一种管道淤泥固化处理设备及其施工方法与流程

本发明涉及一种淤泥固化处理设备，尤其涉及一种管道淤泥固化处理设备及其施工方法，属于淤泥固化、地基处理与环境建设技术领域。

背景技术：

近年来，随着社会对环境保护越来越重视，加强了对江河湖泊的综合治理，其中，清淤出的淤泥，是一种高含水率的工程垃圾土，其颗粒细小，有机质含量高，处于流动状态，几乎没有强度，如何处置进行资源化利用是目前行业内的研究方向，另外，围海造地所需的工程建设材料，以前主要通过开采周围的山体来解决，既破坏了自然环境，而且石料的重度增加了地基处理的费用和难度，目前已有一定的原位淤泥固化技术和设备对较高含水率的滩涂淤泥进行处理，以上两种处理情况的目的都是为了将淤泥进行固化处理，以便将其转化为工程性质良好的工程用土，从而实现淤泥的有效利用和资源化利用；目前针对较高含水率的淤泥，一般通过管道输送，在输送过程中向管道内添加固化材料，既不需要大型的淤泥固化工厂，也不需要大型的淤泥固化设备，简化淤泥固化程序，具有较好的连续性和可操作性，所见专利如申请号：200610038973.x，但是该专利技术的缺点有：1.均匀性无法保证，管道内无搅拌装置，仅通过气压推动，无法实现淤泥与固化材料的充分混合；2.由于管道内淤泥浆的浓度在实时变化，固化剂的添加量固定，无法对不同浓度的淤泥浆进行固化剂的精确添加，导致了固化土质量不易于控制；3.随着淤泥浆液的流动，流速在管道内损耗较大，无加压装置，导致处理效率越来越低。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供一种管道淤泥固化处理设备及其施工方法，适用于江河湖泊环保疏浚淤泥和围海造地吹填淤泥，即对较高含水率淤泥的智能化连续固化处理，旨在提高淤泥固化处理精确度，提升施工效率的同时，达到增强固化土体强度、降低淤泥含水率的目的。

本发明所采用的技术方案为：

一种管道淤泥固化处理设备，包括调节池、静态混合器、固化剂喷入量控制系统、固化剂浆液罐以及沉淀池，所述静态混合器的入口端依次通过前输泥硬管和前输泥软管与调节池连通，在前输泥软管上设置有淤泥泥浆泵，在前输泥硬管上设置有淤泥泥浆加压泵，所述静态混合器的出口端依次通过后输泥硬管和后输泥软管与沉淀池连通，所述固化剂浆液罐依次通过固化剂输送软管和固化剂输送硬管与静态混合器连通，在固化剂输送软管上设置有固化剂浆液泵，在固化剂输送硬管上设置有固化剂浆液加压泵，所述固化剂喷入量控制系统包括中央数据分析处理系统、泥浆浓度仪和泥浆流量计，所述泥浆浓度仪和泥浆流量计分别设置在前输泥硬管上，且位于淤泥泥浆加压泵与静态混合器的入口端之间，所述泥浆浓度仪和泥浆流量计的数据输出端分别与中央数据分析处理系统的泥浆浓度反馈数据接口和泥浆流量反馈数据接口连接，所述中央数据分析处理系统的固化剂喷入量数据接口与固化剂浆液泵连接，中央数据分析处理系统根据泥浆浓度仪和泥浆流量计反馈的数据控制固化剂浆液泵的输出量。

作为本发明的进一步优选，位于调节池内部的前输泥软管的入口处设置有过滤装置，防止调节池内部待处理淤泥泥浆中含有其它异物进入前输泥软管。

作为本发明的进一步优选，所述的固化剂输送硬管与静态混合器入口端的侧壁连通，且固化剂输送硬管出口的固化剂浆液流动方向垂直于静态混合器中淤泥泥浆的流动方向，提高固化剂浆液和淤泥泥浆在静态混合器中的紊流混合效果。

作为本发明的进一步优选，所述静态混合器的入口端和出口端分别形成有用于连接的螺纹，所述的前输泥硬管和后输泥硬管分别与静态混合器的入口端和出口端螺纹连接，便于安装更换或拆卸清洗静态混合器。

作为本发明的进一步优选，所述的输泥软管和输泥硬管的直径相同，且所述的输泥软管的内径是12-20cm，所述的输泥硬管的内径是12-20cm。

作为本发明的进一步优选，所述的静态混合器的内径是30-50cm。

基于上述设备的一种管道淤泥固化处理的施工方法，包括首先检测并调节调节池内部待处理淤泥泥浆的含水率，然后根据调节好的待处理淤泥泥浆，试验确定固化剂浆液的水灰比，确定待处理淤泥泥浆与固化土无侧限抗压强度的比例关系，按设计要求配置固化剂浆液并储存在固化剂浆液罐中；同时开启淤泥泥浆泵、淤泥泥浆加压泵、固化剂浆液泵、固化剂浆液加压泵、泥浆浓度仪、泥浆流量计以及中央数据分析处理系统，调节池中的待处理淤泥泥浆经淤泥泥浆泵和淤泥泥浆加压泵输送至静态混合器中，泥浆浓度仪和泥浆流量计分别检测前输泥硬管中的待处理淤泥泥浆的泥浆浓度值和泥浆流量值，并将检测到的泥浆浓度值和泥浆流量值发送给中央数据分析处理系统，中央数据分析处理系统根据泥浆浓度仪和泥浆流量计反馈的数据控制固化剂浆液泵的输出量，固化剂浆液罐中的固化剂浆液通过固化剂浆液泵和固化剂浆液加压泵输送至静态混合器中，进入到静态混合器中的固化剂浆液与待处理淤泥泥浆在静态混合器中进行紊流混合，混合后形成的固化淤泥被输送至沉淀池。

作为本方法的进一步优选，所述的调节待处理淤泥泥浆的含水率≥85%。

作为本方法的进一步优选，所述的中央数据分析处理系统的计算公式是：q=q×m×n×p，其中q是固化剂喷浆量，单位是m³；q是淤泥泥浆比重，单位是t/m³；m是淤泥泥浆浓度，单位是质量百分比%；n是淤泥泥浆流量，单位是m³/s；p是固化剂掺入比，单位是质量百分比%。

作为本方法的进一步优选，还包括冲洗静态混合器的步骤，所述冲洗静态混合器的步骤是每次使用完成后，将静态混合器拆下，用清水冲洗静态混合器2-3遍，用以避免静态混合器淤堵，保持静态混合器内部的清洁度。

本发明的有益效果在于：针对江河湖泊疏浚淤泥和围海造地吹填淤泥的较高含水率淤泥，可实时根据淤泥泥浆浓度，自动控制固化剂浆液注入量，又可保证固化剂浆液与淤泥泥浆在不借助外界动力下，实现固化剂与淤泥进行紊流混合，保证了处理后固化土强度的均匀性；本发明中的中央数据分析处理系统根据泥浆浓度仪、流量计反馈的数据，实时控制固化剂浆液的注入量；通过静态混合器使加压后的淤泥泥浆迅速与固化剂浆液进行紊流混合，搅拌均匀，静态混合器可灵活拆卸清理以防止淤堵，静态混合器管道内全程无需外界提供动力，减少了能耗；设置的淤泥泥浆加压泵及调节池，克服了淤泥泥浆含水率高而粘聚力大难于输送的缺点；设置固化剂浆液加压泵，克服了固化剂浆液难于输入静态混合器而回流的缺点。

附图说明：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明固化剂喷入量控制系统的流程示意图；

图中主要附图标记含义如下：

1-待处理淤泥泥浆；2-前输泥软管；3-淤泥泥浆泵；4-淤泥泥浆加压泵；5-泥浆浓度仪；6-泥浆流量计；7-泥浆浓度反馈数据接口；8-泥浆流量反馈数据接口；9-固化剂喷入量数据接口；10-中央数据分析处理系统；11-固化剂浆液罐；12-固化剂输送软管；13-固化剂浆液泵；14-固化剂浆液加压泵；15-固化剂输送硬管；16-静态混合器的入口端；17-前输泥硬管；18-静态混合器；19-静态混合螺旋叶片；20-固化淤泥；21-过滤装置；22-调节池；23-沉淀池；24-后输泥软管；25-后输泥硬管；26-静态混合器的出口端。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。

如图1和2所示：本实施例是一种管道淤泥固化处理设备，包括调节池22、静态混合器18、固化剂喷入量控制系统、固化剂浆液罐11以及沉淀池23，其中，静态混合器的入口端16依次通过前输泥硬管17和前输泥软管2与调节池22连通，在前输泥软管2上设置有淤泥泥浆泵3，在前输泥硬管17上设置有淤泥泥浆加压泵4；静态混合器的出口端26依次通过后输泥硬管25和后输泥软管24与沉淀池23连通，固化剂浆液罐11依次通过固化剂输送软管12和固化剂输送硬管15与静态混合器18连通，在固化剂输送软管12上设置有固化剂浆液泵13，在固化剂输送硬管15上设置有固化剂浆液加压泵14，固化剂喷入量控制系统包括中央数据分析处理系统10、泥浆浓度仪5和泥浆流量计6，泥浆浓度仪5和泥浆流量计6分别设置在前输泥硬管17上，且位于淤泥泥浆加压泵4与静态混合器的入口端16之间，泥浆浓度仪5和泥浆流量计6的数据输出端分别与中央数据分析处理系统10的泥浆浓度反馈数据接口7和泥浆流量反馈数据接口8连接，中央数据分析处理系统10的固化剂喷入量数据接口9与固化剂浆液泵13连接，中央数据分析处理系统10根据泥浆浓度仪5和泥浆流量计6反馈的数据控制固化剂浆液泵13的输出量。

本实施例中，在位于调节池22内部的前输泥软管2的入口处设置有过滤装置21，防止调节池22内部待处理淤泥泥浆1中含有其它异物进入前输泥软管2。

本实施例中，固化剂输送硬管15与静态混合器入口端16的侧壁连通，且固化剂输送硬管15出口的固化剂浆液流动方向垂直于静态混合器18中淤泥泥浆的流动方向，提高固化剂浆液和淤泥泥浆在静态混合器18中的紊流混合效果。

本实施例中，静态混合器18的入口端16和出口端26分别形成有用于连接的螺纹，前输泥硬管17和后输泥硬管25分别与静态混合器18的入口端16和出口端26螺纹连接，便于安装更换或拆卸清洗静态混合器18。

本实施例中，输泥软管和输泥硬管的直径相同，且输泥软管的内径是20cm，输泥硬管的内径是20cm；在实际应用时，也可能选择输泥软管的内径是12cm或15cm，输泥硬管的内径是12cm或15cm。

本实施例中，静态混合器18的内径是40cm，在实际应用时也可以选用内径是30cm或50cm的静态混合器18。

基于上述设备的一种管道淤泥固化处理的施工方法，包括首先检测并调节调节池22内部待处理淤泥泥浆1的含水率，然后根据调节好的待处理淤泥泥浆1，试验确定固化剂浆液的水灰比，确定待处理淤泥泥浆1与固化土无侧限抗压强度的比例关系，按设计要求配置固化剂浆液并储存在固化剂浆液罐11中；同时开启淤泥泥浆泵3、淤泥泥浆加压泵4、固化剂浆液泵13、固化剂浆液加压泵14、泥浆浓度仪5、泥浆流量计6以及中央数据分析处理系统10，调节池22中的待处理淤泥泥浆1经淤泥泥浆泵3和淤泥泥浆加压泵4输送至静态混合器18中，泥浆浓度仪5和泥浆流量计6分别检测前输泥硬管17中的待处理淤泥泥浆1的泥浆浓度值和泥浆流量值，并将检测到的泥浆浓度值和泥浆流量值发送给中央数据分析处理系统10，中央数据分析处理系统10根据泥浆浓度仪5和泥浆流量计6反馈的数据控制固化剂浆液泵13的输出量，即固化剂喷浆量，固化剂浆液罐11中的固化剂浆液通过固化剂浆液泵13和固化剂浆液加压泵14输送至静态混合器18中，静态混合器18中设置有静态混合螺旋叶片19，进入到静态混合器18中的固化剂浆液与待处理淤泥泥浆1在静态混合器18中进行紊流混合，混合后形成的固化淤泥20被输送至沉淀池23。

本施工方法中，调节待处理淤泥泥浆1的含水率≥85%。

本施工方法中，中央数据分析处理系统10的计算公式是：q=q×m×n×p，其中q是固化剂喷浆量，单位是m³；q是淤泥泥浆比重，单位是t/m³；m是淤泥泥浆浓度，单位是质量百分比%；n是淤泥泥浆流量，单位是m³/s；p是固化剂掺入比，单位是质量百分比%。

本施工方法中，还包括冲洗静态混合器18的步骤，冲洗静态混合器18的步骤是每次使用完成后，将静态混合器18拆下，用清水冲洗静态混合器2-3遍，用以避免静态混合器18淤堵，保持静态混合器18内部的清洁度。

本实施例通过浓度仪、流量计反馈管道内的泥浆流量、浓度后，采用plc控制固化剂浆液喷浆量，即注入量；plc是常规分析控制程序，中央数据分析处理系统是plc的控制中枢，也是plc的核心部件,由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上；中央数据分析处理系统的作用是处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统使之协调，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，完成上述三个阶段称作一个扫描周期，在整个运行期间，可编程逻辑控制器的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段；本实施例中，中央数据分析处理系统plc采用的是南京冠德科技有限公司，型号：jh200h型，配一个模拟量输入模块（4路），一个模拟量输出模块（2路）,厂家可根据计算公式进行编程，安装调试后即可运行，网址：http://www.guande.com/product_jh120.html。

应用实施例

温州某河道清淤工程，因清出的淤泥在附近无堆场，若远距离外运，既增加运费又污染环境，故需进行淤泥固化处理，直接作为临近工程的筑堤材料，该河道清淤淤泥的含水量大于102%，淤泥泥浆比重为1.53t/m³，作为筑堤材料需固化淤泥土的90天龄期无侧限抗压强度需达到1200kpa，含水率达到38%；因此实施方法如下：

1.现场淤泥含水率大于85%，故省去淤泥泥浆调节池；

2.按照设计强度要求，对淤泥固化土进行配合比试验，确定浆液水灰比为0.3，按照该水灰比，将配制好的固化剂浆液储存在固化剂浆液罐中，固化剂掺入比为15%；

3.在施工场区宽阔处，开挖一长度40m、宽度30m、深度2.5m的固化土沉淀池；

4.将主线路上的前输泥软管、淤泥泥浆泵、淤泥泥浆加压泵、前输泥硬管、静态混合器、后输泥硬管、后输泥软管依次连接，前输泥软管入口处安装过滤装置后直接放入河道淤泥内，后输泥软管出口端放入沉淀池内；

5.对中央数据分析处理系统、泥浆浓度仪、泥浆流量计和固化剂浆液泵进行调试，假设浓度为m、流量为n、喷浆量为p，则三者之间对应关系为：p=1.53×m×n×15%；

6.同时开启淤泥泥浆泵、淤泥泥浆加压泵、固化剂浆液泵、固化剂浆液加压泵、泥浆浓度仪和泥浆流量计，上述各部件的开关装置集成在统一的配电箱内，以便于统一开启；

7.河道内的淤泥泥浆通过该设备进行固化处理，连续被输送到沉淀池内，变为可利用的固化淤泥土，待沉淀池内的固化淤泥土接近沉淀池容量1/2时，采用挖机将固化淤泥土挖出运至筑堤位置；固化淤泥土达到90天龄期后，无侧限抗压强度达到1200kpa，满足设计要求；

8.当日工程收工时，利用清水将静态混合器冲洗2-3遍，以防止静态混合器淤堵。

本发明针对江河湖泊疏浚淤泥和围海造地吹填淤泥的较高含水率淤泥，可实时根据淤泥泥浆浓度，自动控制固化剂浆液注入量，又可保证固化剂浆液与淤泥泥浆在不借助外界动力下，实现固化剂与淤泥进行紊流混合，保证了处理后固化土强度的均匀性；本发明中的中央数据分析处理系统根据泥浆浓度仪、流量计反馈的数据，实时控制固化剂浆液的注入量；通过静态混合器使加压后的淤泥泥浆迅速与固化剂浆液进行紊流混合，搅拌均匀，静态混合器可灵活拆卸清理以防止淤堵，静态混合器管道内全程无需外界提供动力，减少了能耗；设置的淤泥泥浆加压泵及调节池，克服了淤泥泥浆含水率高而粘聚力大难于输送的缺点；设置固化剂浆液加压泵，克服了固化剂浆液难于输入静态混合器而回流的缺点。

以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。