CN114105434A - 一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境工程技术领域，一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，该方法较好地匹配了脱水技术的特点和工厂废渣脱水处理限制条件的特点，利用负压和废渣自重完成脱水；与采用挤压脱水等机械脱水方式相比，大幅度节省了脱水能耗，并能满足脱水的时间限制。将负压吸滤脱水与废渣自重压滤脱水结合，优势互补。采用排水层与废渣层相间逐层堆积的方法，一方面利用废渣的自重，使废渣在压力作用下继续脱水，与真空负压的脱水效应叠加，从而可以减少真空负压脱水的时间和能耗；另一方面提高了废渣的自身承载力，可以进一步增加上覆废渣堆重，而堆重的增加又进一步提高了下层废渣的排水量和承载力。

Description

一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法。

背景技术

在一些工业生产过程中，会排弃大量渗透系数低于10-4cm/s、细粒、高含水率的废渣泥浆。通常这些废渣泥浆需要存放于坝体拦截的废渣库中。这些废渣的堆存占用土地、污染环境；且存放这种流动态废渣泥浆的废渣库，如同水库坝体需要承受巨大的水平荷载，一旦溃坝将造成巨大的人民生命财产的损失，因此废渣库的运行和维护需要支付高额成本；更为严重的是，废渣库的扩容占地越来越难以获得。欲将这类工业废渣无害化处理或资源化利用，都必须先对其进行脱水。目前，对于这类大体量、低渗透系数、高含水量的废渣尚无经济有效的脱水方法。现有工厂生产线也有使用机械压滤脱水、离心脱水、烘干脱水等技术，然而这些技术处理成本过高，这些废渣处理技术难以被企业所接受。

土木工程领域中，针对高含水率软土地基，为提高其承载力，一般采用基于土力学排水固结理论所建立的方法。根据土力学排水固结原理，高含水率的软粘土地基在低于其承载力的持续压力的挤压作用下，其中的水分会逐步排出；排水的速率与其排水路径的长度呈负指数相关关系，如果在软土地基中设置较多的排水通道，缩短排水路径就可大幅度提高地基的排水速率；在压力作用下，随着水的排出、软土地基的孔隙量减少，地基承载力会逐步提高。所施加的压力必须与软土地基的承载力相匹配，压力过大或加载速率太高，都将造成软土地基中的孔隙水压力过高，从而导致软土地基的结构破坏，使其承载力下降或丧失。另一方面，当软土含水率很高时，即其承载力过低无法承受上覆压力。在这种情况下，则可以采用负压将软土地基中的水分吸出，使其承载力提高。本发明借用该排水固结理论提出了一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，对废渣浆体相继使用负压吸水和利用废渣浆体自重挤压排水，实现对废渣浆体的脱水。从而，将坝体拦蓄流动态浆体的废渣堆存方式转变为可自立废渣的堆筑方式，不仅实现废渣的大幅度减量，而且降低了尾矿库运行的安全风险和运行费用。

发明内容

本发明所要解决无法高效且低成本进行废渣脱水的技术问题，提供了一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，该方法大幅度节省了脱水能耗，大幅度降低成本，并且使废渣堆高进一步提升，节省废渣处理过程和堆存占地面积。

为本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，包括以下步骤：将一组按设计给定间隔、平行、水平布置的渗滤型排水通道构成的排水层和设计给定厚度的渣浆层，按设计基于下层渣浆脱水而强度提高的状况所规定的堆筑速率，逐层相间叠落于一底部和周壁能隔水隔气的渣浆围挡体中，直至设计给定的堆高；

其间，从最底层的渣浆层开始递次逐层完成：

将排水层中所有的渗滤型排水通道连接于抽吸管道，所述的抽吸管道与流体抽吸负压源连通；通过抽吸管道对排水层中渗滤型排水通道抽吸流体，对其层间的渣浆层施加负压；将该渣浆层中的水分通过渗滤型排水通道吸出，使流态或流塑态的渣浆初步脱水，并转变为有一定自立程度的软塑态废渣；

当渣浆层含水率达到设计给定指标后按设计的程序，关闭其中渗滤型排水通道与流体抽吸负压源的联系；并在设计给定的时间使该排水层的渗滤型排水通道与外界大气连通，利用其上渣浆的重力挤压，驱使该层渣浆层中剩余水量通过渗滤型排水通道进一步排出，最终实现渣浆预定的脱水的目标；

按照所述①-②步骤，对各渣浆层递次逐层实施脱水，最终使所堆筑的渣浆层全体实现脱水目标。

作为优选，渗滤型排水通道优选为同步同压渗滤型排水通道，所述的同步同压渗滤型排水通道包括主管道和多个管壁与外界连通的连通部；所述的多个连通部并联连接于所述的主管道的管壁上，且每个连通部与主管道相连通；连通部为管壁设置有多个微孔的管；连通部的管长为0~100cm，连通部的外侧包覆有滤层。

作为优选，当所述的连通部的管长为0cm时，所述的同步同压渗滤型排水通道即为主管道的管壁上规则排列设置有多个与外界连通的孔，且主管道外侧包覆滤层。

作为优选，所述的同步同压渗滤型排水通道的主管道两侧的管壁上分别设置有多个规则排列的小孔，所述的连通部为两条由正反向的凹槽并列构成的条带；两条所述的条带设置在主管道有小孔的两侧；每条条带上的每个凹槽端口分别与主管道上的其中一个小孔连通；条带的外侧包覆有滤层。

作为优选，所述的同步同压渗滤型排水通道优用聚合物制作。

作为优选，所述的每个排水层中的各渗滤型排水通道连接于至少一根排水支管，排水支管通过柔性管（可为波纹管）穿过渣浆围挡体后连接有三通接口；所述的三通接口分别连接所述的抽吸管道和大气连通部道；所述的抽吸管道上设置有压力表和抽出开关；所述的大气连通部道上设置有出气开关。

作为优选，一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，实施方式包括如下步骤：

1）在拟堆筑废渣的场地周边构建一渣浆围挡体，在渣浆围挡体的内场底面以及渣浆围挡体内或外布设隔水隔气层；

2） 在渣浆围挡体的内场底面隔水隔气层上设置一组由按设计给定间隔、平行、水平布置的渗滤型排水通道构成的第一排水层，将第一排水层上所有渗滤型排水通道连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道；在第一排水层上注入渣浆以形成第一渣浆层，但当该层渣浆的注入厚度，能够在其下第一排水层实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可进行步骤3）的工作；

3）通过抽吸管道按设计给定的负压值对第一排水层施加负压吸滤抽水；其间可按设计给定的注浆速率继续向渣浆围挡体中注入废渣浆，直至渣浆面到达设计给定厚度，形成第一渣浆层，在第一渣浆层上面按2）所述要求布设第二排水层；在第二排水层上继续注入渣浆以形成第二渣浆层，但当该层渣浆的注入厚度，能够在其下层第二排水层实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可进行步骤4）的工作；

4）在各层渣浆经负压脱水的效果满足设计要求的条件下，按步骤2）~步骤3）的方法和要求重复操作进行后续各上层渣浆注入和负压脱水工作，直至达到设计给定的堆筑体厚度；在顶层渣浆表面铺设一层隔水隔气层，与渣浆围挡体所覆隔水隔气层共同使渣浆围挡体内形成气密水密条件；

5）当第一渣浆层中脱水量满足设计要求后，停止对第一排水层施加负压吸滤抽水，但仍需保持第一排水层处于密闭状态；当第二渣浆层脱水量满足设计要求后，可以停止对第二排水层施加负压吸滤抽水，但仍需保持第二排水层处于密闭状态；同时可以将第一排水层与大气联通，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从第一排水层排出；

6）按步骤5）所述的程序和要求，递次对其上各渣浆层逐步停止对后续各层排水层施加负压吸滤抽水，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从排水层排出，直至废渣堆筑体中含水率满足设计要求，即完成废渣浆体除污脱水工作。

作为优选，所述的渣浆层底面的排水层中的渗滤型排水通道与渣浆层顶面的排水层中的渗滤型排水通道为相同的方向或相互正交的方向排列。

采用上述技术方案的一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，该方法较好地匹配了工厂废渣是逐步排出、脱水处理时间限制较宽松的特点和所采用的脱水技术须逐步对废渣加载和脱水时间较长的技术特点，利用负压和废渣自重完成脱水；与采用挤压脱水等机械脱水方式相比，大幅度节省了脱水能耗，并能满足脱水的时间限制。

将负压吸滤脱水与废渣自重压滤脱水结合，优势互补。针对流动态废渣浆体没有承受上部荷载的能力，采用负压吸滤脱水技术可将流动态废渣浆体脱水获得一定的承载能力；进而利用上覆废渣重量挤压废渣对废渣进一步脱水。从而可进一步节省负压脱水的能耗，并能满足脱水的时间限制。

采用排水层与废渣层相间逐层堆积的方法，一方面利用废渣的自重，使废渣在压力作用下继续脱水，与真空负压的脱水效应叠加，从而可以减少真空负压脱水的时间和能耗；另一方面废渣脱水提高了自身承载力，可以进一步增加上覆废渣堆重，而堆重的增加又进一步提高了下层废渣的排水量和承载力，如此循环，逐步增加废渣堆高，从而可以使废渣堆高大幅度提升。

综上所述，本发明的优点是节省脱水能耗，降低成本，节省废渣处理过程和堆存占地面积。

附图说明

图1~图4是本发明的负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水堆积的结构示意图。

图5是本发明中优选的同步同压渗滤型排水通道的结构示意图。

图6是本发明中图5的同步同压渗滤型排水通道A方向的结构示意图。

图7是本发明中图6的同步同压渗滤型排水通道B方向的剖视图。

图8是本发明中气液抽出体系的平面示意图。

图9位本发明中气液抽出体系的剖面示意图。

其中：1、渣浆围挡体；11、薄垫层；2、隔水隔气层； 3、排水层；31、第一排水层；32、第二排水层；33、第三排水层；34、第四排水层；35、第五排水层；4、渣浆层；41、第一渣浆层；42、第二渣浆层；43、第三渣浆层；44、第四渣浆层；5、同步同压渗滤型排水通道；50、柔性管；51、主管道；52、连通部；521、滤层；53、条带；531、排水支管；6、抽吸管道；61、压力表；62、抽出开关；7、大气连通部道；71、出气开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明所要脱水的工业废渣是指渗透性低于10^-4cm/s的流态-流塑态、细颗粒、高含水率的废渣。

如图1至图4所示，一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，该方法依次通过以下步骤：

先构筑指定厚度的渣浆围挡体1，在所述的渣浆围挡体1的内场底面以及渣浆围挡体1内侧布设隔水隔气层2；在渣浆围挡体1底部设置一组按设计给定间隔、平行、水平布置的渗滤型排水通道构成的排水层3；在所述的第一排水层3上再注入设计给定厚度的渣浆形成渣浆层4；按设计基于下层渣浆脱水而强度提高的状况所规定的堆筑速率，排水层3与渣浆层4逐层相间叠落，并将各排水层3上所有的渗滤型排水通道连接于抽吸管道6；所述的抽吸管道6与流体抽吸负压源连通。

其间，从最底层的渣浆层4开始递次逐层完成如下工作：

通过抽吸管道6对渗滤型排水通道层间的渣浆层4施加负压，在负压作用下，将该渣浆层4中的水分通过渗滤型排水通道吸出，使流态或流塑态的渣浆初步脱水，并转变为有一定自立程度的软塑态废渣；

当渣浆层含水率达到设计给定指标后按设计的程序，关闭其中排水层3上的渗滤型排水通道与流体抽吸负压源的联系；并在设计指定的时间使该排水层3的渗滤型排水通道与外界大气连通，利用其上渣浆的重力挤压脱除该层渣浆层4中剩余水量，即令废渣中的残余水分在其上废渣重力的驱使下，通过渗滤型排水通道进一步挤出，最终实现该渣浆层4预定的脱水目标。

按照上述①-②步骤，对各渣浆层4递次逐层实施脱水，最终使所堆筑的渣浆层全体实现脱水目标。

所述的渣浆层底面的排水层中渗滤型排水通道与渣浆层顶面的排水层中渗滤型排水通道可以以相同的方向排列，也可以是渣浆层底面的排水层中渗滤型排水通道的排列方向与渣浆层顶面的排水层中渗滤型排水通道的排列方向相互正交。设置水平向的排水通道一方面是可以减小排水路径的长度，提高排水速率；另一方面，水平向的排水通道还对堆筑体起到横向增强的作用，可以提高堆筑体的稳定性；因此当各层排水通道的排列方向相互正交时更有利于提高堆筑体各个侧面的稳定性。

排水通道的间隔、渣浆层厚、渣浆堆筑速率以及最终堆高、真空负压源关闭时间，需根据废渣的渗透性等物理化学性质以及除污排水工期要求，以保证堆筑体稳定为原则，经试验确定。

上述描述的具体步骤：

1）在拟堆筑废渣的场地周边堆筑一渣浆围挡体1，渣浆围挡体1可以是用能够自立的废渣堆筑围堰，也可以用其它材料构成。围堰初始厚度以0.5~3米间为宜，由如下因素控制：第一：注入渣浆后，围堰结构维持稳定；第二：相应层厚的渣浆脱水周期需满足设计要求。围堰的面积宜根据工厂废渣浆的排出速率确定，使废渣浆注入围堰的速率与对废渣浆进行脱水的速率相匹配。在围堰的内场底面以及围堰内或外布设隔水隔气层2，隔水隔气层2可以隔水隔气土工膜，也可以是其他水密气密材料。隔水隔气层2的目的是：第一：防止废渣中的污染物渗入地下，第二：使围堰内形成气密水密条件。

2）在围堰中注入渣浆形成一层薄垫层11；在薄垫层11上设置一组由按设计给定间隔、平行、水平布置的同步同压渗滤型排水通道5构成的第一排水层31，在第一排水层31上再注入给定厚度的渣浆形成第一渣浆层41；在第一渣浆层41上再设置一组由同步同压渗滤型排水通道5构成的第二排水层32；排水层3中的同步同压渗滤型排水通道5可以是其长度贯通围堰宽度（也可以是围堰长度）的连续体，也可以是分段衔接贯通围堰宽度（或是围堰长度）。第一排水层31和第二排水层32上所有同步同压渗滤型排水通道5的两端头与抽吸管道6密闭连接，抽吸管道6与流体抽吸负压源（如真空泵、射流泵等）连通的。也可以将同步同压渗滤型排水通道5的一个端头封闭，另一个端头与抽吸管道6密闭连接，抽吸管道6与流体抽吸负压源（如真空泵、射流泵等）连通的。在第二排水层32上继续注入指定厚度的渣浆后形成第二渣浆层42，但当该层渣浆的注入厚度，能够在其下第二排水层32实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可进行3）所述的工作。（事实上，在注入渣浆层41时，当该层渣浆的注入厚度，能够在其下第一排水层31实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，也可提前进行步骤3）所述的工作）。

3）对步骤2、中所述的第一排水层31和第二排水层32，通过抽吸管道6施加负压吸滤抽水，使排水体上下的渣浆中的水排出；其间可同时按设计给定的注浆速率继续向围堰中注入废渣浆，直至渣浆面到达设计给定的渣浆层高，形成第二渣浆层42，在第二渣浆层42上面布设第三排水层33；在第三排水层33上继续注入渣浆以形成第三渣浆层43，但当该层渣浆的注入厚度，能够在其下层第三排水层33实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可进行步骤4、所述的工作。

4）按照步骤3）所述的方法重复操作，直至某一新增渣浆层4顶面接近初始围堰顶面，在围堰顶面上，按相同的堆筑方法和堆筑要求再堆筑设定厚度的围堰，上层围堰各边的位置可按设计要求尺寸适当内移，以使整个堆筑体形成上小下大的体型，以利于保持堆筑体的整体稳定性；按设计给定的注浆速率向围堰中注入废渣浆，当该层浆体的注入厚度，能够在其下层排水层4实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可上述方法继续后续各层的工作。

5）在各层渣浆经负压脱水的效果满足设计要求的条件下，重复步骤3）和步骤4）的方法和要求进行后续各上层围堰堆筑、渣浆注入和负压脱水工作，直至达到设计给定的堆筑层数；在顶层渣浆表面铺设一层隔水隔气土工膜（或其它水密、气密材料），与围堰所覆隔水隔气土工膜共同使围堰内形成气密水密条件。

6）其间，当第一渣浆层41中脱水量满足设计要求后，可以停止对第一排水层31施加负压吸滤抽水，但宜仍保持第一排水层31处于密闭状态；当第二渣浆层42脱水量满足设计要求后，可以停止对第二排水层32施加负压吸滤抽水，但宜仍保持第二排水层32处于密闭状态；同时可以将第一排水层31与大气联通，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从排水板排出。

7）按步骤6、所述程序和要求，递次对其上各渣浆层4逐步停止对后续各层排水层3施加负压吸滤抽水，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从排水层3排出，直至废渣堆筑体中含水率满足设计要求，即完成废渣脱水工作。

以上步骤2）、步骤3）、步骤5）、步骤6）和步骤7）各条中所述设计给定的相关要求，系基于排水固结理论以及相关试验得到的相关参数，计算得出因渣浆含水率减少而产生的渣浆强度增量，进而基于渣浆强度及强度增量根据土坡稳定理论计算得到的各阶段渣浆堆筑体的整体稳定性而提出。

渗滤型排水通道指可以滤除废渣细颗粒，只允许水分渗入并可以流通的排水通道，包括但不限于以下几种构型：自身带有细密微孔的透水管、带有滤层的管壁有透水孔的水管、市售塑料排水板、装有颗粒状材料的条袋、以及通过在废渣表面设置的沟槽体系中填砂等透水材料构成的排水通道等。但优选渗滤型排水通道为如图5至图7所示的同步同压渗滤型排水通道5；同步同压渗滤型排水通道5是指当其被埋置于渣浆中时，在其长度范围内，可以同步同压向渣浆中施加负压；且可以滤除废渣细颗粒，只允许水分渗入并可以流通的排水通道。

如图5至图7所示，同步同压渗滤型排水通道5包括主管道51和多个与外界连通的连通部52；主管道51的直径或短边尺寸为0.5cm~10cm，多个连通部52规则排列设置、并联连接于主管道51的管壁上；每个连通部52与主管道51相连通，连通部52可以是管壁设置有多个微孔的直径或短边尺寸为0.01mm至50mm的管，也可以是最小边长为0.01mm至50mm的矩形凹槽，也可以是横截面圆弧部分的直径为0.01mm至50mm的凹槽，还可以是横截面呈矩形与部分弧形组合的凹槽，还可以是横截面呈任意几何形状的凹槽。

连通部52的管、槽长为0~100cm，连通部52外侧包覆有滤层521。当连通部52的管、槽长为0cm时，同步同压渗滤型排水通道5即为主管道51的管壁上规则排列设置有多个与外界连通的孔，且主管道51外侧包覆有滤层521。

同步同压渗滤型排水通道5的优选形式之一的示意图如图5至图7所示，同步同压渗滤型排水通道5的优选采用聚合物（塑料）制作，同步同压渗滤型排水通道5的主管道51的两侧的管壁上分别设置有多个规则排列的主管孔511，连通部52为两条呈波浪形排列的条带53，波浪形排列即为一系列正反方向相间的凹槽并列排列，两条条带53设置在主管道51有主管孔511的两侧；每条条带53上的每个凹槽端口与主管道51管壁上对应的每个连通主管孔511相连通；条带53的外侧还包覆有滤层521。

同步同压渗滤型排水通道5长度视工程场地需要确定；同步同压渗滤型排水通道5的两端连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6；也可以是同步同压渗滤型排水通道5的一端封闭，另一端连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6；还可以是在同步同压渗滤型排水通道5的主管道51上引出一条或多条连接管连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6。选择哪种形式主要是为保证在同步同压渗滤型排水通道5的长度范围内实现同步同压，这主要取决于同步同压渗滤型排水通道5的长度。如此构造的同步同压渗滤型排水通道5，将其与渣浆层4相间叠落时，当向渣浆层4中的同步同压渗滤型排水通道5施加抽吸负压时，在同步同压渗滤型排水通道5的长度范围内，其上所有连通部52都将以相同的压力向周围渣浆施加抽吸力，将渣浆中的液体吸出。

如图8和图9所示，每个排水层3中的同步同压渗滤型排水通道5连接于至少一根排水支管531，排水支管531通过柔性管50（可为波纹管）穿过渣浆围挡体1，排水支管51穿过渣浆围挡体1，一般低于该层同步同压渗滤型排水通道5，主要是考虑渣浆层脱水之后会发生沉降。排水支管531通过柔性管50穿过渣浆围挡体1后连接有三通接口；所述的三通接口分别连接所述的抽吸管道6和大气连通部道7；所述的抽吸管道6上设置有压力表61和抽出开关62；所述的大气连通部道7上设置有出气开关71。

当关闭出气开关71，打开抽出开关62，可以对相应层的同步同压渗滤型排水通道5进行气液抽出；当关闭抽出开关62，打开出气开关71，可以使相应层的注入排水通道6与大气连通。

实施例

在具体实施过程中，碱厂生产过程排弃的碱渣，含水率284%，颗粒细度50%<12μm，95%<20μm；渗透系数2.85

10^-6cm/s。目标值：碱渣含水率降低至100%。

根据废渣浆的注入速率，堆筑场地取30m宽，50m长。选择图5至图7所示形式的聚合物制作的同步同压渗滤型排水通道5，图中的条带53宽为10cm, 一系列正反方向相间的凹槽的高和宽均为2mm, 同步同压渗滤型排水通道5的主管道51的直径为2cm, 同步同压渗滤型排水通道5的主管道51对应的两侧管壁设有多个连通小孔511，条带53上的每个凹槽端口处与对应的一个连通小孔511相连通；条带53的外侧还包覆无纺布作为的条带滤层。

按以下步骤操作（如图1至图4所示）：

（一） 在拟堆筑废渣浆体的场地周边堆筑一围堰，围堰初始厚度以2.5m，在围堰内场地面以及围堰内壁布设一层隔水隔气土工膜；在围堰中注入渣浆形成10cm的薄垫层11，在该薄垫层11上与围堰短边平行按100cm间距、平行、水平布置同步同压渗滤型排水通道5构成第一排水层31，在第一排水层31上注入渣浆至1m高构成第一渣浆层41，在第一渣浆层41上再与围堰短边平行按100cm间距、平行、水平布置同步同压渗滤型排水通道5构成第二排水层32；排水层3中的同步同压渗滤型排水通道5的长度贯通围堰宽度；将各排水层3上所有同步同压渗滤型排水通道5的两端头密闭连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6；流体抽吸负压源选用射流泵。在第二排水层32上继续注入渣浆以形成第二渣浆层42，当该层渣浆的注入厚度大于50cm后，即可进行步骤（二）所述的工作，如图1所示。

（二） 通过抽吸管道6对第一排水层31和第二排水层32施加负压吸滤抽水；通过抽吸管道6施加的负压，尽可能保持在80kPa以上。其间继续向渣浆构筑物1中注入渣浆，直至本层渣浆厚度到达1m，形成第二渣浆层42，在第二渣浆层42上面按前述布设排水层3的方法布设第三排水层33；在第三排水层33上继续注入渣浆以形成第三渣浆层43，但当该层渣浆的注入厚度大于50cm后，即可进行步骤（三）所述的工作，如图2所示。

（三） 继续通过第一排水层31和第二排水层32对第一渣浆层41施加负压吸滤抽水；并将第二渣浆层42上面的第三排水层33连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6，对第二渣浆层42施加负压吸滤抽水。

（四） 当注入的渣浆接近1、所述的围堰顶面时，按照1、所述的方法和要求在围堰的顶部再堆筑2.5m高的围堰。

（五） 其间继续向围堰中注入废渣浆，直至本层渣浆厚度到达1m，形成第三渣浆层43，在第三渣浆层43上面布设第四排水层34；在第四排水层34上继续注入渣浆以形成第四渣浆层44，但当该层渣浆的注入厚度大于50cm后，即可进行步骤（六）所述的工作，如图3所示。

（六） 将第三渣浆层43上面的第四排水层34连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6，同时继续保持第二排水层32和第三排水层33与抽吸管道连通，对第二渣浆层42和第三渣浆层43施加负压吸滤抽水；当第一渣浆层41的含水率已下降至150%后，可关闭第一排水层31与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6，停止对其施加负压，但使第一排水层31保持密闭状态。

（七） 其间继续向围堰中注入废渣浆，直至本层渣浆厚度到达1m，形成第四渣浆层44，在第四渣浆层44上面布设第五排水层35；在第五排水层35上继续注入渣浆以形成第五渣浆层，但当该层渣浆的注入厚度大于50cm后，即可进行步骤（八）所述的工作，如图4所示。

（八） 将第四渣浆层44上面的第五排水层35连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6；同时继续保持第三排水层33和第四排水层34与抽吸管道6连通，对第三渣浆层43和第四渣浆层44施加负压吸滤抽水；当第二渣浆层42的含水率已下降至150%后，可关闭第二排水层32与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6，停止对其施加负压，但使第二排水层32保持密闭状态。此时可以将第一排水层31与大气联通，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从排水板排出。

（九） 在各层渣浆经负压脱水的效果满足设计要求的条件下，重复步骤（二）~步骤（八）的方法和要求递次进行后续各上层渣浆围堰堆筑、渣浆注入、负压脱水和重力压迫脱水的各项工作，直至达到设计给定的堆筑体厚度25层；在顶层渣浆表面须铺设顶层隔水隔气土工膜，与围堰所覆顶层隔水隔气土工膜共同使围堰内形成气密水密条件；废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从同步同压渗滤型排水通道5排出，直至废渣堆筑体中满足设计要求的100%含水率，即完成废渣脱水工作；堆筑体的上面几层重力不足，可以延长负压脱水之间。

本发明具有以下几点有益效果：

第一点：针对废渣堆放原本具备大面积堆场，且废渣浆脱水允许在较长的时间完成的特点，将土木工程领域中使用的软土地基真空预压加固和堆载预压加固的原理及成本低廉的技术移植应用于高含水率的废渣浆脱水，从而使工业废渣浆的脱水成本与现有机械脱水成本大幅度降低。由于这种工厂废渣的排出是逐步进行的，所以脱水工程允许较长的工期，且各废渣层是逐步叠落的；另一方面采用负压脱水和重力脱水需要一定的施压时间，且各废渣层的上覆荷载也需要逐步施加。本技术较好地匹配了脱水技术的特点和工厂废渣脱水处理限制条件的特点，利用负压和废渣自重完成脱水；与采用挤压脱水等机械脱水方式相比，大幅度节省了脱水能耗，并能满足脱水的时间限制。

第二点：将负压吸滤脱水与废渣自重压滤脱水结合，优势互补。针对流态~流塑态废渣没有承受压力的能力，利用负压吸滤脱水技术，将浆状废渣脱水、使其可以获得承载上覆废渣的能力；进而利用废渣自身重力对废渣进一步实施压滤脱水，大幅度减少了能耗、降低了成本。

第三点：设置水平排水通道，一方面缩短了排水路径，增加了排水速率；采用排水层与废渣层相间逐层堆积的方法，一方面利用废渣的自重，使废渣在压力作用下继续脱水，与真空负压的脱水效应叠加，从而可以减少真空负压脱水的时间和能耗；另一方面提高了废渣的自身承载力，可以进一步增加上覆废渣堆重，而堆重的增加又进一步提高了下层废渣的排水量和承载力，如此循环，逐步增加废渣堆高，从而可以使废渣堆高大幅度提升。另一方面，水平排水通道还对堆筑体起到横向增强的作用，可以提高堆筑体的稳定性，进一步增加堆高，如此可将废渣处理过程和堆存占地大幅度减少；

第四点：采用本技术对废渣脱水后，可以使废渣体积大幅度的减少，进而减少废渣堆场占地。

第五点：设备简单、施工简便，成本低廉。

Claims (8)

1.一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：将一组按设计给定间隔、平行、水平布置的渗滤型排水通道构成的排水层（3）和设计给定厚度的渣浆层（4），按设计基于下层渣浆脱水而强度提高的状况所规定的堆筑速率，逐层相间叠落于一底部和周壁能隔水隔气的渣浆围挡体（1）中，直至设计给定的堆高；

其间，从最底层的渣浆层（4）开始递次逐层完成：

将排水层（3）中所有的渗滤型排水通道连接于抽吸管道（6），所述的抽吸管道（6）与流体抽吸负压源连通；通过抽吸管道（6）对排水层（3）中渗滤型排水通道抽吸流体，对其层间的渣浆层（4）施加负压；将该渣浆层（4）中的水分通过渗滤型排水通道吸出，使流态或流塑态的渣浆初步脱水，并转变为有一定自立程度的软塑态废渣；

当渣浆层（4）含水率达到设计给定指标后按设计的程序，关闭其中渗滤型排水通道与流体抽吸负压源的联系；并在设计指定的时间使该排水层（3）的渗滤型排水通道与外界大气连通，利用其上渣浆的重力挤压，驱使该层渣浆层（4）中剩余水量通过渗滤型排水通道进一步排出，最终实现渣浆预定的脱水的目标；

按照所述①-②步骤，对各渣浆层（4）递次逐层实施脱水，最终使所堆筑的渣浆层全体实现脱水目标。

2.根据权利要求1所述的一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，其特征在于，所述的渗滤型排水通道优选为同步同压渗滤型排水通道（5），所述的同步同压渗滤型排水通道（5）包括主管道（51）和多个管壁与外界连通的连通部（52）；所述的多个连通部（52）并联连接于所述的主管道（51）的管壁上，每个连通部（52）与主管道（51）相连通；连通部（52）为管壁设置有多个微孔的管；连通部（52）的管长为0~100cm；连通部（52）的外侧包覆有滤层（521）。

3.根据权利要求2所述的一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，其特征在于，所述的连通部（52）的管长为0cm时，所述的同步同压渗滤型排水通道（5）即为主管道（51）的管壁上规则排列设置有多个与外界连通的孔，且主管道（51）外侧包覆滤层（521）。

4.根据权利要求2所述的一种大体量工业废渣浆体的除污脱水方法，其特征在于，所述的主管道（51）两侧的管壁上分别设置有多个间隔排列的主管孔（511），所述的连通部（52）为两条由正反向的凹槽并列构成的条带（53）；两条所述的条带（53）设置在主管道（51）有主管孔（511）的两侧；每条条带（53）上的每个凹槽端口分别与主管道（51）上的其中一个主管孔（511）连通；条带（53）的外侧包覆有滤层（521）。

5.根据权利要求2所述的一种大体量工业废渣浆体的除污脱水方法，其特征在于，所述的同步同压渗滤型排水通道（5）采用聚合物制作。

6.根据权利要求2所述的一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，其特征在于，所述的每个排水层（3）中的各同步同压渗滤型排水通道（5）连接于至少一根排水支管（531），排水支管（531）通过柔性管（50）穿过渣浆围挡体（1）后连接有三通接口；所述的三通接口分别连接所述的抽吸管道（6）和大气连通管道（7）；所述的抽吸管道（6）上设置有压力表（61）和抽出开关（62）；所述的大气连通管道（7）上设置有出气开关（71）。

7.根据权利要求1所述的一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，其特征在于，实施方式包括以下步骤：

1）在拟堆筑废渣的场地周边构建一渣浆围挡体（1），在渣浆围挡体（1）的内场底面以及渣浆围挡体（1）内或外布设隔水隔气层（2）；

2）在渣浆围挡体（1）的内场底面隔水隔气层（2）上设置一组由按设计给定间隔、平行、水平布置的同步同压渗滤型排水通道（5）构成的第一排水层（31），将第一排水层（31）上所有同步同压渗滤型排水通道（5）连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道（6）；在第一排水层（31）上注入渣浆以形成第一渣浆层（41），但当该层渣浆的注入厚度，能够在其下第一排水层（31）实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可进行步骤3）的工作；

3）通过抽吸管道（6）按设计给定的负压值对第一排水层31施加负压吸滤抽水；其间可按设计给定的注浆速率继续向渣浆围挡体（1）中注入废渣浆，直至渣浆面到达设计给定高度，形成第一渣浆层（41），在第一渣浆层（41）上面按2）所述要求布设第二排水层（32）；在第二排水层（32）上继续注入渣浆以形成第二渣浆层（42），但当该层渣浆的注入厚度，能够在其下层第二排水层（32）实施负压吸滤脱水过程中、在设计要求的时间内、可以形成气密条件时，即可进行步骤4）的工作；

4）在各层渣浆经负压脱水的效果满足设计要求的条件下，按步骤2）~步骤3）的方法和要求重复操作进行后续各上层渣浆注入和负压脱水工作，直至达到设计给定的堆筑体高度；在顶层渣浆表面铺设一层隔水隔气层，与渣浆围挡体（1）所覆隔水隔气层共同使渣浆围挡体（1）内形成气密水密条件；

5）当第一渣浆层（41）中脱水量满足设计要求后，停止对第一排水层（31）施加负压吸滤抽水，但宜仍保持第一排水层（31）处于密闭状态；当第二渣浆层（42）脱水量满足设计要求后，可以停止对第二排水层（32）施加负压吸滤抽水，但宜仍保持第二排水层（32）处于密闭状态；同时可以将第一排水层（31）与大气联通，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从第一排水层（31）排出；

6）按步骤5）所述的程序和要求，递次对其上各渣浆层（4）逐步停止对后续各层注水排水层（3）施加负压吸滤抽水，使废渣浆中剩余的水分在其上覆废渣的重力压迫下继续从排水层（3）排出，直至废渣堆筑体中含水率满足设计要求，即完成废渣浆体除污脱水工作。

8.根据权利要求1所述的一种负压与自重相继作用的工业废渣浆脱水方法，其特征在于，所述的渣浆层（4）底面的排水层（3）中的渗滤型排水通道与渣浆层（4）顶面的排水层（3）中的渗滤型排水通道为相同的方向或相互正交的方向排列。

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