CN112174457B - 一种联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合絮凝‑电渗处理废弃泥浆的装置，包括：架立装置，构成整个装置的框架；阴极板，位于架立装置的上部；阳极板，并行排列多个，位于架立装置的下部；絮凝装置，架设于阴极板上延伸至阴极板和阳极板之间；电渗装置，连接阴极板和阳极板构成电路；抽水装置，将装置内的水抽出；还公开了采样上述装置处理废弃泥浆的处理方法。通过先絮凝沉淀、后电渗排水的方式对废弃泥浆就地进行固化处理并重复利用于地基加固等方面，避免远距离运输的同时提高资源利用率，具有一定的合理性和高效性。

Description

一种联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置及处理方法

技术领域

本发明涉及废弃泥浆固化处理技术领域，尤其是涉及一种联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置及处理方法。

背景技术

随着经济建设的快速发展，各种施工环节或河道清淤工程中均有可能产生大量的废弃泥浆，因泥浆量较大，若无法及时处理，在一定程度上会对施工进度产生影响，同时随意排放也会对环境造成污染。故有必要针对该类废弃泥浆进行固化处理，减少泥浆占地，并将处理后的废弃泥浆重新利用于城市基础建设等方面。这能够充分满足资源重复利用、绿色环保、经济建设可持续发展的要求，具有一定的实用价值。

目前针对废弃泥浆处理的方法大致可分为机械处理和生化处理两类，主要包括注入安全地层法、脱水回收法、絮凝回填法、固化处理法、微生物降解法等。注入安全地层的方法是将泥浆选择合适地层注入，避免产生地下水污染；脱水回收是指使用脱水装置提取泥浆中的有效成分进行重复利用；絮凝回填法是添加絮凝剂将泥浆中悬浮颗粒进行沉降，再将液体排出后对剩下的污泥就地回填，该法相对较为经济，得到了普遍的应用；固化处理法是加入固化剂，降低泥浆的黏度以及悬浮液中离子和有机质的浓度，减轻对土壤的侵蚀；微生物降解法是指将经过特殊培养的微生物加入废弃泥浆中使高分子有机物沉积，达到固液分离的效果。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置；第二目的是公开一种基于上述联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置的废弃泥浆处理方法，本方法通过先絮凝沉淀、后电渗排水的方式对废弃泥浆就地进行固化处理并重复利用于地基加固等方面，避免远距离运输的同时提高资源利用率，具有一定的合理性和高效性。

技术方案：本发明所述的联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置，包括：

架立装置，构成整个装置的框架；

阴极板，位于架立装置的上部；

阳极板，并行排列多个，位于架立装置的下部；

絮凝装置，架设于阴极板上延伸至阴极板和阳极板之间；

电渗装置，连接阴极板和阳极板构成电路；

抽水装置，将装置内的水抽出。

进一步的，所述阴极板包括塑料排水板、土工布和铁板，三者通过胶结的方式形成薄圆柱体，其中塑料排水板作为骨架，凸侧与土工布胶结用于过滤废弃泥浆中的杂质，另一侧与铁板胶结形成不透水层，整体构成了水平向排水通道，所述阴极板环侧进行密封处理同时侧壁留设小孔与抽水装置连接；所述阳极板为实心薄壁圆柱形铁板。

进一步的，所述阴极板中部开设贯穿孔口用于设置絮凝装置，所述絮凝装置包括电动机、塑料旋杆和控制圆盘，所述塑料旋杆杆体为上下贯通的空心结构，上部安装有电动机，通电用以带动塑料旋杆旋转，且塑料旋杆上部外侧带有螺纹，通过连接内侧带有螺纹的玻璃控制圆盘架设于阴极板上部用以控制塑料旋杆的入浆深度。

其中，所述塑料旋杆的下部端口弯折形成搅拌叶结构，通电旋转时用以搅拌废弃泥浆和絮凝剂。

进一步的，所述架立装置包括端口架，所述端口架周壁对称布设多根的塑料空心杆，顶端内接一个截面为直角三角形的塑料环，每根空心杆底部内径收缩与伸缩杆形成套设关系的伸缩机构，通过侧壁的螺栓实现伸缩位置固定，所述塑料空心杆顶端内接一个截面为直角三角形的塑料环，所述阴极板设置在塑料环上实现固定；所述阳极板上对应每根伸缩杆的位置开设第二孔洞，通过第二孔洞穿过伸缩杆，并通过限位机构实现固定。

其中，所述限位机构包括在伸缩杆上，位于阳极板下方的位置处环周设置的多根支撑棒，所述支撑棒下端部与杆体通过转轴连接，保证其可以向杆体侧边旋转，所述支撑棒上端部与通过弹簧与杆体连接，在所述阳极板上第二孔洞的周边对应支撑棒上端部位置开设凹槽，阳极板穿过伸缩杆后，支撑棒上端插入凹槽实现限位固定。

进一步的，所述电渗装置包括直流电源、导线和通断杆，所述通断杆为空心杆体，由端口架侧边的塑料空心杆上端插入延伸至伸缩杆，并在其底端设置导电球体，所述导线穿过杆体与导电球体连接，导线另一端连接直流电源正极，同时直流电源负极与阴极板连接，所述伸缩杆上对应每个第二孔洞的位置均设为导电杆壁，使得导电球体与阳极板之间形成通路。

其中，所述阴极板上对应每根通断杆的位置开设第一孔洞，所述通断杆上侧杆壁间隔设有多个限位横杆，通过在第一孔洞处限位用以控制其下沉深度。

进一步的，所述抽水装置包括抽水泵、抽水管和集水缸，所述抽水管与阴极板侧壁的小孔连接，并依次连接抽水泵和集水缸。

通过所述的联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置处理废弃泥浆的方法，包括以下步骤：

S1、根据所需处理废弃泥浆的范围和深度确定装置数量和阳极板数量，将拼装好的装置按分布定位下沉并固定保持水平；

S2、分析所需处理的废弃泥浆选择合适的絮凝剂及配比后通过絮凝装置将液态的絮凝剂倒入，进行搅拌；

S3、搅拌完成后静置，静置的时间根据添加絮凝剂的用量来决定，随着絮凝剂用量的增加静置时间可减少，不小于三个小时；

S4、将通断杆沉入深度调至最大后通入直流电源进行电渗，同时打开抽水装置进行电渗排水，当持续一个小时内排水量几乎不再增加时断电并将通断杆上移，与上一层阳极板相连继续电渗，重复上述步骤直至最上层阳极板完成电渗后排水量几乎不再增加为止；

S5、断电后下压架立装置使其与阳极板脱离后抽出，拆开清洗后可进行重复利用，同时由于阴极板腐蚀相对较小在满足其功能的前提下也可重复利用。

工作原理：根据处理废弃泥浆的范围和深度确定所需装置数量、布置及阳极板数量，保证所有废弃泥浆均在处理控制范围内。添加絮凝剂与废弃泥浆进行搅拌充分混合提高脱水效率，泥浆中悬浮土粒间的凝聚力得以提高，同时由于自重在静置沉淀过程中不断下沉，达到泥水分离的效果，还能降低土壤的pH 值，减小后续电渗过程中的能耗并增大渗透性以提高固结效果。待稳定后通入直流电进行电渗，在电场作用下产生各种配合物作为高活性的吸附基团进一步吸附水中的土颗粒形成较大的絮凝体向阳极移动共同沉降，抽水泵将流向阴极的水通过土工布过滤后经由阴极板提供的水平向排水通道排出至集水缸。除此之外水分子电解过程中在阴阳两极分别产生H2和O2，作为载体将悬浮杂质排出减小下部沉降土体中的杂质并氧化水中的溶解性有机物保证排出水的纯净度。本装置使用联合絮凝-电渗的方法使废弃泥浆快速高效固结，沉淀的土体作为地基充填材料就地用于地基加固等方面，排出的水通过集水缸收集后也可用于其他施工环节，从而满足环保经济可持续发展的要求。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：(1)整体装置为装配式结构，制作材料简单经济且便于携带，同时可根据使用要求进行定位布设，较为经济环保；(2) 架立装置可进行拉伸调整，且底部可以设置尖锥状便于定位和固定调整，能够处理一定深度范围内的废弃泥浆，同时安有水准器用以调整水平，保证絮凝搅拌过程顺利进行； (3)通断杆上部设有横杆，同时阴极板上部设置卡孔用以控制通断杆下落深度，与不同深度处的阳极板接触实现阳极跟进的效果，能够进一步提高废弃泥浆固结的效率；(4) 架立装置与阳极板接触部分设置弹簧等装置能够保证固结后将架立装置顺利回收重复利用，在一定程度上减少施工的成本，较为经济；(5)阴极板提供水平向排水通道，能够保证排水过程匀速进行且不易变形，能够长期使用，且自带过滤功能保证排出的水能够应用于其他施工环节；(6)絮凝装置兼有注入絮凝剂和搅拌的功能，能够简化施工工序，保证废弃泥浆与絮凝剂充分混合，保证其高效性；(7)采用先絮凝、后电渗的固结方式使电渗前泥浆保持酸性，增大电导率的同时能够降低电渗过程的能耗，保证废弃泥浆固结较为均匀；(8)设置上部为阴极板，下部为阳极板能够保证絮凝和电渗过程渗流方向一致，即排水方向自下而上，土体变形方向自上而下，在一定程度上能够减少紊流；(9)絮凝和电渗过程均会生成高活性吸附基团吸附水中的颗粒下沉，且水电解过程中在阴阳极分别生成H2和O2带出悬浮杂质，保证固液分离的效率和纯净度。

附图说明

图1是本发明的剖示图；

图2是本发明阴极板的附视图；

图3是本发明阴极板的剖示图；

图4是本发明阳极板的俯视图；

图5是本发明固定阳极板的剖示图；

图6是本发明絮凝装置的俯视图；

图7是本发明通断杆的剖示图；

图8是本发明端口架的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

一种联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置，包括：

架立装置1，构成整个装置的框架；

阴极板2，位于架立装置1的上部；

阳极板3，并行排列多个，位于架立装置1的下部；

絮凝装置4，架设于阴极板2上延伸至阴极板2和阳极板3之间；

电渗装置5，连接阴极板2和阳极板3构成电路；

抽水装置6，将装置内的水抽出。

所述阴极板2包括塑料排水板201、土工布202和铁板203，三者通过胶结的方式形成薄圆柱体，其中塑料排水板201作为骨架，凸侧与土工布202胶结用于过滤废弃泥浆中的杂质，另一侧与铁板203胶结形成不透水层，整体构成了水平向排水通道，所述阴极板2环侧进行密封处理同时侧壁留设小孔与抽水装置6连接；所述阳极板3为实心薄壁圆柱形铁板。

所述阴极板2中部开设贯穿孔口用于设置絮凝装置4，所述絮凝装置4包括电动机401、塑料旋杆402和控制圆盘403，所述塑料旋杆402杆体为上下贯通的空心结构，上部安装有电动机401，通电用以带动塑料旋杆402旋转，且塑料旋杆402上部外侧带有螺纹，通过连接内侧带有螺纹的玻璃控制圆盘403架设于阴极板2上部用以控制塑料旋杆402的入浆深度。

所述塑料旋杆402的下部端口弯折形成搅拌叶结构，通电旋转时用以搅拌废弃泥浆和絮凝剂。

所述架立装置1包括端口架101，所述端口架101周壁对称布设多根的塑料空心杆，顶端内接一个截面为直角三角形的塑料环，每根空心杆底部内径收缩与伸缩杆102形成套设关系的伸缩机构，通过侧壁的螺栓103实现伸缩位置固定，所述塑料空心杆顶端内接一个截面为直角三角形的塑料环，所述阴极板2设置在塑料环上实现固定；所述阳极板3上对应每根伸缩杆102的位置开设第二孔洞301，通过第二孔洞301穿过伸缩杆102，并通过限位机构实现固定。

所述限位机构包括在伸缩杆102上，位于阳极板3下方的位置处环周设置的多根支撑棒104，所述支撑棒104下端部与杆体通过转轴105连接，保证其可以向杆体侧边旋转，所述支撑棒104上端部与通过弹簧106与杆体连接，在所述阳极板3上第二孔洞301 的周边对应支撑棒104上端部位置开设凹槽，阳极板3穿过伸缩杆102后，支撑棒104 上端插入凹槽实现限位固定。

所述电渗装置5包括直流电源501、导线502和通断杆503，所述通断杆503为空心杆体，由端口架101侧边的塑料空心杆上端插入延伸至伸缩杆102，并在其底端设置导电球体504，所述导线502穿过杆体与导电球体504连接，导线502另一端连接直流电源501正极，同时直流电源501负极与阴极板2连接，所述伸缩杆102上对应每个第二孔洞301的位置均设为导电杆壁，使得导电球体504与阳极板3之间形成通路。

所述阴极板2上对应每根通断杆503的位置开设第一孔洞204，所述通断杆503上侧杆壁间隔设有多个限位横杆505，通过在第一孔洞204处限位用以控制其下沉深度。

所述抽水装置6包括抽水泵601、抽水管602和集水缸603，所述抽水管602与阴极板2侧壁的小孔连接，并依次连接抽水泵601和集水缸603。

通过上述的联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置处理废弃泥浆的方法，包括以下步骤：

S1、根据所需处理废弃泥浆的范围和深度确定装置数量和阳极板数量，将拼装好的装置按分布定位下沉并固定保持水平；

S2、分析所需处理的废弃泥浆选择合适的絮凝剂及配比后通过絮凝装置将液态的絮凝剂倒入，进行搅拌；

S3、搅拌完成后静置，静置的时间根据添加絮凝剂的用量来决定，随着絮凝剂用量的增加静置时间可减少，不小于三个小时；

S4、将通断杆沉入深度调至最大后通入直流电源进行电渗，同时打开抽水装置进行电渗排水，当持续一个小时内排水量几乎不再增加时断电并将通断杆上移，与上一层阳极板相连继续电渗，重复上述步骤直至最上层阳极板完成电渗后排水量几乎不再增加为止；

S5、断电后下压架立装置使其与阳极板脱离后抽出，拆开清洗后可进行重复利用，同时由于阴极板腐蚀相对较小在满足其功能的前提下也可重复利用。

如图1所示，根据所需处理废弃泥浆深度将端口架101与伸缩杆102相连确定好长度后用螺栓103固定，将阳极板3从伸缩杆102尖底端套入，按照先装上部后装下部的顺序进行，拉开伸缩杆102上与弹簧106相连的支撑棒104绕转轴105转到合适位置后卡进阳极板3底部凹槽用以固定。将阴极板2部件从上至下按照铁板203、塑料排水板 201、土工布202的顺序胶结在一起，同时侧部密封并留设孔洞与抽水管602相连后接上抽水泵601，抽水泵601的另一端连接集水缸603。将塑料旋杆402从底部穿入拼装好的阴极板2中部孔口后在上部旋入控制圆盘403进行固定，塑料旋杆402上部安装电动机401。将上述拼装好的阴极板2通过导线502与直流电源501负极相连后卡入端口架101上部，同时通断杆503通过导线502与直流电源501正极相连后插入端口架101 四周的塑料空心杆中，旋转调整至最大深度卡入阴极板2上卡孔固定，从而完成整个装置的拼接。将拼接好的装置放入废弃泥浆中固定平稳后即可使用。

如图2-3所示，阴极板2从上至下分别为铁板203、塑料排水板201和土工布202，三者胶结在一起同时侧部进行密封，留设孔洞用于连接抽水管602。阴极板2四周开设有四个特殊形状的卡孔(第一孔洞204)与固定端口架101四周的塑料空心杆固定，同时还可以用于控制固定通断杆503的沉入深度，中部开设孔洞用于放置固定絮凝装置4。

如图4-5所示，阳极板3为实心铁板，四周开设四个孔洞用于穿过伸缩杆102，同时底部留设凹槽通过伸缩杆102上与弹簧106和转轴105相连的支撑棒104实现固定。支撑棒104附近的杆体为铁质使阳极板3与通断杆503底部的导电球体相接触形成通路。

如图6所示，絮凝装置4的塑料旋杆402中部空心用以添加絮凝剂，底部为十字形，上部设置螺纹与控制圆盘403旋转连接用以固定，最上部安装电动机401带动旋杆旋转搅拌絮凝剂和废弃泥浆使其充分混合。

如图7所示，通断杆503空心，其间穿有导线502与底部导电球体相连，上部根据阳极板3的间距设置不同位置的横杆结合阴极板2上的卡孔用于控制其沉入废弃泥浆的深度。

如图8所示，端口架101由四根对称布设的塑料空心杆顶端内接一个塑料环用于固定放置阴极板2，同时塑料空心杆底部内径收缩用于连接伸缩杆102，用螺栓103进行固定。

本发明装置的具体使用方式如下：

(1)确定好所需处理废弃泥浆的面积和深度，设计所需装置的数量以及定位排布；

(2)按照图1所述将拼装好的装置下沉定位平稳；

(3)选择合适的絮凝剂种类及用量，调配成液体状；

(4)将调配好的絮凝剂从塑料旋杆402上端倒入后打开电动机401搅拌使其充分混合；

(5)搅拌完成后静置，使其自然沉淀；

(6)将通断杆503沉入深度调至最大后通入直流电源501进行电渗，同时打开抽水泵601进行电渗排水；

(7)当持续一个小时内排水量几乎不再增加时断电并将通断杆503上移，与上一层阳极板3相连继续电渗直至最上层阳极板3完成电渗后排水量几乎不再增加为止；

(8)固结完成后断电，下压架立装置1使其与阳极板3脱离后抽出，拆开清洗后可进行重复利用，同时由于阴极板2腐蚀相对较小在满足其功能的前提下也可拆下重复利用；

(9)密实填压废弃泥浆固结后的土体，同时可将集水缸603里的水利用于其他施工环节；

其中，主要操作机械包括起吊设备、抽水泵、发电装置、压实机，均为现有技术中常用的工程装置。

采用本方法的施工注意事项如下：

a、每次使用装置前应检查各部件锈蚀和连接情况，保证电路的完整性和有效性；

b、定位下沉装置时应缓慢进行，同时将装置底部插入持力层固定后进行平稳调整；

c、根据所需处理的废弃泥浆选择合适的絮凝剂配比及用量，保证达到所需絮凝效果和尽量缩短沉淀时间的前提下，控制絮凝剂的用量使固结施工更为经济。

d、搅拌过程中应控制电动机转速，保证其能够长时间有效的旋转，使絮凝剂与废弃泥浆充分混合；

e、搅拌完成后静置的时间根据添加絮凝剂的用量来决定，随着絮凝剂用量的增加静置时间可适当减少，一般不得小于三个小时；

f、电渗过程中为节能可以采用逐级加压的方式进行，但应以保证电渗排水的效率为前提，避免过度延长施工周期；

g、电渗排水过程中应密切注意抽水泵和集水缸的情况，保证排水顺利有效的进行；

h、施工完毕后拆除装置使应尽量避免过大的扰动；

i、废弃泥浆固化后产生的水只能用于其他施工环节，不得直接作为生活用水；

j、废弃泥浆固化后土体的碾压应就地进行，尽量避免长距离的运输使用。

Claims (2)

1.一种联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置，其特征在于，包括：

架立装置（1），构成整个装置的框架；

阴极板（2），位于架立装置（1）的上部；

阳极板（3），并行排列多个，位于架立装置（1）的下部；

絮凝装置（4），架设于阴极板（2）上延伸至阴极板（2）和阳极板（3）之间；

电渗装置（5），连接阴极板（2）和阳极板（3）构成电路；

抽水装置（6），将装置内的水抽出；

所述阴极板（2）包括塑料排水板（201）、土工布（202）和铁板（203），三者通过胶结的方式形成薄圆柱体，其中塑料排水板（201）作为骨架，凸侧与土工布（202）胶结用于过滤废弃泥浆中的杂质，另一侧与铁板（203）胶结形成不透水层，整体构成了水平向排水通道，所述阴极板（2）环侧进行密封处理同时侧壁留设小孔与抽水装置（6）连接；所述阳极板（3）为实心薄壁圆柱形铁板；

所述阴极板（2）中部开设贯穿孔口用于设置絮凝装置（4），所述絮凝装置（4）包括电动机（401）、塑料旋杆（402）和控制圆盘（403），所述塑料旋杆（402）杆体为上下贯通的空心结构，上部安装有电动机（401），通电用以带动塑料旋杆（402）旋转，且塑料旋杆（402）上部外侧带有螺纹，通过连接内侧带有螺纹的玻璃控制圆盘（403）架设于阴极板（2）上部用以控制塑料旋杆（402）的入浆深度；

所述塑料旋杆（402）的下部端口弯折形成搅拌叶结构，通电旋转时用以搅拌废弃泥浆和絮凝剂；

所述架立装置（1）包括端口架（101），所述端口架（101）周壁对称布设多根的塑料空心杆，顶端内接一个截面为直角三角形的塑料环，每根空心杆底部内径收缩与伸缩杆（102）形成套设关系的伸缩机构，通过侧壁的螺栓（103）实现伸缩位置固定，所述塑料空心杆顶端内接一个截面为直角三角形的塑料环，所述阴极板（2）设置在塑料环上实现固定；所述阳极板（3）上对应每根伸缩杆（102）的位置开设第二孔洞（301），通过第二孔洞（301）穿过伸缩杆（102），并通过限位机构实现固定；

所述限位机构包括在伸缩杆（102）上，位于阳极板（3）下方的位置处环周设置的多根支撑棒（104），所述支撑棒（104）下端部与杆体通过转轴（105）连接，保证其可以向杆体侧边旋转，所述支撑棒（104）上端部与通过弹簧（106）与杆体连接，在所述阳极板（3）上第二孔洞（301）的周边对应支撑棒（104）上端部位置开设凹槽，阳极板（3）穿过伸缩杆（102）后，支撑棒（104）上端插入凹槽实现限位固定；

所述电渗装置（5）包括直流电源（501）、导线（502）和通断杆（503），所述通断杆（503）为空心杆体，由端口架（101）侧边的塑料空心杆上端插入延伸至伸缩杆（102），并在其底端设置导电球体（504），所述导线（502）穿过杆体与导电球体（504）连接，导线（502）另一端连接直流电源（501）正极，同时直流电源（501）负极与阴极板（2）连接，所述伸缩杆（102）上对应每个第二孔洞（301）的位置均设为导电杆壁，使得导电球体（504）与阳极板（3）之间形成通路；

所述阴极板（2）上对应每根通断杆（503）的位置开设第一孔洞（204），所述通断杆（503）上侧杆壁间隔设有多个限位横杆（505），通过在第一孔洞（204）处限位用以控制其下沉深度；

所述抽水装置（6）包括抽水泵（601）、抽水管（602）和集水缸（603），所述抽水管（602）与阴极板（2）侧壁的小孔连接，并依次连接抽水泵（601）和集水缸（603）。

2.通过权利要求1所述的联合絮凝-电渗处理废弃泥浆的装置处理废弃泥浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据所需处理废弃泥浆的范围和深度确定装置数量和阳极板数量，将拼装好的装置按分布定位下沉并固定保持水平；

S2、分析所需处理的废弃泥浆选择合适的絮凝剂及配比后通过絮凝装置将液态的絮凝剂倒入，进行搅拌；

S3、搅拌完成后静置，静置的时间根据添加絮凝剂的用量来决定，随着絮凝剂用量的增加静置时间可减少，不小于三个小时；

S4、将通断杆沉入深度调至最大后通入直流电源进行电渗，同时打开抽水装置进行电渗排水，当持续一个小时内排水量几乎不再增加时断电并将通断杆上移，与上一层阳极板相连继续电渗，重复上述步骤直至最上层阳极板完成电渗后排水量几乎不再增加为止；

S5、断电后下压架立装置使其与阳极板脱离后抽出，拆开清洗后可进行重复利用，同时由于阴极板腐蚀相对较小在满足其功能的前提下也可重复利用。

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