一种疏浚泥水原位高效减容的方法及其装置与流程

本发明涉及一种疏浚泥水减容的方法，特别是涉及一种疏浚泥水原位高效减容的方法。本发明还涉及实现该疏浚泥水原位高效减容的方法的装置。

背景技术：

当前，针对水体疏浚产生的疏浚泥水，主要采用异位处理模式，即长距离吹送或驳运疏浚泥水至陆地堆场/处理场。然而，随着疏浚技术的突飞猛进，目前疏浚所用的挖泥船产率都比较大，如天津航道局“天鲸”号绞吸式挖泥船，挖泥量高达4500m³/h；即便是用于小水域环保疏浚的挖泥船，产量也比较大，如以结构紧凑、小水域适应能力强著称的美国Mudcat公司MC-2000型环保挖泥船，挖泥量也达600m³/h。在此条件下，异位处理所需堆场较大，并且相应的处理设备/构筑物规模也较大，处理成本高，不利于实施。因此，有必要对疏浚泥水进行原位的减容化处理，以削减后续处理处置工艺的规模。

疏浚泥水的原位减容技术与方法，关键在于高效的固液分离效率。目前，针对污泥水的固液分离技术方法可分为2类：一类是以重力浓缩和机械浓缩为主的传统浓缩技术；一类是浓缩效率和浓缩时间均优于传统浓缩技术的一体化浓缩设备，如流化床浓缩、水力旋流造粒浓缩，在中国专利(公开号CN2600432，黄廷林等；公开号CN102078708A，张建峰等)中均有公开。第一类技术方法所需浓缩时间较长，一般在数小时以上，无法实现疏浚现场的原位处理。第二类技术尽管浓缩时间得到大幅降低，但一般也在0.5小时以上，设备体积和所需占地面积都较大，在疏浚船舶上实施存在一定难度。

中国专利(公开号CN103288324A，蒋昌波等)公开了“一种疏浚泥水原位固液分离的方法及装置”。该装置以水力旋流造粒浓缩和带式压滤为核心，通过水力旋流实现混凝药剂与疏浚泥水的快速反应，并在水力旋流造粒装置内同步完成泥水浓缩和脱水预处理，过程紧凑且彼此独立，不会相互影响，从而实现了装置连续运做；水力旋流造粒装置所得浓缩泥渣直接进行带式压滤脱水，实现疏浚泥水在疏浚船舶上的即时高效固液分离。但该装置出水的悬浮物浓度较高，难以满足目前我国疏浚行业执行的《污水综合排放标准》(GB8978-96)三级标准值400mg/L。

水力旋流器是一种通用分离设备，具有占地面积小、处理能力大、分离效率高和无运动部件等优点，已被广泛应用于矿冶、石化、食品和环境等领域的固液分离单元操作。水力旋流器对疏浚泥水的高效快速固液分离效果已得到证实。Park K.H.等采用水力旋流器处理疏浚泥水，实现了减容90％左右，但水力旋流器溢流液悬浮物浓度也较高，需要经占地面积较大的气浮装置处理之后，才能达到排入水体的标准。

迄今为止，尚未见既能实现疏浚泥水高效浓缩减容，同时出水又能满足《污水综合排放标准》(GB8978-96)三级标准的疏浚泥水原位处理技术与装备的相关报道。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种体积小、占地面积小、固液分离效率高且出水可直接排放到水体的疏浚泥水原位高效减容的方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该浚泥水原位高效减容的方法的装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的疏浚泥水原位高效减容的方法，在疏浚船舶上设置两级串联水力旋流系统，离心脱水机与两级串联水力旋流系统直接相连，疏浚船舶抽吸的疏浚泥水与来自混凝剂混合投加系统的混凝剂混合后进入两级水力旋流系统进行浓缩减容处理，减容后的浓缩排泥排入离心脱水机脱水，溢流清液直接排入水体。

具体地，利用疏浚船舶的泥泵抽吸疏浚泥水，疏浚泥水与来自混凝剂混合投加系统的混凝剂混合后，进入两级串联水力旋流系统的一级水力旋流器进行固液分离，得到浓缩泥渣和一级溢流清液；一级溢流清液与来自混凝剂混合投加系统的混凝剂混合后，进入两级串联水力旋流系统的二级水力旋流器进行固液分离，得到浓缩泥渣和二级溢流清液；二级溢流清液直接排入水体，浓缩泥渣与一级水力旋流器的浓缩泥渣合并后，进入离心脱水机进行离心脱水；脱水泥饼驳运至陆地处置，脱水滤液一部分直接排入水体，一部分送入混凝剂混合投加系统配置混凝剂。

混凝剂混合投加系统包括阴离子PAM和阳离子PAM，阴离子PAM投加点位于一级水力旋流器之前，阳离子PAM投加点位于二级水力旋流器之前。

所述阴离子PAM分子量在200～500万之间，所述阳离子PAM分子量在1000～2000万之间。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现疏浚泥水原位高效减容的方法的装置，包括泥泵、混凝剂混合投加系统、两级串联水力旋流系统和离心脱水机，所述的两级串联水力旋流系统由串联的一级管式静态混合器、一级水力旋流器、二级管式静态混合器和二级水力旋流器组成，所述的泥泵的出口与所述的一级管式静态混合器的进口连接，所述的一级水力旋流器的底部连接有一级底流管阀门，出口连接有一级溢流管阀门；所述的二级水力旋流器的底部连接有二级底流管阀门，出口连接有二级溢流管阀门；所述的一级底流管阀门和二级底流管阀门的出口与离心脱水机连接；所述的二级溢流管阀门排出的溢流清液直接排入水体；所述的混凝剂混合投加系统由阴离子PAM配制桶、与所述的阴离子PAM配制桶连接的阴离子PAM投加泵、阳离子PAM配制桶以及与阳离子PAM配制桶连接的阳离子PAM投加泵组成，阴离子PAM投加泵连接于一级管式静态混合器进口前，阳离子PAM投加泵连接于二级管式静态混合器的进口前；所述的离心脱水机的脱水出口的一支直接排入水体，另一支与所述的混凝剂混合投加系统的所述的阴离子PAM配制桶和所述的阳离子PAM配制桶连接。

所述的一级水力旋流器和二级水力旋流器的主体自上向下依次为具溢流管盲板、双入口法兰、直管段旋流腔、圆锥段旋流腔和底流管，各部分采用法兰连接。

所述的一级水力旋流器的圆锥段旋流腔的锥角为10°。

所述的二级水力旋流器的圆锥段旋流腔的锥角为5°。

所述的双入口法兰盘采用渐缩截面直线型入口方式，截面尺寸根据处理规模和疏浚泥水性质选择不同规格。

采用上述技术方案的疏浚泥水原位高效减容的方法及其装置，其机理简述于下：

由泥泵抽吸的疏浚泥水首先在一级管式静态混合器中与阴离子PAM混合反应，固体颗粒粒径得以增大。之后疏浚泥水通过一级水力旋流器的双入口法兰由切向入口进入直管段旋流腔，在直管段旋流腔内液体高速旋转呈螺旋形向下运动，进入圆锥段旋流腔。由于液体的螺旋运动，水力旋流器轴线附近成为低压区，器壁附近处压力最高。同时，疏浚泥水固相和液相都受到离心力作用，大粒径颗粒将克服阻力作用向水力旋流器边壁移动，与液体分离开，最终由底流管排出，形成浓缩泥渣，送至离心脱水机脱水；水和细微颗粒向低压区移动，边旋转边向上做螺旋运动，形成内旋流，最终从具溢流管盲板上的溢流口排出。一级水力旋流器的溢流清液在二级管式静态混合器中与阳离子PAM混合反应，在阳离子PAM的固体颗粒粒径增大，之后进入二级水力旋流器，再次进行水力旋流固液分离，溢流清液达标排放至水体，浓缩泥渣与一级水力旋流器浓缩泥渣合并送至离心脱水机脱水。脱水滤液一部分回用至混凝剂混合投加系统配制混凝剂，其余达标排放至水体。

本发明具有的优点及有益效果：

1、利用疏浚船舶泥泵自身动力条件，在两级水力旋流系统中形成高速水流，实现固相和液相的水力旋流分离，无需额外分离动力，并且两级水力旋流系统与离心脱水机直接相连，整个减容过程均在疏浚船舶上完成，无需对全部疏浚泥水进行吹送或驳运，具有低耗节能的显著优势。

2、疏浚泥水减容过程主要在水力旋流系统内完成，水力旋流固液分离效果好，减容率高，同时分离过程完成迅速，系统水力停留时间短，体积和占地面积小，便于在疏浚船舶上实施。

3、水力旋流系统采用两级串联水力旋流器，各级水力旋流器相对独立，功能明确，并且各自有对应的混凝剂投加装置。其中第一级水力旋流器主要用于疏浚泥水的浓缩减容，混凝剂采用分子量相对较小的阴离子PAM；第二级水力旋流器主要用于削减溢流液中的悬浮物浓度，混凝剂采用分子量相对较大的阳离子PAM。两级串联的形式确保了高效减容的同时，系统出水达标排放。

4、通过改变水力旋流器双入口法兰盘渐缩截面直线型入口的截面尺寸，可以在不同的入口流量下，获得相同的入口流速，即在不同的工作负荷下获得相同的固液分离效果，系统对疏浚过程中流量变化的适应能力得到提升。

5、根据疏浚泥水物理化学性质的变化，通过调整阴离子PAM的投加量，可以获得稳定的浓缩减容效果，通过调整阳离子PAM的投加量，可以获得稳定的出水悬浮物浓度，系统对疏浚过程中疏浚泥水物理化学性质的变化适应能力强。

用于对疏浚过程中产生的疏浚泥水进行原位减量化处理，削减后续处理处置工艺的规模，尤其涉及以两级串联水力旋流器浓缩和离心脱水为核心的污泥减量方法，特别适合于巷道维护、港口建设和环保疏浚等活动中产生的疏浚泥水的减量化。

综上所述，本发明是一种体积小、占地面积小、固液分离效率高且出水可直接排放到水体的疏浚泥水原位高效减容的方法及其装置。

附图说明

图1为本发明的疏浚泥水原位高效减容方法流程示意图。

图2为本发明中水力旋流器结构示意图。

图3为本发明中双入口法兰盘示意图。

图4为本发明采用阴离子PAM提高一级水力旋流器浓缩效率效果示意图。

图5为本发明阳离子PAM投加对出水悬浮物浓度的削减效果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

参见图1、图2和图3，本发明提供的疏浚泥水原位高效减容的方法，在疏浚船舶上设置两级串联水力旋流系统，离心脱水机与两级串联水力旋流系统直接相连，疏浚船舶抽吸的疏浚泥水与来自混凝剂混合投加系统的混凝剂混合后进入两级水力旋流系统进行浓缩减容处理，减容后的浓缩排泥排入离心脱水机脱水，溢流清液直接排入水体。

具体地，利用疏浚船舶的泥泵I抽吸疏浚泥水，疏浚泥水与来自混凝剂混合投加系统Ⅱ的混凝剂混合后，进入两级串联水力旋流系统Ⅲ的一级水力旋流器进行固液分离，得到浓缩泥渣和一级溢流清液；一级溢流清液与来自混凝剂混合投加系统Ⅱ的混凝剂混合后，进入两级串联水力旋流系统Ⅲ的二级水力旋流器进行固液分离，得到浓缩泥渣和二级溢流清液；二级溢流清液直接排入水体，浓缩泥渣与一级水力旋流器的浓缩泥渣合并后，进入离心脱水机IV进行离心脱水；脱水泥饼驳运至陆地处置，脱水滤液一部分直接排入水体，一部分送入混凝剂混合投加系统Ⅱ配置混凝剂。

混凝剂混合投加系统Ⅱ包括阴离子PAM和阳离子PAM，阴离子PAM投加点位于一级水力旋流器之前，阳离子PAM投加点位于二级水力旋流器之前。

阴离子PAM分子量在200～500万之间，所述阳离子PAM分子量在1000～2000万之间。

参见图1、图2和图3，本发明提供的实现疏浚泥水原位高效减容的方法的装置，包括泥泵I、混凝剂混合投加系统Ⅱ、两级串联水力旋流系统Ⅲ和离心脱水机IV，两级串联水力旋流系统Ⅲ由串联的一级管式静态混合器3、一级水力旋流器1、二级管式静态混合器4和二级水力旋流器2组成，泥泵I的出口与一级管式静态混合器3的进口连接，一级管式静态混合器3的出口与一级水力旋流器1的进口连接，一级水力旋流器1的出口的一级溢流管阀门6与二级管式静态混合器4的进口连接，二级管式静态混合器4的出口与二级水力旋流器2的进口连接；一级水力旋流器1的底部连接有一级底流管阀门5，出口连接有一级溢流管阀门6，一级水力旋流器1的分流比由一级底流管阀门5和一级溢流管阀门6控制；二级水力旋流器2的底部连接有二级底流管阀门8，出口连接有二级溢流管阀门7，二级水力旋流器2的分流比由二级溢流管阀门7和二级底流管阀门8控制；一级底流管阀门5和二级底流管阀门8的出口与离心脱水机IV连接；一级底流管阀门5和二级底流管阀门8排出的浓缩泥渣合并后送至离心脱水机IV脱水；一级溢流管阀门6排出的溢流清液经由二级管式静态混合器4后进入二级水力旋流器2，二级溢流管阀门7排出的溢流清液直接排入水体；混凝剂混合投加系统Ⅱ由阴离子PAM配制桶9、与阴离子PAM配制桶9连接的阴离子PAM投加泵10、阳离子PAM配制桶11以及与阳离子PAM配制桶11连接的阳离子PAM投加泵12组成，阴离子PAM投加泵10连接于一级管式静态混合器3进口前，阴离子PAM投加点位于管式静态混合器3之前，阳离子PAM投加泵12连接于二级管式静态混合器4的进口前，阳离子行PAM投加点位于管式静态混合器4之前；离心脱水机IV的脱水出口的一支直接排入水体，另一支与混凝剂混合投加系统Ⅱ的阴离子PAM配制桶9和阳离子PAM配制桶11连接。

具体地，一级水力旋流器1和二级水力旋流器2的主体自上向下依次为具溢流管盲板13、双入口法兰14、直管段旋流腔15、圆锥段旋流腔16和底流管17，各部分采用法兰连接；双入口法兰盘14采用渐缩截面直线型入口方式，截面尺寸根据处理规模和疏浚泥水性质选择不同规格。具溢流管盲板13、直管段旋流腔15、圆锥段旋流腔16和底流管17的规格根据处理规模和疏浚泥水性质选择不同规格。一级水力旋流器1的圆锥段旋流腔16的锥角为10°，二级水力旋流器2的圆锥段旋流腔16的锥角为5°。一级水力旋流器1和二级水力旋流器2除圆锥段旋流腔锥角不同外，其余结构形式完全相同。

本发明以两级串联水力旋流分离和离心脱水为核心，疏浚泥水于一级水力旋流器1内完成浓缩减容，二级水力旋流器2内完成溢流清液悬浮物浓度的削减，离心脱水机IV内完成脱水减容，最终实现高效减容和溢流清液的达标排放。本发明采用水力旋流器进行减容，固液分离过程完成迅速、高效，系统体积和占地面积小，便于在疏浚船舶上实施；利用疏浚船舶泥泵自身动力条件，于水力旋流系统内形成水力旋流所需高速水流，具有低耗节能的显著优势；利用阴离子PAM和阳离子PAM强化浓缩减容和悬浮物浓度削减，对疏浚泥水性质变化适应能力强；通过改变双入口法兰渐缩截面直线型入口的截面尺寸，系统对疏浚过程中流量变化的适应能力得到提升。总之，本发明具有低能耗、高效率、占地面积小、适应能力强、出水可达标排放等优势。

下面结合实施例作进一步说明。

本实施方式以我国南方某城市黑臭水体环保疏浚过程中产生的疏浚泥水作为处理对象，在疏浚泥水处理场搭建疏浚泥水原位高效减容的小型装置，处理规模20m³/h。泥泵扬程为30m。待处理疏浚泥水的含水率在98％～99％之间。

参阅图1和图2，疏浚泥水由泥泵Ⅰ送入两级串联水力旋流系统Ⅲ，其中一级水力旋流器1的直管段旋流腔15直径35cm、高35cm，圆锥段旋流腔16顶部直径35cm、底部直径5cm、锥角10°；二级水力旋流器2的圆锥段旋流腔16的锥角为5°，其余结构尺寸同第一级。疏浚泥水与来自混凝剂混合投加系统Ⅱ的阴离子PAM混合后，在一级水力旋流器1中完成固液分离，底流排泥由自身压力送至离心脱水机Ⅳ脱水，一级溢流液与来自混凝剂混合投加系统Ⅱ的阳离子PAM混合后进入二级水力旋流器2，继续进行固液分离，底流排泥由自身压力送至离心脱水机Ⅳ脱水，溢流液排入水体。

同时参阅图1、图2和图3，疏浚泥水由泥泵Ⅰ抽吸，与来自混凝剂混合投加系统Ⅱ中阴离子PAM投加泵10泵送的阴离子PAM在一级管式静态混合器3中混合，阴离子PAM的分子量为300万，投加量为2mg/g干污泥。混合反应后的疏浚泥水以5m/s的流速进入一级水力旋流器1的双入口法兰14。通过调整一级底流管阀门5和一级溢流管阀门6的开启度，控制一级水力旋流器1的分流比(底流流量/总流量)为0.05，在水力旋流作用下，较大粒径颗粒由于离心力运动到水力旋流器边壁，并顺着边壁向下运动形成含水率在82～90％的一级底流排泥，水和较小的颗粒则向水力旋流器轴线附近的低压区运动，并向上运动形成一级溢流清液。一级底流排泥在自身压力作用下，进入离心脱水机Ⅳ进行脱水。一级溢流清液自具溢流管盲板13上的溢流口排出，与来自混凝剂混合投加系统Ⅱ中阳离子PAM投加泵12泵送的阳离子PAM在二级管式静态混合器4中混合，阳离子PAM的分子量为1500万，投加量为4mg/g干污泥。混合反应后的一级溢流清液以4.8m/s的流速进入二级水力旋流器2的双入口法兰14。通过调整二级溢流管阀门7和二级底流管阀门8的开启度，控制二级水力旋流器2的分流比(底流流量/总流量)为0.05。经二级水力旋流器2固液分离后，形成含水率88～90％的二级底流排泥和悬浮物浓度低于400mg/L的二级溢流清液。二级底流排泥与一级底流排泥合并后进入离心脱水机Ⅳ进行脱水，二级溢流清液直接排入水体。底流排泥经离心脱水机Ⅳ脱水后形成含水率60％左右的泥饼，泥饼驳运至陆地进行处理，脱水滤液一部分送至混凝剂混合投加系统Ⅱ中的阴离子PAM配制桶9和阳离子PAM配制桶11，用于配置混凝药剂。

参阅图4，对阴离子PAM提高一级水力旋流器浓缩效率的效果进行说明，当阴离子PAM分子量为300万，投加量为2mg/g干污泥时，在相同的分流比条件下，一级水力旋流器1的浓缩效率显著增加。当分流比为0.05时，分离效率可以由未加阴离子PAM时的21％提高到62％左右。证实了通过投加阴离子PAM可以提高疏浚泥水的浓缩效率。

参阅图5，对阳离子PAM削减出水悬浮物浓度的效果进行说明。随着阳离子PAM投加量的增加，系统出水悬浮物浓度持续增加。当投加量为4mg/g干污泥时，出水悬浮物浓度小于400mg/g干污泥，达到了《污水综合排放标准》(GB8978-96)三级标准，可以直接排放。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。