CN105645709A - 溶解气-药剂真空预压法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种溶解气-药剂真空预压法，其包括以下步骤：步骤一，现场采取工程废浆样品；步骤二，根据步骤一的分析结果确定化学药剂及溶解气等；步骤三，设计废浆沉淀池等；步骤四，将废浆经泵送管打入沉淀池中到一定高度；步骤五，将化学药剂等依次经泵送管打入沉淀池中；步骤六，将溶解气体通过加气装置及注气管送入废浆；步骤七，将加入化学药剂后的废浆混合物静置；步骤八，将横向排水管与竖向排水管布置在分离池中；步骤九，将沉淀物用泵抽送至已布置好真空网络排水系统的固液分离池；步骤十，完成布置后进行真空加载；步骤十一，停止真空加载；步骤十二，结束后拆除真空网络排水系统。本发明达到较为彻底的固液分离的目的。

Description

溶解气-药剂真空预压法

技术领域

本发明属于岩土工程及环境保护技术领域，具体涉及一种溶解气-药剂真空预压法。

背景技术

本课题组于2015年6月13日已经申请的“一种处理工程废弃泥浆的药剂真空预压法（申请号为2015103224456）”对于一般的工程废弃泥浆等来说，处理效果是非常明显的，但是对于有机质含量高、含盐量高的工程废弃浆，粘粒含量高的吹填淤泥，以及含有大量厌氧细菌、蛋白、多糖的超高含水量污泥来说，还存在如下不足：（1）在药剂真空预压抽真空中后期，由于孔隙比的降低，渗透系数也随之减小，抽水效率越来越慢，处理效率不算高；（2）对于较深厚的原位吹填淤泥或工程废浆来说，搅拌设备庞大，搅拌成本偏高，会影响其进一步的推广应用；（3）对含有大量厌氧细菌污泥来说，加入氧气会促使其分解、释放更多的吸附水，以达到脱水减量化的目的，但是单单污泥本身内部的氧气含量很低，无法满足污泥中菌群彻底分解的需求。这是目前药剂真空预压法所面临的几个难题。

为了解决目前药剂真空预压法处置废浆、吹填淤泥和污泥中所面临的三方面问题，一般有如下方法：对于问题（1），可以加大排水通道的布置密度、缩短排水路径的方法来解决，但这样会增加接近1倍的处置成本，在经济上是不可行的。对于问题（2），拟处理淤泥和废浆厚度越大，所需要投入设备的功率就越大，成本费用就越大，否则没办法全部搅拌均匀，影响后期处理效果，目前还没有更好的处理办法。对于问题（3），根据污泥菌群中细菌的类型，一般是加入铁盐、铝盐、钙盐等无机化学药剂进行调理，以加速细菌的分解，然后再采用压滤进行深度脱水，这种方法的效率比较低。

对于上述三个问题，如果在药剂真空预压法的基础上加入具有某些特性的气体则会取得意想不到的效果，其一加入空气后，空气中的氧气、二氧化碳会溶解在浆液中，并与浆液中的化合物发生化学反应，例如二氧化碳的溶解度约为1690mg/L（如果空气温度、压力增加的话，溶解度还会继续增加），大量的二氧化碳会与浆液中的氧化钙发生反应而生成方解石，方解石之间相互连接而形成具有一定强度的结构，可以增大浆液的渗透系数，促进排水。其二是气体溶解在浆液中会导致浆液体积增大，并变为非饱和状态，也可以增大其渗透系数。其三是在向浆液中连续不断的注入具有一定压力气体的过程中，气体会推动颗粒之间的液体向压力低的区域渗流，即起到增渗的作用。其四是采用空气作为介质添加有些粉状药剂到浆液中时，不会增加浆液的含水量，对于浆液的脱水是有利的。其五浆液中的化学反应一般都与温度有关，高温气体的加入，会加快反应进程，改良反应效果，从而起到催化剂的作用。其六是污泥中含有大量细菌，加入氯气等特殊气体可以起到杀菌的作用。其七是加入气体不会产生渗滤液，无需采取相关的渗漏保护措施。

出于以上考虑，本课题组在原药剂真空预压法的基础上，提出了溶解气-药剂真空预压法，该方法不仅能改善原药剂真空预压法的处理效果，而且拓宽了应用领域，可以用于特高含水率的城市生活污泥的深度脱水处理，不仅在岩土工程，而且在环境工程方面也有着极其广阔的应用前景及良好的社会效益。

发明内容

本发明的目的是针对目前“一种处理工程废弃泥浆的药剂真空预压法（申请号：2015103224456）”存在的不足，而提出一种溶解气-药剂真空预压法，其效率高，应用范围广，效果好，能处置废浆、吹填淤泥、污泥。

根据本发明的一个方面，提供步骤一，现场采取工程废浆样品，对其含水率、颗粒组成、矿物成分、PH值、比重特别物理、化学性质进行测定分析；

步骤二，根据步骤一的分析结果确定第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂、溶解气的添加量及其参数，第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂的掺入比分别约为0.01%～0.6%、0.05%～0.4%、0.001%～0.1%，溶解气的压力为0~0.6MPa，温度为0~60度；

步骤三，根据场地大小、人工、机械台班、待处理废浆量施工现场实际情况设计废浆沉淀池、真空固液分离池、泵送量；

步骤四，布置沉淀池、真空固液分离池，将低速搅拌机与泡沫板相连，将废浆经泵送管打入沉淀池中到一定高度；

步骤五，将第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂依次经泵送管打入沉淀池中，并用低速搅拌机进行搅拌，使废浆与添加剂充分混合均匀；

步骤六，将气体通过加气装置及注气管送入废浆，并溶解在其中，与第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂和废浆中的化合物发生化学反应；

步骤七，将加入化学药剂后的废浆混合物静置，每隔10~30min时间采用沉淀池中的沉淀物进行分析，当含水率、颗粒分布指标达到要求后排空上清液；

步骤八，在上述步骤五、步骤六进行的同时，在真空固液分离池中将横向排水管与竖向排水管分别按间距0.5~1.2m布置在分离池中；

步骤九，将沉淀物即待处理废浆用泵抽送至已布置好真空网络排水系统的固液分离池，泵送量根据设计要求而定；

步骤十，在沉淀物上按要求铺设土工布、密封膜，并将横向排水管、竖向排水管与排水总管相连，连接管与真空泵相连，完成布置后进行真空加载；

步骤十一，在真空预压过程中，按要求每间隔一定时间，取样分析沉淀物的性质，当达到要求的含水率和强度时，停止真空加载；

步骤十二，结束后拆除真空网络排水系统，并将真空固液分离池中的沉淀物用土方车运送至所需地点，完成处理。

优选地，所述溶解气作为携带药剂的介质气流与药剂同时加入并搅拌均匀。

优选地，所述溶解气溶于浆液中后，直接与已施加的药剂和胶体颗粒中的化学物质发生反应，使胶体颗粒释放更多的吸附水，或其施加顺序提前到药剂施加之前，或溶解气仅作为催化剂使用。

优选地，所述真空排水网络系统与药剂真空预压中的相同，真空排水网络系统包括真空泵、排水连接管、排水总管、横向排水管与竖向排水管，横向排水管与竖向排水管分别按照0.5～1.2m间距平行布置，二者组成空间网状结构分布于真空固液分离池中。

优选地，所述第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂与药剂真空预压中相同，第一化学药剂采用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硅酸铝、微生物絮凝剂，第二化学药剂采用粉煤灰、生石灰、熟石灰、硅藻土、珍珠岩，第三化学药剂采用石膏、氢氧化钠。

优选地，所述溶解气采用氮气、氧气、二氧化碳、氯气、氢气、二氧化硫和空气，各种溶解气的掺入比与各自的溶解度相关，并与第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂相互匹配使用。

优选地，所述溶解气在真空预压之前施加，或在真空预压过程中施加，或与药剂同时施加，或单独施加，取决于工程的需要。

本发明的溶解气-药剂真空预压法与之前申请的药剂真空预压法相比，主要体现在溶解气方面，具有如下优点：（1）普通药剂真空预压法是采用机械方式加药；本发明中所加药剂可以借用溶解气介质同时加入到浆液中，效率高、覆盖面广、深度大。（2）加入二氧化碳、氯气等溶解气可以参与到药剂与浆液中化合物的反应中，进一步增大骨架结构的强度，使之在后期真空预压过程中始终保持渗流通道的畅通，从而可以起到提高效率、增强效果的作用。（3）选择高压、高温气体可以促进药剂与胶体颗粒、土颗粒之间的化学反应，起到催化剂的作用，比普通药剂真空预压法的反应更为彻底。（4）在真空预压过程中，特别是浆液逐渐变为土体的后期，通过注入压力溶解性气体时会在土体中产生微裂隙，增大土体的渗透系数，从而提高土体的处理效果，而普通药剂真空预压则没有这方面的作用。（5）本发明为废弃泥浆找到一条有效、环保的处理途径，可大大减少排放对海洋环境与陆地环境造成的污染，为子孙后代存留更大的生存空间。（6）分离后的泥土具有较低的含水量和较高的强度，可以用作建筑材料的原料，对于工程废浆可用于制砖、制陶；对于深度脱水后的污泥可以用于制作陶粒；对于吹填淤泥可以用于回填建筑场地，补充土方的不足。（7）造地需要土方，处理后的泥浆需要去处，直接与围海造地联合，二者相互补充，可以将最终处理后的泥土回填到围圈区域；也可以将经过一定药剂处理的泥浆直接回填到圈围场地中，再进行真空预压处理，以达到变废为宝、节约工期和降低成本的目的。

附图说明

图1为溶解气-药剂真空预压法的工艺流程图。

图2为溶解气-药剂真空预压法的沉淀池纵剖面图。

图3为溶解气-药剂真空预压法的真空固液分离池纵剖面图。

图4为图3的真空固液分离池俯视图。

图中标号：1低速搅拌机，2泡沫板，3外加剂泵送管，4废浆泵送管，5原始废浆，6真空泵，7连接管，8总管，9横向排水管，10竖向排水管，11土工布，12真空膜，13沉淀物，14加气装置，15注气管，其中L1表示沉淀池宽度，H1表示沉淀池深度，L和B分别表示处理池长度和宽度，a表示排水管间距，H表示处理池深度，H/2表示一半深度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

本发明溶解气-药剂真空预压法包括以下步骤：

（1）现场采取工程废浆样品，对其含水率、颗粒组成、矿物成分、PH值、比重等特别物理、化学性质进行测定分析。

（2）根据步骤（1）的分析结果确定第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C、溶解气D的添加量及其参数，第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C的掺入比分别约为0.01%～0.6%、0.05%～0.4%、0.001%～0.1%，溶解气D的压力为0~0.6MPa，温度为0~60度。比如实施例一的第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C的掺入比分别约为0.3%、0.2%，0.05%。

（3）根据场地大小、人工、机械台班、待处理废浆量等施工现场实际情况设计废浆沉淀池、真空固液分离池、泵送量等，如图2~图4所示。

（4）布置沉淀池、真空固液分离池，将低速搅拌机1与泡沫板2相连，将废浆5经泵送管4打入沉淀池中到一定高度。

（5）将第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C依次经泵送管3打入沉淀池中，并用低速搅拌机1进行搅拌，使废浆与添加剂充分混合均匀。

（6）将气体通过加气装置14及注气管15送入废浆，并溶解在其中，与第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C和废浆中的化合物发生化学反应。

（7）将加入化学药剂后的废浆混合物静置，每隔10~30min时间采用沉淀池中的沉淀物进行分析，当含水率、颗粒分布等指标达到要求后排空上清液。

（8）在上述步骤（5）、步骤（6）进行的同时，在真空固液分离池中将横向排水管9与竖向排水管10分别按间距0.5~1.2m布置在分离池中，如图3、图4所示。

（9）将沉淀物即待处理废浆13用泵抽送至已布置好真空网络排水系统的固液分离池，泵送量根据设计要求而定。

（10）在沉淀物上按要求铺设土工布11、密封膜12等，并将排水管（包括横向排水管9和竖向排水管10）与排水总管8相连，连接管7与真空泵6相连，完成布置后进行真空加载。

（11）在真空预压过程中，按要求每间隔一定时间，取样分析沉淀物的性质，当达到要求的含水率和强度时，停止真空加载。

（12）结束后拆除真空网络排水系统，并将真空固液分离池中的沉淀物用土方车运送至所需地点，完成处理。

实施步骤还可以是：将上述实施步骤中的步骤（5）与步骤（6）合并为：将气体作为第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C的携带介质，通过加气装置14及注气管15把第一化学药剂A、第二化学药剂B、注入到废浆中，这种情况下应选择不与药剂发生化学反应的惰性气体。

以后的步骤与同上述中的步骤（7）至步骤（12）。

实施步骤还可以是：将上述实施步骤中的步骤（6）中注气管的设置移到步骤（9）与步骤（10）之间，加气的步骤放在真空预压过程中，根据需要间隔施加或连续施加。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C的掺入比分别约为0.01%、0.05%，0.001%。

实施例三

实施例三与实施例一基本相同，不同之处在于，第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C的掺入比分别约为0.6%、0.4%，0.1%。

以上施工流程为溶解气—药剂真空预压法固液分离的常规程序，当溶解性气体作为携带介质时，具体实施步骤中的步骤三和步骤四可以合并为：通过气体按照已经确定好的参数将第一化学药剂A、第二化学药剂B、第三化学药剂C注入废浆中。当需要在真空预压过程中加入溶解性气体时，可以将步骤四移到步骤八之后，在真空预压过程中根据需要连续或者间断注入溶解气。

具体实施时，关于溶解性体类型、压力、温度；排水网络系统中排水管的间距和长度；滤管、主管间距以及放置形式等都需要经过计算，同时结合工程实践经验来确定。其中，排水总管8可采用PVC管、钢管、波纹管等滤水管；横向排水管9与竖向排水管10可采用软质或硬质PVC管、波纹滤管、塑料排水板等排水通道；第一药剂A采用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硅酸铝、微生物絮凝剂等，第二药剂B采用粉煤灰、生石灰、熟石灰、硅藻土、珍珠岩等，第三药剂C采用石膏、氢氧化钠等；溶解性气体可以采用氮气、氧气、二氧化碳、氯气、氢气、二氧化硫和空气等；软式透水管外包滤膜，各排水主管汇合到排水连接管7，并与所述真空泵6相连接。

本发明中，所述第一化学药剂A用于吸附、网捕、电中和，以及增大土颗粒粒径等，所述第二化学药剂B起到增强第一化学药剂A效果的作用，所述第三化学药剂C在真空预压过程中用于助滤、提高效率，所述溶解气D在泥浆处理过程中起到加强物理化学作用、催化反应和携带化学药剂的作用。

溶解气-药剂真空预压法是将能溶解于浆液的气体与药剂真空预压法相结合提出来的一种新方法，是对药剂真空预压法的一个重要改进，其中溶解气可以直接参与物理化学反应，也可以作为催化剂，或作为携带药剂的气流介质。本方法是首先在废浆中加入适当种类与数量的化学药剂，然后（或同时）再注入溶解性气体，二者同时作用在浆液中形成具有一定强度的骨架结构；最后再对浆液施加真空荷载进行预压，经过一段时间的加载使浆液的含水量进一步降低，待降低到预定要求之后停止加载，拆除真空排水系统，并将固液分离后的泥土运至需要的场地。经过深度脱水后的污泥也可以直接焚烧，或用于制作陶粒。

该发明将添加溶解气-化学药剂-真空预压法三种方法有机结合在一起，三者是相互促进与补充的关系，化学药剂是为防止真空预压法中的滤膜淤堵现象，大大提高真空预压的固液分离效率；真空预压法是为了达到单单加入化学药剂无法完成的预期目标；而加入溶解气可以起到促进化学药剂与胶体颗粒、土颗粒中化合物的反应、加强真空预压效果和作为携带介质等的作用。所述的工程废浆，除了建筑施工过程中产生的废浆之外，还包括：围海吹填造地过程中产生的吹填淤泥、疏浚航道中产生的疏浚淤泥、矿山开采过程中的洗矿污泥、城市生活和水处理过程中产生的污泥等高含水量流态的泥水混和物等。

本发明首先在待处理工程废浆（或吹填淤泥、污泥）中加入一定量的化学药剂，与此同时（或随后）再加入一定温度和压力的空气或特殊气体使之溶解于浆液中其中，使溶解气体、药剂与浆液内的水、胶体颗粒和土颗粒表面的化合物等发生一系列物理与化学反应，促使胶体颗粒、土颗粒所吸附的大部分结合水变成为自由水，同时形成具有一定骨架结构的沉淀物；并对沉淀物施加真空荷载进行预压，使沉淀物的含水量进一步降低，达到较为彻底的固液分离的目的。本发明是在已申请的“一种处理工程废浆的药剂真空预压法”基础上所进行的二次开发，方法中所增加的溶解气，有三个作用：（1）可以直接参与物理化学反应；（2）起催化剂的作用；（3）可以是携带药剂的介质。该方法同样具有处理量大、处理效率高，一次性处理几万到几十万方泥浆或污泥，特别适合于集约化处理等特点。由于脱水后的泥土或污泥具有较低的含水量和较高的强度，可以资源化利用：其一可以用作建筑材料的原料，如可用于制砖、制陶粒；其二可以与围海造地项目联合，将最终处理后的泥土回填到围圈区域，作为造地用土。本发明可用于泥浆、淤泥、污泥的快速脱水或减容，经试验验证后也可以用于含有重金属等污染物的污泥的处理。

Claims (7)

1.一种溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，现场采取工程废浆样品，对其含水率、颗粒组成、矿物成分、PH值、比重特别物理、化学性质进行测定分析；

步骤二，根据步骤一的分析结果确定第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂、溶解气的添加量及其参数，第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂的掺入比分别约为0.01%～0.6%、0.05%～0.4%、0.001%～0.1%，溶解气的压力为0~0.6MPa，温度为0~60度；

步骤三，根据场地大小、人工、机械台班、待处理废浆量施工现场实际情况设计废浆沉淀池、真空固液分离池、泵送量；

步骤四，布置沉淀池、真空固液分离池，将低速搅拌机与泡沫板相连，将废浆经泵送管打入沉淀池中到一定高度；

步骤五，将第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂依次经泵送管打入沉淀池中，并用低速搅拌机进行搅拌，使废浆与添加剂充分混合均匀；

步骤六，将气体通过加气装置及注气管送入废浆，并溶解在其中，与第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂和废浆中的化合物发生化学反应；

步骤七，将加入化学药剂后的废浆混合物静置，每隔10~30min时间采用沉淀池中的沉淀物进行分析，当含水率、颗粒分布指标达到要求后排空上清液；

步骤八，在上述步骤五、步骤六进行的同时，在真空固液分离池中将横向排水管与竖向排水管分别按间距0.5~1.2m布置在分离池中；

步骤九，将沉淀物即待处理废浆用泵抽送至已布置好真空网络排水系统的固液分离池，泵送量根据设计要求而定；

步骤十，在沉淀物上按要求铺设土工布、密封膜，并将横向排水管、竖向排水管与排水总管相连，连接管与真空泵相连，完成布置后进行真空加载；

步骤十一，在真空预压过程中，按要求每间隔一定时间，取样分析沉淀物的性质，当达到要求的含水率和强度时，停止真空加载；

步骤十二，结束后拆除真空网络排水系统，并将真空固液分离池中的沉淀物用土方车运送至所需地点，完成处理。

2.根据权利要求1所述的溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，所述溶解气作为携带药剂的介质气流与药剂同时加入并搅拌均匀。

3.根据权利要求1所述的溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，所述溶解气溶于浆液中后，直接与已施加的药剂和胶体颗粒中的化学物质发生反应，使胶体颗粒释放更多的吸附水，或其施加顺序提前到药剂施加之前，或溶解气仅作为催化剂使用。

4.根据权利要求1所述的溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，所述真空排水网络系统与药剂真空预压中的相同，真空排水网络系统包括真空泵、排水连接管、排水总管、横向排水管与竖向排水管，横向排水管与竖向排水管分别按照0.5～1.2m间距平行布置，二者组成空间网状结构分布于真空固液分离池中。

5.根据权利要求1所述的溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，所述第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂与药剂真空预压中相同，第一化学药剂采用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硅酸铝、微生物絮凝剂，第二化学药剂采用粉煤灰、生石灰、熟石灰、硅藻土、珍珠岩，第三化学药剂采用石膏、氢氧化钠。

6.根据权利要求1所述的溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，所述溶解气采用氮气、氧气、二氧化碳、氯气、氢气、二氧化硫和空气，各种溶解气的掺入比与各自的溶解度相关，并与第一化学药剂、第二化学药剂、第三化学药剂相互匹配使用。

7.根据权利要求1所述的溶解气-药剂真空预压法，其特征在于，所述溶解气在真空预压之前施加，或在真空预压过程中施加，或与药剂同时施加，或单独施加，取决于工程的需要。