3拉到污泥填埋库22外。在高强泡沫板7每一行孔上沿横向分别铺设排水支管21，沿纵向每隔30m铺设一根排水主管19。如图2所示，连接塑料排水板9和排水支管21、排水主管19；安装真空泵16、真空表17、和阀门18，连接排水主管19和真空泵16。在高强泡沫板7表面依次铺设二层无纺土工布和二层密封膜，组成密封系统20。在污泥填埋库22四周将密封膜埋入污泥层中进行密封。

如图5所示，所有塑料排水板部件中的连接管5分别通过三通接头14与排水支管21进行连接。如图6所示，排水支管21通过四通接头15与排水主管19进行连接。排水支管21和排水主管19均采用波纹管，波纹管既具有刚性，又具有一定的柔性，可以适应污泥表层的不均匀变形。密封膜下铺设无纺土工布主要是避免密封膜直接承受拉力，防止密封膜在泡沫板边界处被拉裂。

试抽真空，检查密封系统是否漏气。由于污泥具有一定的流动性，真空预压初期，慢慢增大真空泵16的开泵量，膜下真空度缓慢提高，10天后膜下真空度提高至60kPa~80kPa。现场监测膜下真空度和表面沉降与时间的关系，待污泥减量达到要求后，卸除真空荷载。

本发明中的带高强泡沫板7可根据幅面大小和预留孔的位置直接从工厂定制并运送至污泥填埋库22。溶药箱1、流量泵2、橡胶管3、开孔套管4组成的药剂投加系统，目前有企业可提供相应或类似功能的产品，可根据处理要求定制相应规格和尺寸。

Claims (1)

1.一种填埋库污泥原位化学调理及真空预压减量方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

步骤1）化学调理：向污泥填埋库污泥中添加Fe³⁺调理剂以改善污泥的排水固结特性，添加Fe³⁺调理剂后的污泥静置3~5天； 

步骤2）真空预压：在污泥填埋库污泥表面铺设密封膜，连接真空泵，施加负压对调理后的污泥进行排水固结，当排水板间距为0.4m ~0.6m时，真空预压处理时间为60天~90天；

所述的Fe³⁺调理剂添加量为污泥重量的0.5%~5%，并配置成浓度为200g/L~400g/L的水溶液，

所述的Fe³⁺调理剂为FeCl₃或Fe₂(SO₄)₃；

所述的真空预压施加的负压为60kPa～80 kPa；

其中填埋库污泥原位化学调理采用的装置为：溶药箱（1）底部经流量泵（2）与橡胶管（3）的一端相连，橡胶管（3）的另一端每隔0.4m~0.6m设有一个出液口，在每个出液口处分别安装开孔套管（4）；在污泥填埋库（22）表面从下至上依次铺编织土工布（10）和开有多行多列孔的高强泡沫板（7），每个开孔套管（4）上分别连接结构相同的塑料排水板部件；每个塑料排水板部件均包括：塑料排水板（9），手型接头（8），连接管（5）和不锈钢卡箍（12）；连接管（5）的一端与手型接头（8）的管口连接，手型接头（8）的槽体与塑料排水板（9）连接，连接管（5）、手型接头（8）和塑料排水板（9）组合体经高强泡沫板（7）各孔穿过编织土工布（10）插入到污泥填埋库（22）底部；连接管（5）的另一端穿过高强泡沫板（7）和垫板（6）后与开孔套管（4）的管口连接，连接管（5）外套入一个紧固件（11），紧固件（11）旋入垫板（6）内槽螺纹中，垫板（6）压入高强泡沫板（7）的孔中。