CN106771070A - 一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，陶瓷布氏漏斗的长颈端穿过第一橡胶塞延伸至第一上嘴抽滤瓶内，陶瓷布氏漏斗的筒部内设置有淤/污泥样品，淤/污泥样品的顶层和底层分别设置有带孔上电极板和带孔下电极板，还包括为淤/污泥样品加载的加载装置，第一上嘴抽滤瓶通过第二上嘴抽滤瓶与真空泵连接。还公开了一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法，本发明可以实现真空压力场和静、动压力场等与电场的耦合，用脱水速率作为评价指标可以方便快捷地优化静压力、振动频率、真空度、电压、电流的组合参数，还可用电阻率评价淤/污泥土脱水过程中或过程后的土体结构变化规律。

Description

一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置和方法

技术领域

本发明涉及岩土工程、环境科学和工程领域，具体涉及一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，更具体的涉及一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法。适用但不限于测试各种类型的软弱土、淤泥土、污染土在各类物理场耦合条件下的淤/污泥土脱水速率，这些物理场包括压力场(含真空压力场和各类静动压力场)、电场等。

背景技术

由于淤泥含水率大，扰动强度极低，正常排水固结缓慢，大量的淤/污泥需要设置淤泥堆场而长期占用大量土地，造成土地资源的极大浪费，同时淤/污泥中还常含有较多的重金属等污染物，容易造成二次污染。由于疏浚后淤/污泥中水与泥的体积比在5倍以上，淤泥本身黏粒含量很高，透水性差，因此如何加快脱水速率是处理淤/污泥土得关键性问题。而目前运用较多的真空预压法、堆载法、电渗法、压滤法，所采用的均是单物理场，能耗大，效率低。采用多物理场耦合来提高淤/污泥土脱水速率将是未来发展的趋势，但将上述方法耦合使用的真空联合电渗、真空联合堆载等技术处理方法又缺少相应理论和试验数据的支撑。因此，有必要设计一种测试多物理场耦合下淤/污泥土脱水速率的试验装置和方法，测得真空压力场和各类静动压力场、电场等不同物理场耦合条件下的脱水速率，从而为完善相应理论和进一步的设备研发提供支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供具体涉及一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置。使用该装置可实时监测的脱水速率，还可量测淤/污泥土脱水过程中的电阻率变化，该装置设计结构简单、操作简便、实用性强，不仅可以优化压力、振动频率、真空度、电压、电流的组合参数，还可用电阻率评价淤/污泥土脱水过程中或过程后的土体结构变化规律，具有广泛的应用前景。

本发明的另一个目的在于提供一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法，可以用于测试静(动)力场-真空压力场-电场耦合、静(动)力场-真空压力场耦合、静(动)力场-电场耦合；真空压力场-电场耦合下的淤/污泥土脱水速率。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，包括第一上嘴抽滤瓶，还包括陶瓷布氏漏斗，陶瓷布氏漏斗的筒部搁置在托架上，陶瓷布氏漏斗的长颈端依次穿过托架以及设置在第一上嘴抽滤瓶的瓶口的第一橡胶塞延伸至第一上嘴抽滤瓶内，陶瓷布氏漏斗的筒部内设置有淤/污泥样品，淤/污泥样品的顶层和底层分别设置有带孔上电极板和带孔下电极板，带孔下电极板位于滤纸上，陶瓷布氏漏斗的筒部的筒口通过橡皮膜包裹，橡皮膜上设置有传压板，传压板与加载装置连接，带孔上电极板通过上电极导线与整流变压器正极连接，带孔下电极板通过下电极导线与整流变压器的负极连接，下电极导线上串联有电阻仪，第一上嘴抽滤瓶的瓶颈侧部通过橡胶管与第二上嘴抽滤瓶的瓶颈侧部连接，第二上嘴抽滤瓶的瓶口设置有第二橡胶塞，弯曲导管一端穿过第二橡胶塞延伸至第二上嘴抽滤瓶内，弯曲导管另一端通过橡皮管与真空泵连接，还包括用于测量传压板位移的百分表。

如上所述的加载装置包括活塞、活塞缸体、气压控制器和空气压缩机，活塞与活塞缸体连接，活塞缸体与气压控制器连接，气压控制器与空气压缩机连接。

如上所述的第一上嘴抽滤瓶放置在底座上，活塞缸体固定在顶板上，顶板和底座之间通过立柱连接，托架固定在立柱上，托架上设置有百分表立柱，百分表立柱与百分表横向支架连接，百分表设置在百分表横向支架上。

如上所述的第一上嘴抽滤瓶和第二上嘴抽滤瓶上均设置有刻度。

一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法，包括以下步骤：

步骤1、开启真空泵，并设定真空泵的负压值；

步骤2、开启空气压缩机，气压控制器控制活塞对传压板进行施压，使淤/污泥样品的上覆压强达到设定压强值；

步骤3、开启整流变压器，使带孔上电极板与带孔下电极板之间的电压保持在设定电压值；

步骤4、通过百分表测量传压板的位移，进而记录淤/污泥样品的厚度变化；

步骤5、通过电阻仪记录淤/污泥样品的电阻值R的变化，通过ρ_电＝RA/H计算电阻率，其中ρ_电为电阻率，R为淤/污泥样品的电阻值，A为淤/污泥样品的横截面面积，H为淤/污泥样品的厚度；

步骤6、记录试验持续时间以及在试验持续时间内第一上嘴抽滤瓶和第二上嘴抽滤瓶中获得的水的总体积V，通过v＝ρV/t计算脱水速率，其中v为脱水速率，ρ为水的密度，t为试验持续时间。

如上所述的一种测试多物理场耦合下淤/污泥土脱水速率的试验方法，

步骤1中的负压值为-10kPa～-90kPa；

步骤2中的压强值为10KPa～400kPa；

步骤3中的电压值为4V～36V。

一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法，

步骤2中气压控制器控制活塞以振动的方式进行施压，振动频率值为1HZ～10HZ。

技术原理：淤/污泥土土样只有底部有排水通道，属于单面排水。对土体施加静(动)压力场后，土体产生压缩固结，水从底部排水通道排出；对土体施加真空压力场之后，由于负压得作用，土中孔隙水也将从底部排水通道排出；对土体施加电场之后，由于电渗的作用，使孔隙水从阳极流向阴极，再从底部排水通道排除；上述几种物理场耦合之后，会加快孔隙水从底部排水通道排出，从带刻度的抽滤瓶中读出水的总体积V，通过v＝ρV/t计算脱水速率，其中v为脱水速率，ρ为水的密度，t为试验持续时间。

本发明与现有技术相比，其优点在于可以通过不同的组合方式实现压力场(含真空压力场和静、动压力场)与电场的耦合，用脱水速率作为评价指标可以方便快捷地优化静压力、振动频率、真空度、电压、电流的组合参数，还可用电阻率评价淤/污泥土脱水过程中或过程后的土体结构变化规律。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-底座，2-立柱，3-第一上嘴抽滤瓶，4-橡胶管，5-第一橡胶塞，6-陶瓷布氏漏斗，7-托架，8-滤纸，9a-带孔下电极板，9b-带孔上电极板，9c-下电极导线，9d-上电极导线，9e-整流变压器，9f-电阻仪，10-淤/污泥样品，11-橡皮膜捆扎带，12-橡皮膜，13-传压板，14-活塞，15-活塞缸体，16-顶板，17-紧固螺栓，18-PVC塑料软管，19-气压控制器，20-空气压缩机，21-百分表横向支架，22-百分表立柱，23-百分表，24-第二上嘴抽滤瓶，25-第二橡胶塞，26-弯曲导管，27-橡皮管，28-真空泵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，包括第一上嘴抽滤瓶3，还包括陶瓷布氏漏斗6，陶瓷布氏漏斗6的筒部搁置在托架7上，陶瓷布氏漏斗6的长颈端依次穿过托架7以及设置在第一上嘴抽滤瓶3的瓶口的第一橡胶塞5延伸至第一上嘴抽滤瓶3内，陶瓷布氏漏斗6的筒部内设置有淤/污泥样品10，淤/污泥样品10的顶层和底层分别设置有带孔上电极板9b和带孔下电极板9a，带孔下电极板9a位于滤纸8上，陶瓷布氏漏斗6的筒部的筒口通过橡皮膜12包裹，橡皮膜12上设置有传压板13，传压板13与加载装置连接，带孔上电极板9b通过上电极导线9d与整流变压器9e正极连接，带孔下电极板9a通过下电极导线9c与整流变压器9e的负极连接，下电极导线9c上串联有电阻仪9f，第一上嘴抽滤瓶3的瓶颈侧部通过橡胶管4与第二上嘴抽滤瓶24的瓶颈侧部连接，第二上嘴抽滤瓶24的瓶口设置有第二橡胶塞25，弯曲导管26一端穿过第二橡胶塞25延伸至第二上嘴抽滤瓶24内，弯曲导管26另一端通过橡皮管(可调节橡皮管)27与真空泵28连接，还包括用于测量传压板13位移的百分表23。

加载装置包括活塞14、活塞缸体15、气压控制器19和空气压缩机20，活塞14与活塞缸体15连接，活塞缸体15与气压控制器19连接，气压控制器19与空气压缩机20连接。

第一上嘴抽滤瓶3放置在底座1上，活塞缸体15固定在顶板16上，顶板16和底座1之间通过立柱2连接，托架7固定在立柱2上，托架7上设置有百分表立柱22，百分表立柱22与百分表横向支架21连接，百分表23设置在百分表横向支架21上。

第一上嘴抽滤瓶3和第二上嘴抽滤瓶24上均设置有刻度。

将淤/污泥样品10放置在陶瓷布氏漏斗6的筒部中，带孔金属上电极板9b放置在淤/污泥样品10的顶面，带孔下电极板9a放置在淤/污泥样品10的底面，滤纸8放置在带孔下电极板9a之下，带孔上电极板9b通过上电极导线9d与整流变压器9e的正极相连，带孔下电极板9a通过下电极导线9c与电阻仪9f相连，电阻仪9f与整流变压器9e负极相连，橡皮膜12覆盖在带孔金属电极板9b之上，并用橡皮膜捆扎带11固定在陶瓷布氏漏斗6的筒部的外壁上，传压板13与活塞14接触，活塞14可收缩进或伸出活塞缸15，活塞缸15上部与顶板16连接，顶板16用紧固螺栓17固定在立柱2上，活塞缸15通过PVC塑料软管18与气压控制器19连接，气压控制器19通过PVC塑料软管18与空气压缩机20连接；陶瓷布氏漏斗6的长颈端依次穿过钢制托架和第一橡胶塞5，第一橡胶塞5设置在带刻度的第一上嘴抽滤瓶3的瓶口，带刻度的第一上嘴抽滤瓶3再通过橡胶管4与带刻度的第二上嘴抽滤瓶24连接，弯曲导管26的一端穿过第二橡胶塞25伸入带刻度的第二上嘴抽滤瓶24内，另一端通过橡皮管27连接于真空泵28。

实施例2：

使用实施例1所述测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置进行一种测试多物理场耦合下淤/污泥土脱水速率的试验方法，包括以下步骤：

步骤1、开启真空泵28，并设定真空泵28的负压值，负压值可为-10kPa或-20kPa或-30kPa或-40kPa或-50kPa或-60kPa或-70kPa或-80kPa或-90kPa；

步骤2、开启空气压缩机20，通过气压控制器19控制活塞14的压力，使活塞14伸出活塞缸体15与传压板13紧密接触，使淤/污泥样品10的上覆压强达到设定压强值，压强值可以为10KPa或20kPa或30kPa或40kPa或50kPa或100kPa或200kPa或300kPa或400kPa；

步骤3、开启整流变压器9e，使带孔上电极板9b与带孔下电极板9a之间的电压保持在设定电压值，此电压值可以为4V或8V或12V或16V或20V或24V或30V或36V；

步骤4、通过百分表23测量传压板13的位移，进而记录淤/污泥样品10的厚度变化；

步骤5、通过电阻仪9f记录淤/污泥样品10的电阻值R的变化，通过ρ_电＝RA/H计算电阻率，其中ρ_电为电阻率，R为淤/污泥样品10的电阻值，A为淤/污泥样品10的横截面面积，H为淤/污泥样品10的厚度；

步骤6、记录试验持续时间以及在试验持续时间内第一上嘴抽滤瓶3和第二上嘴抽滤瓶24中获得的水的总体积V，通过v＝ρV/t计算脱水速率，其中v为脱水速率，ρ为水的密度，t为试验持续时间。

实施例3：

在实施例2中，同时进行步骤1、步骤2和步骤3，通过步骤4、步骤5、步骤6可以得到静力场-真空压力场-电场耦合作用下的脱水速率。

实施例4：

在实施例2中，同时进行步骤1、步骤2，省略步骤3，通过步骤4、步骤5、步骤6可以得到静力场-真空压力场耦合作用下的脱水速率。

实施例5：

在实施例2中，同时进行步骤2和步骤3，省略步骤1，通过步骤4、步骤5、步骤6可以得到静力场-电场耦合作用下的脱水速率。

实施例6：

在实施例2中，同时进行步骤1和步骤3，省略步骤2，通过步骤4、步骤5、步骤6可以得到真空压力场-电场耦合作用下的脱水速率。

实施例7：

在实施例2中，步骤2中将气压控制器19设置为振动方式，使得活塞以振动方式对传压板13实施压力，振动频率值可以为1HZ或2HZ或5HZ或10HZ，同时进行步骤1、步骤2和步骤3可以得到动力场-真空压力场-电场耦合作用下的脱水速率。

实施例8：

在实施例2中，步骤2中将气压控制器19设置为振动方式，使得活塞以振动方式对传压板13实施压力，振动频率值可以为1HZ或2HZ或5HZ或10HZ，同时进行步骤1、步骤2，省略步骤3可以得到动力场-真空压力场耦合作用下的脱水速率。

实施例9：

在实施例2中，步骤2中将气压控制器19设置为振动方式，使得活塞以振动方式对传压板13实施压力，振动频率值可以为1HZ或2HZ或5HZ或10HZ，同时进行步骤2和步骤3，省略步骤1可以得到动力场-电场耦合作用下的脱水速率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。

Claims (7)

1.一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，包括第一上嘴抽滤瓶(3)，其特征在于，还包括陶瓷布氏漏斗(6)，陶瓷布氏漏斗(6)的筒部搁置在托架(7)上，陶瓷布氏漏斗(6)的长颈端依次穿过托架(7)以及设置在第一上嘴抽滤瓶(3)的瓶口的第一橡胶塞(5)延伸至第一上嘴抽滤瓶(3)内，陶瓷布氏漏斗(6)的筒部内设置有淤/污泥样品(10)，淤/污泥样品(10)的顶层和底层分别设置有带孔上电极板(9b)和带孔下电极板(9a)，带孔下电极板(9a)位于滤纸(8)上，陶瓷布氏漏斗(6)的筒部的筒口通过橡皮膜(12)包裹，橡皮膜(12)上设置有传压板(13)，传压板(13)与加载装置连接，带孔上电极板(9b)通过上电极导线(9d)与整流变压器(9e)正极连接，带孔下电极板(9a)通过下电极导线(9c)与整流变压器(9e)的负极连接，下电极导线(9c)上串联有电阻仪(9f)，第一上嘴抽滤瓶(3)的瓶颈侧部通过橡胶管(4)与第二上嘴抽滤瓶(24)的瓶颈侧部连接，第二上嘴抽滤瓶(24)的瓶口设置有第二橡胶塞(25)，弯曲导管(26)一端穿过第二橡胶塞(25)延伸至第二上嘴抽滤瓶(24)内，弯曲导管(26)另一端通过橡皮管(27)与真空泵(28)连接，还包括用于测量传压板(13)位移的百分表(23)。

2.根据权利要求1所述的一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，其特征在于，所述的加载装置包括活塞(14)、活塞缸体(15)、气压控制器(19)和空气压缩机(20)，活塞(14)与活塞缸体(15)连接，活塞缸体(15)与气压控制器(19)连接，气压控制器(19)与空气压缩机(20)连接。

3.根据权利要求2所述的一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，其特征在于，所述的第一上嘴抽滤瓶(3)放置在底座(1)上，活塞缸体(15)固定在顶板(16)上，顶板(16)和底座(1)之间通过立柱(2)连接，托架(7)固定在立柱(2)上，托架(7)上设置有百分表立柱(22)，百分表立柱(22)与百分表横向支架(21)连接，百分表(23)设置在百分表横向支架(21)上。

4.根据权利要求3所述的一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的装置，其特征在于，所述的第一上嘴抽滤瓶(3)和第二上嘴抽滤瓶(24)上均设置有刻度。

5.一种利用权利要求3所述装置测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、开启真空泵(28)，并设定真空泵(28)的负压值；

步骤2、开启空气压缩机(20)，气压控制器(19)控制活塞(14)对传压板(13)进行施压，使淤/污泥样品(10)的上覆压强达到设定压强值；

步骤3、开启整流变压器(9e)，使带孔上电极板(9b)与带孔下电极板(9a)之间的电压保持在设定电压值；

步骤4、通过百分表(23)测量传压板(13)的位移，进而记录淤/污泥样品(10)的厚度变化；

步骤5、通过电阻仪(9f)记录淤/污泥样品(10)的电阻值R的变化，通过ρ_电＝RA/H计算电阻率，其中ρ_电为电阻率，R为淤/污泥样品(10)的电阻值，A为淤/污泥样品(10)的横截面面积，H为淤/污泥样品(10)的厚度；

步骤6、记录试验持续时间以及在试验持续时间内第一上嘴抽滤瓶(3)和第二上嘴抽滤瓶(24)中获得的水的总体积V，通过v＝ρV/t计算脱水速率，其中v为脱水速率，ρ为水的密度，t为试验持续时间。

6.根据权利要求5所述的一种测试多物理场耦合下淤/污泥土脱水速率的试验方法，其特征在于，

步骤1中的负压值为-10kPa～-90kPa；

步骤2中的压强值为10KPa～400kPa；

步骤3中的电压值为4V～36V。

7.根据权利要求5所述的一种测试多物理场条件下淤/污泥脱水速率的方法，其特征在于，

步骤2中气压控制器(19)控制活塞(14)以振动的方式进行施压，振动频率值为1HZ～10HZ。