CN112593563A - 电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法及装置 - Google Patents

电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法及装置，用于对电网建设过程中产生的废弃泥浆进行复合处理和填料利用，该方法包括以下步骤：将待填方区域划分为M层，并将每层划分为N个区块，进行分层分区块填筑；在填方区域的第m层第n区块上表面铺设“泥袋‑加筋‑排水”一体式土工织物；在两侧的土工泥袋中形成梯形围挡，同时设置排水管道；在塑料排水板的上方再铺设第二层土工布；在第二层土工布上表面浇筑高含水率废弃泥浆‑固化剂‑絮凝剂混合料，并进行预定时间的真空预压处理；完成第m层所有区块浇筑、密封、抽滤；完成所有层所有区块的处理。本发明实现了对不同含水率的LWM分别处理，显著提升了经济、社会和环境效益。

Description

电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法及装置
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及到电网建设废弃泥浆处理相关技术，具体涉及一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法及装置。
背景技术
随着国家电网建设规划的实施和深入，我国正迎来特高压交流骨干网架和跨区特高压直流工程建设、城乡配电网智能化建设改造投资的高峰期，大型变电站、输电线路和电缆隧道等工程的数量日益增多、规模愈发宏大。与之对应地，电网设施建设过程群桩基础、地下连续墙、泥水盾构式电缆隧道等工程的数量和规模更是惊人。然而，数量众多规模宏大的群桩基础、地下连续墙以及泥水盾构式电缆隧道等工程的施工与实践必然会带来巨量的流态废弃泥浆(渣)(Liquid Waste Mud，以下简称LWM，包括钻孔护壁泥浆、泥水盾构排出泥浆等)。据初步估计，我国各类电网设施建设年均会产生5000万方以上的高含水率LWM。随着各地政府环保意识的增强，泥浆随意排放的现象已被全面禁止，所以巨量高含水率LWM的末端处置困难重重。
现有技术中存在的主要问题和缺陷包括：
工程界尝试多种方法来处置LWM，主要包括：(1)堆场(或长期沉淀池)处理。该方法简单直接，但堆场(或长期沉淀池)周转周期长、占地过大问题让各地政府不堪重负(尤其是华东地区)。而且LWM也容易对周边江河湖库造成环境污染。(2)机械脱水减量后填埋。该方法能实现深度脱水、大大减量，但由于絮凝剂和助凝剂等药剂的掺入，脱水后的泥饼pH值高、板结严重且工程力学性质仍然很差，无法直接资源化利用，经雨水冲刷后容易造成污染物扩散，所以大多只能以填埋而告终，这样一来又加剧了当前填埋场/消纳场普遍超容量运营的严峻形势。另外，面对电网工程中宽级配LWM分散式分布、单体工程量较小的特点，传统机械脱水设备如板框式压滤机、卧式螺旋离心机等占地面积较大、运行成本较高、机动性较差，并且前期的泥水分离预处理程序繁琐，提升现场施工的难度，难以进行大规模推广应用。(3)化学固化处理。经过水泥、石灰等固化处理后的淤泥强度增长明显，可资源化利用为填料，国外已有较多应用案例。但需要注意的是，既有案例中淤泥含水率相对较低(一般＜1.5LL)，而LWM含水率超高，直接进行固化处理效果甚微。
总之，LWM常规处置方法往往会给国家带来难以承受的经济压力和环境风险，亟待研发顺应“以脱水为主的减量化、以改性为主的资源化”理念的大宗LWM处置利用新技术。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本发明提供了一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法及装置，实现了对不同含水率的LWM分别处理，大幅提升了LWM的处置体量；减少天然筑堤材料消耗的同时实现对LWM的资源化利用；还能显著提升经济、社会和环境效益。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，用于对电网建设过程中产生的废弃泥浆进行复合处理和填料利用，包括以下步骤：
步骤一，将待填方区域划分为M层，并将每层划分为N个区块，进行分层分区块填筑，M、N均为大于等于2的正整数；
步骤二，在填方区域的第m层第n区块上表面铺设两侧为土工泥袋、中间为土工织物的“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物，m、n均为大于等于1的正整数；
步骤三，将低含水率废弃泥浆和固化剂的混合料泵送至两侧的土工泥袋中形成梯形围挡，同时设置排水管道，并从一侧将排水总管引出；
步骤四，在“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物中的塑料排水板的上方再铺设一层土工布，即第二层土工布；
步骤五，在第二层土工布上表面浇筑高含水率废弃泥浆-固化剂-絮凝剂混合料，浇筑完成后在围挡与混合料上表面铺设一层密封膜，并开启真空泵进行预定时间的真空预压处理，同时在第m层第n+1区块上继续铺设“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物，接着，令n＝n+1；
步骤六，重复步骤二到步骤五，直至完成第m层所有区块浇筑、密封、抽滤，再令m＝m+1；
步骤七，重复步骤二到步骤六，直至完成所有层所有区块的处理。
优选地，所述“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物包括两侧的土工泥袋、中间的土工布与水平塑料排水板，其中，所述土工泥袋的上侧设有灌浆口，用于低含水率的废弃泥浆和固化剂的混合料的灌入，土工泥袋的下侧设有排水口，用于真空预压排水；所述土工布与水平塑料排水板缝合成一个整体。
优选地，所述水平塑料排水板按照0.8m-1.5m的间隔在土工布上铺设。
优选地，所述低含水率废弃泥浆的含水率低于180％，所述高含水率废弃泥浆的含水率高于180％。
优选地，步骤三和步骤五中，混合料的搅拌设定时间为45min-75min，转速为60r/min-120r/min。
优选地，步骤三和步骤五中，所述固化剂为普通硅酸盐水泥、高炉矿渣粉、生石灰、石膏当中的一种或多种按配比混合均匀而成。
优选地，步骤五中，所述絮凝剂包括有机絮凝剂、无机絮凝剂或复合絮凝剂。
优选地，所述废弃泥浆为电网建设工程中产生的流态废弃泥浆或泥渣。
一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用装置，该装置采用上述的电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法实现对废弃泥浆渣的资源化利用；该装置包括固化搅拌箱、絮凝固化搅拌箱、有机絮凝剂制备池及真空泵，所述固化搅拌箱与“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物相连，先在固化搅拌箱内将低含水率废弃泥浆与固化剂搅拌均匀，再通过泵送管将混合料直接灌注到两侧的土工泥袋中；在需要使用有机絮凝剂的时候，所述絮凝固化搅拌箱与有机絮凝剂制备池相连接，两者共同用于将高含水率废弃泥浆、固化剂及絮凝剂搅拌均匀以得到絮凝固化混合料；所述絮凝固化搅拌箱还用于将所述絮凝固化混合料浇填在第二层土工布上；所述真空泵用于完成对浇填区块的真空预压处理。
优选地，所述真空泵通过抽滤管与抽滤排水口连接并由真空预压控制阀控制抽滤真空度与抽滤时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)相较于传统的钢筋混凝土围挡，本发明开创性地提出了利用特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物和较低含水率的LWM制作围挡工艺，通过向土工泥袋中灌注较低含水率的LWM和固化剂混合料，快速填充形成梯形围挡，防止流塑态LWM测流，在实现大量LWM的资源化利用同时又能减少传统混凝土围挡建设的材料消耗，还能缩短围挡制造所需的时间。
(2)与传统化学固化工艺处理高含水率LWM相比，本发明在絮凝-固化联合处理的技术上引入了真空预压技术，通过絮凝作用使高含水率LWM快速絮凝成团并沉积，再结合真空预压技术实现高效排水，最后利用固化剂的胶结固化作用提升混合料的力学特性，从而实现LWM资源化利用的同时提升路堤承载力，减小路堤沉降。
(3)本发明在传统的路堤建设工艺中融入了纤维加筋技术，通过特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物、土工布与絮凝固化泥浆(渣)，形成双侧对拉式加筋土路堤，进而提高路堤边坡坡率，减小总的填方量(或减小固化剂的总用量)，进而降低填方工程的成本，还能有效减小路堤的不均匀沉降，提升路堤的整体稳定性。
(4)通过分层逐层浇筑、分区块逐步推进的方式，实现流水施工，大幅度地提高了施工效率，缩短了施工工期。
(5)本发明能实现对不同含水率的LWM分别处理，大幅提升了LWM的处置体量；减少天然筑堤材料消耗的同时实现对LWM的资源化利用；还能显著提升经济、社会和环境效益。
附图说明
图1是本发明所提供的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法的流程图。
图2是本发明所提供的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用装置的使用示意图。
图3是“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的铺设细节示意图。
图4是“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的关注过程状态示意图。
图5是“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的铺设平面示意图。
附图标记说明：1、高含水率LWM；2、泵送管；3a、无机絮凝剂与固化剂贮存仓；3b、固化剂储存仓；4a、无机絮凝剂与固化剂投料装置；4b、固化剂投料装置；5a、无机絮凝剂与固化剂流量阀；5b、固化剂流量阀；6、絮凝固化搅拌箱；7、电动机；8、有机絮凝剂流量阀；9、有机絮凝剂溶液；10、有机絮凝剂输送泵；11、出料管；12、低含水率LWM；13、有机絮凝剂制备池；14、固化搅拌箱；15、注浆口；16a、“泥袋、加筋、排水”一体式土工织物中的土工泥袋；16b、“泥袋、加筋、排水”一体式土工织物中的土工布(第一层)；17、抽滤排水口；18、排水管道；19、密封膜；20、絮凝固化泥浆(渣)混合料；21、固化泥浆(渣)混合料；22、第二层土工布；23、水平塑料排水板；24、真空预压控制阀；25、真空泵。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其流程如图1所示，采用装置如图2所示，按以下步骤进行：将填方工程划分为多个层段(层厚约为1m)，并在单个层段上划分为多个区块(长30m～50m，宽度示路堤宽度而定)；随后对第1层第1个区块铺设特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物(长10m～12m，宽6m～9m)，同时在固化搅拌箱中泵送一定量含水率低于180％的LWM，由固化剂投料装置和固化剂流量阀控制掺入设定量的固化剂(例如：粒化高炉矿渣掺入2.5％，水泥掺入12.5％，其中，掺量均为与干土颗粒质量的比值)，并在固化搅拌箱中以60r/min～120r/min的转速，搅拌45min～75min，以形成均匀的固化泥浆(渣)混合料；之后，通过泵送管与注浆口相连，直接将固化泥浆(渣)混合料注入土工泥袋内，直至填充满形成梯形围挡，再封闭注浆口；然后设置好特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物中间部分的水平塑料排水板的排水管道，统一排水接口朝向，将排水总管从土工泥袋下侧的排水管道中引出，再铺设第二层土工布并固定(防止絮凝固化泥浆(渣)混合料流入特制土工织物与第二层土工布的缝隙处)，铺设水平塑料排水板的同时在絮凝固化搅拌箱中泵送一定量含水率高于180％的LWM，由无机絮凝剂与固化剂投料装置和相应流量阀控制掺入设定量的无机絮凝剂和固化剂(按一定配合比设计，例如：聚合氯化铁掺入0.5％，粒化高炉矿渣掺入2.5％，水泥掺入12.5％)，并在絮凝固化搅拌箱中以60r/min～120r/min的转速，搅拌45min～75min，以形成均匀的絮凝固化泥浆(渣)混合料；然后在第二层土工布上浇筑絮凝固化泥浆(渣)混合料，浇筑完成后在围挡与混合料上表面覆盖一层密封膜，并开启真空泵进行预定时间(6h～12h)的真空预压处理，另外，在浇筑絮凝固化泥浆(渣)混合料的的同时即可开启第1层第2个区块特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的铺设，重复上述步骤，直至整个路堤浇筑完毕。“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的铺设如图3-图5所示。
实施例2
一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其流程如图1所示，采用装置如图2所示，按以下步骤进行：将填方工程划分为多个层段(层厚约为1m)，并在单个层段上划分为多个区块(长30m～50m，宽度示路堤宽度而定)；随后对第1层第1个区块铺设特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物(长10m～12m，宽6m～9m)，同时在固化搅拌箱中泵送一定量含水率低于180％的LWM，由固化剂投料装置和固化剂流量阀控制掺入设定量的固化剂(例如：粒化高炉矿渣掺入10.5％，水泥掺入3.75％，石膏掺入0.75％)，并在固化搅拌箱中以60r/min～120r/min的转速，搅拌45min～75min，以形成均匀的固化泥浆(渣)混合料；之后，通过泵送管与注浆口相连，直接将固化泥浆(渣)混合料注入土工泥袋内，直至填充满形成梯形围挡，再封闭注浆口；然后设置好在特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物中间部分的水平塑料排水板的排水管道，统一排水接口朝向，将排水总管从土工泥袋下侧的排水管道中引出，再铺设第二层土工布并固定(防止絮凝固化泥浆(渣)混合料流入特制土工织物与第二层土工布的缝隙处)，铺设水平塑料排水板的同时在絮凝固化搅拌箱中泵送一定量含水率大于180％的LWM，由无机絮凝剂与固化剂投料装置和相应流量阀控制掺入设定量的固化剂(例如：粒化高炉矿渣掺入10.5％，水泥掺入3.75％，石膏掺入0.75％)，并在絮凝固化搅拌箱中以60r/min～120r/min的转速，搅拌30min～40min，以形成均匀的固化泥浆(渣)混合料，再开启有机絮凝剂输送泵并通过有机絮凝剂流量阀精确控制有机絮凝剂溶液(例如：浓度为0.1～0.2％的聚丙烯酰胺溶液，按有机絮凝剂颗粒与水的质量比为1：1000配置形成溶液)的掺入量，并在絮凝固化搅拌箱中以60r/min～90r/min的转速，搅拌20min～30min，以形成均匀的絮凝固化泥浆(渣)混合料；然后在第二层土工布上浇筑絮凝固化泥浆(渣)混合料，浇筑完成后在围挡与混合料上表面覆盖一层密封膜，并开启真空泵进行预定时间(6h～12h)的真空预压处理，另外，在浇筑絮凝固化泥浆(渣)混合料的的同时即可开启第1层第2个区块特制“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的铺设，重复上述步骤，直至整个路堤浇筑完毕。“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物的铺设如图3-图5所示。
实施例3
一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用装置，如图2所示，包含以下内容：
泵送管2、无机絮凝剂与固化剂贮存仓3a、固化剂储存仓3b、无机絮凝剂与固化剂投料装置4a、固化剂投料装置4b、无机絮凝剂与固化剂流量阀5a、固化剂流量阀5b、絮凝固化搅拌箱6、电动机7、有机絮凝剂流量阀8、有机絮凝剂输送泵10、出料管11、有机絮凝剂制备池13、固化搅拌箱14、真空预压控制阀24、真空泵25。
低含水率LWM12通过泵送管2泵送至固化搅拌箱14，固化剂普通硅酸盐水泥/粒化高炉矿渣/生石灰/石膏等按一定配比搅拌均匀后贮存在固化剂贮存仓3b内，经过固化剂投料装置4b和固化剂流量阀5b，精确投入一定量的固化剂至固化搅拌箱14内，在电动机7的动力作用下搅拌均匀，搅拌均匀后的固化泥浆(渣)混合料21由出料管11和注浆口15注入到“泥袋、加筋、排水”一体式土工织物中的土工泥袋16a，当土工泥袋16a充满形成梯形围挡后封闭注浆口15。当某一区块围挡形成后，联通水平塑料排水板23的排水通道，统一排水接口朝向，并将排水总管从土工泥袋16a下侧的排水管道18接出，再铺设第二层土工布22并固定；联接排水通道时，高含水率LWM1通过泵送管2被送至絮凝固化搅拌箱6；若采用无机絮凝剂，则关闭有机絮凝剂输送泵13和有机絮凝剂流量阀8，无机絮凝剂与固化剂贮存仓3a内存储按一定配比且搅拌均匀而成的无机絮凝剂(聚合氯化铁/聚合氯化铝等)和固化剂(普通硅酸盐水泥/粒化高炉矿渣/生石灰/石膏等)，经过无机絮凝剂与固化剂投料装置4a和无机絮凝剂与固化剂流量阀5a，精确投入一定量的无机絮凝剂和固化剂混合试剂至絮凝固化搅拌箱6内，在电动机7的动力作用下一次性搅拌均匀形成絮凝固化泥浆(渣)混合料20；若采用有机絮凝剂，则打开有机絮凝剂输送泵13和有机絮凝剂流量阀8，此时无机絮凝剂与固化剂贮存仓3a内仅存储按一定配比且搅拌均匀的固化剂(普通硅酸盐水泥/粒化高炉矿渣/生石灰/石膏等)，经过无机絮凝剂与固化剂投料装置4a和无机絮凝剂与固化剂流量阀5a，精确投入一定量的固化剂至絮凝固化搅拌箱6内，在电动机7的动力作用下完成第一次搅拌，再由有机絮凝剂流量阀8送入一定量的有机絮凝剂溶液9(聚丙烯酰胺溶液)，经电动机7第二次搅拌均匀后形成絮凝固化泥浆(渣)混合料20，再从出料管11浇筑到第二层土工布22上。浇筑完成后在絮凝固化泥浆(渣)混合料20上表面铺设密封膜19，真空泵25通过抽滤管与抽滤排水口17连接，并由真空预压控制阀24控制抽滤真空度与抽滤时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，用于对电网建设过程中产生的废弃泥浆进行复合处理和填料利用，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将待填方区域划分为M层，并将每层划分为N个区块，进行分层分区块填筑，M、N均为大于等于2的正整数；
步骤二，在填方区域的第m层第n区块上表面铺设两侧为土工泥袋、中间为土工织物的“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物，m、n均为大于等于1的正整数；
步骤三，将低含水率废弃泥浆和固化剂的混合料泵送至两侧的土工泥袋中形成梯形围挡，同时设置排水管道，并从一侧将排水总管引出；
步骤四，在“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物中的塑料排水板的上方再铺设一层土工布，即第二层土工布；
步骤五，在第二层土工布上表面浇筑高含水率废弃泥浆-固化剂-絮凝剂混合料，浇筑完成后在围挡与混合料上表面铺设一层密封膜，并开启真空泵进行预定时间的真空预压处理，同时在第m层第n+1区块上继续铺设“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物，接着，令n＝n+1；
步骤六，重复步骤二到步骤五，直至完成第m层所有区块浇筑、密封、抽滤，再令m＝m+1；
步骤七，重复步骤二到步骤六，直至完成所有层所有区块的处理。
2.根据权利要求1所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：所述“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物包括两侧的土工泥袋、中间的土工布与水平塑料排水板，其中，所述土工泥袋的上侧设有灌浆口，用于低含水率的废弃泥浆和固化剂的混合料的灌入，土工泥袋的下侧设有排水口，用于真空预压排水；所述土工布与水平塑料排水板缝合成一个整体。
3.根据权利要求2所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：所述水平塑料排水板按照0.8m-1.5m的间隔在土工布上铺设。
4.根据权利要求1所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：所述低含水率废弃泥浆的含水率低于180％，所述高含水率废弃泥浆的含水率高于180％。
5.根据权利要求1所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：步骤三和步骤五中，混合料的搅拌设定时间为45min-75min，转速为60r/min-120r/min。
6.根据权利要求1所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：步骤三和步骤五中，所述固化剂为普通硅酸盐水泥、高炉矿渣粉、生石灰、石膏当中的一种或多种按配比混合均匀而成。
7.根据权利要求1所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：步骤五中，所述絮凝剂包括有机絮凝剂、无机絮凝剂或复合絮凝剂。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法，其特征在于：所述废弃泥浆为电网建设工程中产生的流态废弃泥浆或泥渣。
9.一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用装置，其特征在于：该装置采用如权利要求1-8中任一项所述的电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用方法实现对废弃泥浆渣的资源化利用；该装置包括固化搅拌箱、絮凝固化搅拌箱、有机絮凝剂制备池及真空泵，所述固化搅拌箱与“泥袋-加筋-排水”一体式土工织物相连，先在固化搅拌箱内将低含水率废弃泥浆与固化剂搅拌均匀，再通过泵送管将混合料直接灌注到两侧的土工泥袋中；在需要使用有机絮凝剂的时候，所述絮凝固化搅拌箱与有机絮凝剂制备池相连接，两者共同用于将高含水率废弃泥浆、固化剂及絮凝剂搅拌均匀以得到絮凝固化混合料；所述絮凝固化搅拌箱还用于将所述絮凝固化混合料浇填在第二层土工布上；所述真空泵用于完成对浇填区块的真空预压处理。
10.根据权利要求9所述的一种电网建设废弃泥浆就地复合处理与填料利用装置，其特征在于：所述真空泵通过抽滤管与抽滤排水口连接并由真空预压控制阀控制抽滤真空度与抽滤时间。
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