CN111321742A - 一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于淤泥处理与路堤填筑相关技术领域，其公开了一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法，所述方法包括以下步骤：(1)将待填方工程划分为M层，并将每层划分为N个区块，以便进行分区块填料；(2)在填方工程的第M‑1层第n区块上表面铺设复合土工织物；(3)将高含水率淤泥、固化剂及絮凝剂混合成的淤泥混合物浇填到填方工程的第M‑1层第n区块，并进行低位真空预压预定时间，同时在第M‑1层的第n+1区块上铺设所述复合土工织物；接着，令n＝n+1；(4)重复步骤(3)，直至完成第M‑1层所有区块的处理及浇填，并令M＝M+1；(5)重复步骤(2)到步骤(4)，直至完成所有层的处理及浇填。本发明提高了效率，适用性较好。

Description

一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法
技术领域
本发明属于淤泥处理与路堤填筑相关技术领域，更具体地，涉及一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法。
背景技术
随着经济的快速发展，城乡一体化建设进程加快，据初步估计，各类基础设施新建和改造年均会产生数亿方高含水率淤泥，以往在淤泥处置中往往采取直接倾倒填埋等传统施工方法，随着城市环保监管力度的不断加大和填埋场(堆场)资源的不断收缩，弃置淤泥随意排放的现象已经全面禁止，工程在淤泥开挖、淤泥转运和淤泥处置过程中需要遵守更严格的技术和环保要求，需要投入更多的人力、物理和财力，淤泥生态安全处理和资源化处理越来越成为工程中亟需解决的综合性问题，目前工程界常见的淤泥处置技术主要包括以下几种：
(1)就地排放或者直接外运。该方法简单直接，但会产生额外工程成本以及二次环境污染的风险，带来严重的环境问题和经济问题。
(2)堆场(或者长期沉淀池)沉淀及风干处理。该方法将高含水率淤泥集中排放在堆场或者沉淀池内，经过长时间的沉淀、分离后排放上层的液体，待沉淀物自燃风干后进行就地填埋。该方法需要占用大量土地，这对于发达地区而言，实乃难以承受之重负。
(3)机械脱水处理。该方法利用机械压滤装置或者高速离心装置将高含水率淤泥、脱水后的固体物质(泥饼)外运排放，脱出的水经处理后循环使用。该方法无需长期占用大量土地，但由于脱水后的泥饼仍具有较差的工程力学性能，致使无法直接资源化利用，所以大多只能以填埋而告终，加剧了当前填埋场/消纳场超容量运营的严峻形势。
(4)化学固化处理法。该方法通过向淤泥中加入固化剂，使得淤泥与固化剂反应生成具有一定强度的胶结体，硬化后的胶结体可代替砂石材料用作工程填料。该方法主要适用于含水率相对较低的淤泥，对于高含水率淤泥而言，直接进行固化处理效果甚微(或者需要掺入大量固化剂而显著增加成本)。
由此可见，本领域亟需一种适用性较好的高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法，其在应用水泥固化技术和絮凝调理技术之外，还融入了低位真空预压技术，以配合絮凝调理技术快速、深度地降低被处理淤泥的有效含水率，从而进一步降低水泥等固化剂掺量及工程成本；另外，采用分区块逐步推进施工，分层逐层向上填筑的方法，实现了流动性施工做业，减少了施工周期，如此所述方法在减少天然筑堤材料消耗的同时，还可以将高含水率淤泥进行资源化再利用，经济、社会和环境效益显著。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将待填方工程划分为M层，并将每层划分为N个区块，以便进行分区块填料，M为大于等于2的正整数；
(2)在填方工程的第M-1层第n区块上表面铺设复合土工织物；
(3)将高含水率淤泥、固化剂及絮凝剂混合成的淤泥混合物浇填到填方工程的第M-1层第n区块，并进行低位真空预压预定时间，同时在第M-1层的第n+1区块上铺设所述复合土工织物，其中，n为大于等于1的正整数；接着，令n＝n+1；
(4)重复步骤(3)，直至完成第M-1层所有区块的处理及浇填，并令M＝M+1；
(5)重复步骤(2)到步骤(4)，直至完成所有层的处理及浇填。
进一步地，所述复合土工织物为多层结构，其包括多个水平塑料排水板及多层土工织物，所述水平塑料排水板位于相邻的两层所述土工织物之间。
进一步地，所述复合土工织物包括两层土工织物和一个水平塑料排水板，所述水平塑料排水板位于两层所述土工织物之间。
进一步地，所述预定时间为30min～90min。
进一步地，所述高含水率淤泥与所述固化剂混合均匀以形成泥浆-固化剂混合物，所述泥浆-固化剂混合物再与所述絮凝剂经搅拌混合以形成所述淤泥混合物。
进一步地，所述泥浆-固化剂混合物形成时所采用的搅拌转速为60r/min～120r/min。
进一步地，所述高含水率淤泥是指含水率超过150％的水域疏浚的淤泥或者工程建设产生的淤泥质弃土。
进一步地，所述固化剂为水泥或者水泥、高炉矿渣及生石灰所形成的混合物。
进一步地，所述絮凝剂为无机絮凝剂或者有机絮凝剂。
按照本发明的另一个方面，提供了一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置，所述装置采用如上所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法对高含水率淤泥进行处理及填料，其包括搅拌箱、絮凝搅拌箱及真空泵，所述搅拌箱与所述絮凝搅拌箱相连接，两者共同用于将高含水率淤泥、固化剂及絮凝剂搅拌均匀以得到淤泥混合物，所述絮凝搅拌箱还用于将所述淤泥混合物浇填在所述复合土工织物上；同时，所述真空泵与所述复合土工织物相连接，其用于对浇填完成的区块进行低位真空预压预定时间。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的高含水率淤泥的一体化处理与填料装置及方法主要具有以下有益效果：
1.与传统化学固化工艺处理高含水率淤泥相比，利用絮凝-固化联合法处理可将高含水率淤泥快速絮凝固化处理，处理后的淤泥性质得到极大地改善，表现为含水率的大幅度降低，强度大幅度提高。
2.本发明通过分层逐层浇筑、分区块逐步推进的方式，将施工工序进行合理平行搭接施工，即在进行区块n的絮凝固化淤泥的浇填工作和低位真空预压的同时，区块n+1的复合土工织物的铺设工序也在同步进行，从而实现交叉递进施工，大幅度地提高了施工效率，缩短了施工工期。
3.本发明在絮凝固化联合法基础上融入低位真空预压技术，使得高含水率淤泥进一步产生加压固结，显著提升了絮凝调理功效，同时絮凝调理作用也大大地提升了高含水率淤泥的脱水性能，将低位真空预压技术的脱水效果进一步提升。
4.有效利用了废置的高含水率淤泥，解决了潜在环境污染风险，缓解了传统砂石填料供求不平衡的难题，为寻求天然筑堤材料的替代材料提供了新方向，具有可持续发展性。
附图说明
图1是本发明提供的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法的流程示意图；
图2是本发明提供的高含水率淤泥的一体化处理与填料装置的使用状态示意图；
图3是图1中的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法采用的复合土工织物的示意图；
图4是图3中的复合土工织物的剖面示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-淤泥，2-泵送管，3-固化剂贮存罐，4-固化剂输送机构，5-固化剂流量阀，6-搅拌箱，7-电动机，8-液压搅拌叶片，9-絮凝搅拌箱，10-液压孔，11-絮凝剂流量阀，12-絮凝剂贮存罐，13-絮凝剂输送泵，14-出料管，15-围挡，16-复合土工织物，17-真空抽滤管，18-真空控制阀，19-真空泵，20-水平塑料排水板，21-土工织物。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1及图2，本发明提供的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法主要包括以下步骤：
步骤一，将待填方工程划分为M层，并将每层划分为N个区块，以便进行分区块填料，M为大于等于2的正整数。
具体地，填方工程为路堤填方，根据实际情况将填方工程划分为多层，每层划分为多个区块，每个区块的长为20m～40m，宽度示路堤宽度而定。
步骤二，在填方工程的第M-1层第n区块上表面铺设复合土工织物。
具体地，请参阅图3及图4，所述复合土工织物为多层结构，其包括多个水平塑料排水板及多层土工织物，所述水平塑料排水板位于相邻的两层所述土工织物之间，且所述水平塑料排水板及所述土工织物的四周封闭形成整体，其中，所述土工织物具有较好的透水性。
本实施方式中，所述复合土工织物16包括两层土工织物21和一个水平塑料排水板20，所述水平塑料排水板20位于两层所述土工织物21之间。所述水平塑料排水板20与真空抽滤管17相连。
步骤三，将高含水率淤泥、固化剂及絮凝剂混合成的淤泥混合物浇填到填方工程的第M-1层第n区块，并进行低位真空预压预定时间，同时在第M-1层的第n+1区块上铺设所述复合土工织物，n为大于等于1的正整数；接着，令n＝n+1。
具体地，所述高含水率淤泥是指含水率超过150％的江河湖库海等水域疏浚的淤泥或者工程建设产生的淤泥质弃土，其中，固化剂可以为水泥或者水泥、高炉矿渣及生石灰所形成的混合物；絮凝剂可以选择无机絮凝剂或者有机絮凝剂，无机絮凝剂可以为聚合氯化铁、聚合氯化铝/生石灰等，其掺量约为纯土颗粒质量的1％；有机絮凝剂可以为聚丙烯酰胺，其掺量约为纯土颗粒质量的0.13％～0.2％。另外，本发明所述的含水率遵循《土力学》中的定义，即土体中水的质量与干土颗粒之比；所述预定时间为30min～90min。
为了提高填方工程的施工效率，故将絮凝固化淤泥的浇筑工序延后复合土工织物铺设工序一个区块，两工序施工采用平行搭接施工，即在进行区块n的絮凝固化淤泥的浇填工作和低位真空预压的同时，区块n+1的复合土工织物的铺设工序也在同步进行。
步骤四，重复步骤三，直至完成第M-1层所有区块的处理及浇填，并令M＝M+1。
步骤五，重复步骤二到步骤四，直至完成所有层的处理及浇填。
本发明还提供了一种高含水率的一体化处理与填料装置，所述装置包括泵送管2、固化剂贮存罐3、固化剂输送机构4、固化剂流量阀5、搅拌箱6、两个电动机7、液压搅拌叶片8、絮凝搅拌箱9、絮凝剂流量阀11、絮凝剂贮存罐12、絮凝剂输送泵13、出料管14、所述真空抽滤管17、真空控制阀18及真空泵19。所述泵送管2连接于所述搅拌箱6，一个所述电动机7设置在所述搅拌箱6上，其与设置在所述搅拌箱6内的机械搅拌件相连接，以用于驱动所述机械搅拌件转动，所述机械搅拌件的转速为60r/min～120r/min。本实施方式中，所述泵送管2与对应的所述电动机7分别位于所述搅拌箱6相背的两侧。
所述固化剂输送机构4连接所述固化剂贮存罐3及所述搅拌箱6，所述固化剂流量阀5设置在所述固化剂输送机构4上，所述固化剂贮存罐3用于收容固化剂。所述搅拌箱6的出口与所述絮凝搅拌箱9的进口相连接，所述絮凝搅拌箱9的出口连接有所述出料管14，所述出料管14用于排出所述淤泥混合物。所述絮凝搅拌箱9的上端设置有所述电动机7，所述电动机7的输出轴伸入所述絮凝搅拌箱9内，其连接于所述液压搅拌叶片8，所述液压搅拌叶片8上开设有多个液压孔10。所述絮凝剂贮存罐12用于收容絮凝剂，其内设置有所述絮凝剂输送泵13，所述絮凝剂输送泵13通过输送管连接于所述液压搅拌叶片8，所述絮凝剂流量阀11设置在所述输送管内。所述真空泵19的出口与所述真空抽滤管17可分离地相连接，且所述真空泵19的出口处设置有所述真空控制阀18。
工作时，淤泥1通过所述泵送管2被送至所述搅拌箱6，固化剂贮存在所述固化剂贮存罐3内，经过所述固化剂输送机构4按一定流量将所述固化剂送入所述搅拌箱6内，并在所述电动机7的动力作用下混合搅拌，搅拌均匀后泥浆-固化剂混合物流入所述絮凝搅拌箱9，絮凝剂溶液被所述絮凝剂输送泵13从所述絮凝剂贮存罐12泵送至所述液压搅拌叶片8内，并从所述液压孔10液压喷射出来以与泥浆-固化剂混合物混合搅拌，所述絮凝剂流量阀11可控制流量大小并读数，搅拌均匀后从所述出料管14出料，浇填至路堤围挡15内铺设的所述复合土工织物16，所述真空泵19通过所述真空抽滤管17与所述复合土工织物16连接，所述真空控制阀18用于控制抽滤真空度。
以下以具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。
一种高含水率淤泥的一体化处理与填料方法按以下步骤进行：将填方工程划分为多个层段(层厚1m)，并在单个层段上划分为多个区块(长20m～40m，宽度示路堤宽度而定)；随后进行施工区块1的复合土工织物16铺设工序，复合土工织物16从上至下由土工织物21、水平塑料排水板20、土工织物21组成，连接各自的真空抽滤管17与真空泵19；采用输送机构将经絮凝固化处理后的淤泥泵送至区块1的复合土工织物16表层浇填；待区块1的絮凝固化泥的浇填工作完成后，立即通过对浇填完的区块采用真空泵19进行低位真空抽滤30分钟至90分钟，同时开展区块2的复合土工织物16的铺设工作；为了提高填方工程的施工效率，故将絮凝固化淤泥的浇筑工序延后复合土工织物铺设工序一个区块，两工序施工采用平行搭接施工，即在进行区块n的絮凝固化淤泥的浇填工作和低位真空预压的同时，区块n+1的复合土工织物的铺设工序也在同步进行。重复上述步骤，直至整个路堤浇筑完毕。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将待填方工程划分为M层，并将每层划分为N个区块，以便进行分区块填料，M为大于等于2的正整数；
(2)在填方工程的第M-1层第n区块上表面铺设复合土工织物；
(3)将高含水率淤泥、固化剂及絮凝剂混合成的淤泥混合物浇填到填方工程的第M-1层第n区块，并进行低位真空预压预定时间，同时在第M-1层的第n+1区块上铺设所述复合土工织物，其中，n为大于等于1的正整数；接着，令n＝n+1；
(4)重复步骤(3)，直至完成第M-1层所有区块的处理及浇填，并令M＝M+1；
(5)重复步骤(2)到步骤(4)，直至完成所有层的处理及浇填。
2.如权利要求1所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述复合土工织物为多层结构，其包括多个水平塑料排水板及多层土工织物，所述水平塑料排水板位于相邻的两层所述土工织物之间。
3.如权利要求1所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述复合土工织物包括两层土工织物和一个水平塑料排水板，所述水平塑料排水板位于两层所述土工织物之间。
4.如权利要求1-3任一项所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述预定时间为30min～90min。
5.如权利要求1-3任一项所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述高含水率淤泥与所述固化剂混合均匀以形成泥浆-固化剂混合物，所述泥浆-固化剂混合物再与所述絮凝剂经搅拌混合以形成所述淤泥混合物。
6.如权利要求5所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述泥浆-固化剂混合物形成时所采用的搅拌转速为60r/min～120r/min。
7.如权利要求1-3任一项所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述高含水率淤泥是指含水率超过150％的水域疏浚的淤泥或者工程建设产生的淤泥质弃土。
8.如权利要求1-3任一项所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述固化剂为水泥或者水泥、高炉矿渣及生石灰所形成的混合物。
9.如权利要求1-3任一项所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法，其特征在于：所述絮凝剂为无机絮凝剂或者有机絮凝剂。
10.一种高含水率淤泥的一体化处理与填料装置，其特征在于：所述装置采用权利要求1-9任一项所述的高含水率淤泥的一体化处理与填料方法来对高含水率淤泥进行处理及填料，其包括搅拌箱、絮凝搅拌箱及真空泵，所述搅拌箱与所述絮凝搅拌箱相连接，两者共同用于将高含水率淤泥、固化剂及絮凝剂搅拌均匀以得到淤泥混合物，所述絮凝搅拌箱还用于将所述淤泥混合物浇填在所述复合土工织物上；同时，所述真空泵与所述复合土工织物相连接，其用于对浇填完成的区块进行低位真空预压预定时间。
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