专利名称：一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法
技术领域：
本发明属于环境工程疏浚底泥处理处置技术领域，尤其是涉及一种能够加快疏浚底泥脱水干化过程继而提高堆场承载力的方法，快速降低堆场底泥的含水率，缩短堆场的土地占用周期，提高堆场的循环利用率，节省土地资源。
背景技术：
环保疏浚被认为是一种重要的湖泊重建技术，通过去除富含污染物的表层沉积物来控制污染物的释放或减少污染物生物有效性，是清除受污染水体内源污染的一种直接、 有效的方式。疏浚过程中会产生大量受污染底泥，其含水率高、颗粒细小、带负电性、富含氮磷等营养物质，部分受污染严重的疏浚底泥含有重金属及难降解的有机物，自然状态下疏浚泥浆不易泥水分离，所需的自然干化时间长达5 10年。疏浚底泥长期占用干化堆场，土地利用率低，如遇降水气候，不但会减小疏浚底泥干化速度，更会由于雨水的冲刷、浸泡等带来二次污染。因此，对于底泥疏浚工程而言，当务之急是要找到一种能够快速提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，使疏浚底泥在较短时间内满足外运条件，为后续的资源化利用创造基本条件。开发能够加快疏浚底泥脱水干化速率的方法，对于缩短疏浚底泥占用堆场的时间，提高土地利用率有着重要的实践价值。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种疏浚底泥快速脱水干化方法，能够提高疏浚底泥堆场的承载力，缩短疏浚底泥临时堆场占地时间。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现本发明在疏浚底泥进入堆场之前，向输泥管道上分段投加脱水剂(PAC、FeCl3)和改良剂(黄沙、炉渣、煤灰、石灰、粉煤灰)，提高疏浚底泥进入堆场后的泥水分离速度和改善堆场泥层通透性；堆场一侧设置排水口，排水口上侧与堆场顶部平齐，在堆场底部间隔开设若干平行排水沟，排水沟中敷设排水管并以一定的坡度坡向排水口，排水管周围每隔一定距离开设孔洞，以便于水分及时渗入，排水管的外围包裹一层无纺布并放置渗水砾石，以避免底泥与排水管直接接触而造成排水管堵塞。疏浚工程完毕后，从堆场顶部向底部人工插入塑料排水板，再在顶部敷设塑料集水管，并敷设密封膜以隔绝空气，通过外部真空系统使塑料集水管处于负压状态。疏浚底泥进入堆场后，底泥颗粒沉积在底部，澄清水从排水口溢出。在此后的底泥脱水干化过程中，分离出的游离水分通过沉淀底泥层流入底部排水沟， 再流经砾石，进入排水管，经排水管收集后排出堆场。当游离水分基本不能通过底部排水管排出堆场时，外部真空系统将塑料集水管抽吸至负压状态增加堆场底泥的排水水头，而投加的改良剂也会发挥水分迁移“中转站”的作用，减小水分迁移阻力，加速堆场底泥中水分的脱除。
本发明的方法具体包括1、在底泥堆场的一侧设置排水口，堆场围堰上部的排水口的宽度为1. 2 1. 5m， 排水口的底部距离堆场的底部为1 1. 2m，排水口的上部与堆场的顶部平齐。2、在堆场底部间隔开设若干平行排水沟，排水沟中敷设排水管并间隔开孔，排水管以0.5%的坡度坡向排水口。3、在排水沟中排水管的外围包裹无纺布并放置渗水砾石，以避免底泥与排水管直接接触而造成排水管的堵塞。4、疏浚底泥进入堆场之前，采用两段式混合反应脱水方法，投加脱水剂(PAC、 FeCl3)和改良剂(黄沙、炉渣、煤灰、石灰、粉煤灰)，以提高进入堆场后的泥水分离速度和改善堆场泥层通透性。5、在疏浚工程完毕后，从堆场顶部向底部插入塑料排水板，再在顶部敷设塑料集水管，并敷设密封膜以隔绝空气，通过外部真空系统使塑料集水管处于负压状态。本发明中，底泥堆场中排水沟的平行间距为10-15m，排水沟的宽度与深度均为 500mmo本发明中，排水沟中敷设的排水管直径为250mm，排水管外壁周围每隔IOcm打一个直径为6mm的孔洞，排水管采用直径为6mm的钢筋制成骨架，骨架外面包裹无纺布。本发明中，排水沟中排水管的外侧敷设直径为10_20mm的渗水砾石，用作渗水保护层。本发明中，加速泥水分离的脱水剂为PAC或者FeCl3 ；所述的用于改善底泥通透性的改良剂为粒径0. 25-0. 5mm黄沙、5-15mm炉渣、0. 05-0. 25mm煤灰、5_15mm石灰颗粒、50 μ m 以下的粉煤灰。本发明中，塑料排水板外围包裹无纺布，以防底泥与塑料排水管直接接触而造成排水板的堵塞。本发明中，塑料集水管直径为50mm，外围包裹一层无纺布。本发明中，密封膜采用无纺布+ 土工布的形式布设。疏浚底泥在与脱水剂和改良剂混合均勻后进入底泥堆场中，进行泥水分离，沉淀的底泥沉积在堆场底部，而澄清水则从上部排水口溢出。随着进入堆场中底泥数量的增加， 沉淀底泥的厚度逐渐增加，直至达到设计高程，此时，疏浚工作结束。此后，堆场内部底泥进入了脱水干化过程，底泥中分离出来的游离水分通过沉淀污泥层，在重力作用下流入底部排水沟，再流经砾石，进入排水管，经排水管收集后排出堆场。当游离水分基本不能通过底部排水管排出堆场时，外部真空系统将塑料集水管抽吸至负压状态，从而增加堆场底泥的排水水头，投加的改良剂也会发挥水分迁移“中转站”的作用，减小水分迁移阻力，加速底泥中水分的脱除。与现有技术相比，本发明具有如下优点1、整个排水体系由上部的排水口系统、下部的排水沟系统及贯穿堆场的真空排水系统组成，在疏浚底泥进入堆场的初期，底泥颗粒与水分泥水分离，大量余水通过上部的排水口溢出，以增加堆场的有效容积；底部的排水系统可以在疏浚工程进行的后期及完成后的一段时间内，收集下渗至堆场底部底泥中的游离水分，提高堆场底泥的脱水干化速度；而贯穿堆场的真空排水系统在堆场泥浆吹填完毕后，人为创造负压环境，强化泥层中的水分排出效果。2、将泥浆通过两段式混合反应脱水方法，第一段投加脱水剂破坏泥浆动力学稳定性，加快泥水分离速率；第二段投加改良剂，减小泥层中的水分渗透阻力。投加脱水剂主要是加速脱水速率，投加改良剂主要是加速底泥干化速率，再结合真空排水装置，能加快泥浆中的水分排出，降低底泥含水率，缩短底泥干化周期，降低能源消耗，提高底泥承载力。3、排水体系施工方便，适用于我国河湖疏浚底泥堆场的构建。本发明能够减小疏浚底泥中水分的渗透阻力，加快堆场中底泥的干化过程，缩短堆场的占用周期，便于临时堆场用地的快速恢复。
图1为本发明的下层结构平面2为本发明的上层结构平面3为本发明的结构剖面中1为底泥堆场、2为排水口、3为排水沟、4为排水管、5为砾石、6为塑料排水板、7为塑料集水管、8为密封膜、9为真空泵、10为脱水剂混合器、11为改良剂混合器、12为
输泥管。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1本发明构建的堆场结构如图1、图2、图3所示，包括1底泥堆场、2排水口、3排水沟、4排水管、5砾石、6塑料排水板、7塑料集水管、8密封膜、9外部真空系统、10脱水剂混合器、11改良剂混合器、12输泥管。如图1、图2、图3所示，本发明在底泥堆场中构建了排水体系，排水体系由上部的排水口 2、下部的排水沟3及排水管4、贯穿中部的塑料排水板6组成。首先在底泥堆场1的一侧设置排水口 2，排水口 2的下侧距离堆场底部1 1. 2m, 排水口 2的上侧与堆场顶部平齐。排水口 2的宽度为1. 2 1. 5m。在底泥堆场1的底部间隔开设若干平行排水沟3，排水沟3中敷设排水管4，排水管4以一定的坡度(一般为0.5%)坡向排水口。在排水沟3中，排水管4的外围包裹无纺布并放置渗水砾石5，以避免底泥与排水管4直接接触而造成排水管的堵塞。塑料排水板6垂直插入堆场，顶部设置塑料集水管7，塑料集水管7上部覆盖密封膜8，包括无纺布、土工布，塑料集水管7与外部真空系统9相连接，外部真空系统9设置于堆场围堰上。通过输泥管12输送的疏浚底泥依次通过10脱水剂混合器、11改良剂混合器与脱水剂和改良剂混合均勻后进入底泥堆场1中，进行泥水分离，沉淀的底泥沉积在堆场1底部，而澄清水则从上部排水口 2溢出，随着进入堆场1中底泥数量的增加，沉淀底泥的厚度逐渐增加，直至达到设计高程，此时，疏浚工作结束。此后，堆场1内部底泥进入了脱水干化过程，底泥中分离出来的游离水分通过泥层，在改良剂的帮助下，由重力作用下渗至底部排水沟3，再流经砾石5，进入排水管4，直至排出堆场外。当由重力作用渗出的水分数量很少时，在堆场顶部敷设一层土工布，而后插入塑料排水板6至底部，顶部设置塑料集水管7，塑料集水管7上部覆盖密封膜8，包括无纺布、土工布，塑料集水管7与真空泵9相连接，使得塑料集水管7处于负压状态，从而提高堆场底泥中残余水分的排水水头，增加了排水动力， 能够加速底泥中水分的脱除，加快底泥的脱水干化过程，真空泵9设置于堆场围堰上。以下为本发明的一个具体应用实例。对太湖竺山湾周铁镇湾浜村附近湖湾开展疏浚工作。在太湖旁构建一疏浚底泥堆场1，用于收纳疏浚底泥。底泥脱水干化方法采用两段式混合反应脱水方法，堆场1平面尺寸为30 X 40m，深度为3m。堆场1底部设置两条排水沟3，间距为15m，排水沟3宽度为0. 5m, 深度0. 5m。其中放置的排水管4直径为250mm，排水管4敷设坡度为0. 5%，每隔IOcm打一个直径为6mm的孔洞，以无纺布包裹排水管。排水管4和排水沟3之间敷设了 10_20mm粒径的天然砾石渗水层。在疏浚工作完成后，在堆场顶部敷设一层土工布，而后每隔Im插入塑料排水板6 至底部，顶部每IOm2敷设一圈塑料集水管7，塑料集水管7上部覆盖密封膜8，包括无纺布、 土工布，塑料集水管7与真空泵9相连接，真空泵9设置于堆场围堰上。土工布上方充入 500-800mm深度的湖水保持水封状态，启动真空泵，一天M小时运行，保持_0. 05Mpa真空度，持续3个月后，直至堆场的顶层地面整体下沉800mm，地基承载力经检测可达35kpa，满足外运要求。实施例2一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，采用以下步骤疏浚泥浆与脱水剂和改良剂混合均勻后，进入由围堰围成的堆场；在堆场围堰上部设置排水口、堆场顶部设置真空脱水装置、堆场底部设置若干条相互平行设置的排水沟、排水管及渗水砾石，其中排水管敷设于排水沟中，外部包裹无纺布，渗水砾石设置于排水沟和排水管之间，排水管管壁周围打孔，排水口设置于堆场一侧的围堰边上。采用的脱水剂为PAC或!^eCl3,本实施例中采用的是PAC，改良剂可以为粒径 0. 25-0. 5mm黄沙、5-15mm炉渣、0. 05-0. 25mm煤灰、5_15mm石灰颗粒或50 μ m以下的粉煤灰，本实施例采用的是粒径5-15mm的炉渣。脱水剂与疏浚泥浆的重量比为1. 2 10000 ；改良剂与疏浚泥浆干物质的重量比为3 5 100。堆场围堰上部的排水口的宽度为1.5m， 排水口的底部距离堆场的底部为lm，排水口的上部与堆场的顶部平齐。排水沟的宽度为 0. 5m，深度为0. 5m，相邻两条排水沟之间的平行距离为10_15m。排水管的直径为250mm，排水管的敷设坡度为0. 5 %，坡向排水口，该排水管由钢筋骨架包裹无纺布制成，钢筋骨架的直径为6mm。渗水砾石的直径为10-20mm。堆场顶部的真空脱水装置包括塑料排水板、塑料集水管、真空泵、无纺布、土工布，透过该层土工布将塑料排水板插入至堆场底部，设置塑料排水管收集余水，再覆盖一层无纺布，最后在顶部覆盖一层土工布，真空泵设置于堆场围堰附近，通过真空管道创造塑料集水管内部的真空环境。堆场采用以下步骤构建第一步、确定好底泥堆场的外边界和高度，然后在外边界构建堆场周边的围堰，堆场围堰顶部宽度不小于5米，高度方向用不透水粘土按1 1两侧放坡夯实；第二步、构建底泥堆场内部的排水体系，具体包括以下步骤
(1)在湖泊附近构建一疏浚底泥堆场，堆场的底泥脱水干化方法采用输泥管道两段式混合反应脱水方法，其中，第一段投加脱水剂，第二段投加改良剂；(2)在堆场底部设置两条间距为IOm的排水沟并在排水沟中放置敷设坡度为 0.5%的排水管，排水管一端连接至堆场外部，位于堆场内部的排水管外壁周围每隔IOcm 打一个直径为6mm的孔洞，以无纺布包裹排水管；(3)在排水管和排水沟之间敷设10_20mm粒径的天然砾石深水层；(4)排水管一端与外部联通，排出下渗到堆场底部的余水；第三步、待堆场中疏浚泥浆吹填完毕后，构建堆场顶部的真空脱水装置，具体包括以下步骤(1)堆场吹填完毕后，将一层土工布覆盖于堆场上方；(2)插入塑料排水板至堆场底部，每隔Im敷设1根塑料排水板；C3)敷设塑料集水管，每IOm2敷设一圈塑料集水管，集水管内插入连接真空泵的抽
空气管；(4)塑料排水板、塑料集水管上方覆盖一层无纺布；(5)无纺布上方覆盖一层土工布；(6) 土工布上方用充入500-800mm深度的湖水，用以隔绝空气；(7)启动真空泵，一天M小时运行，保持-0. 05Mpa真空度，持续2_3个月，直至堆场的顶层地面整体下沉600-800mm。
权利要求
1.一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，该方法采用以下步骤疏浚泥浆与脱水剂和改良剂混合均勻后，进入由围堰围成的堆场；在堆场围堰上部设置排水口、堆场顶部设置真空脱水装置、堆场底部设置若干条相互平行设置的排水沟、排水管及渗水砾石，其中排水管敷设于排水沟中，外部包裹无纺布，渗水砾石设置于排水沟和排水管之间，排水管管壁周围打孔，排水口设置于堆场一侧的围堰边上。
2.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的脱水剂为PAC或!^eCl3 ；所述的改良剂为粒径0. 25-0. 5mm黄沙、5_15mm炉渣、 0. 05-0. 25mm煤灰、5-15mm石灰颗粒或50 μ m以下的粉煤灰；脱水剂与疏浚泥浆的重量比为 1.2 10000;改良剂与疏浚泥浆干物质的重量比为3 5 100。
3.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的堆场围堰上部的排水口的宽度为1.5m，排水口的底部距离堆场的底部为lm， 排水口的上部与堆场的顶部平齐。
4.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的排水沟的宽度为0. 5m，深度为0. 5m，相邻两条排水沟之间的平行距离为 10-15m。
5.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的排水管的直径为250mm，排水管的敷设坡度为0. 5%，坡向排水口，该排水管由钢筋骨架包裹无纺布制成，钢筋骨架的直径为6mm。
6.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的渗水砾石的直径为10-20mm。
7.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的堆场顶部的真空脱水装置包括塑料排水板、塑料集水管、真空泵、无纺布、土工布，透过该层土工布将塑料排水板插入至堆场底部，设置塑料排水管收集余水，再覆盖一层无纺布，最后在顶部覆盖一层土工布，真空泵设置于堆场围堰附近，通过真空管道创造塑料集水管内部的真空环境。
8.根据权利要求1所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的堆场采用以下步骤构建第一步、确定好底泥堆场的外边界和高度，然后在外边界构建堆场周边的围堰，堆场围堰顶部宽度不小于5米，高度方向用不透水粘土按1 1两侧放坡夯实；第二步、构建底泥堆场内部的排水体系；第三步、待堆场中疏浚泥浆吹填完毕后，构建堆场顶部的真空脱水装置。
9.根据权利要求8所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的第二步具体包括以下步骤(1)在湖泊附近构建一疏浚底泥堆场，堆场的底泥脱水干化方法采用输泥管道两段式混合反应脱水方法，其中，第一段投加脱水剂，第二段投加改良剂；(2)在堆场底部设置两条间距为IOm的排水沟并在排水沟中放置敷设坡度为0.5%的排水管，排水管一端连接至堆场外部，位于堆场内部的排水管外壁周围每隔IOcm打一个直径为6mm的孔洞，以无纺布包裹排水管；(3)在排水管和排水沟之间敷设10-20mm粒径的天然砾石深水层；(4)排水管一端与外部联通，排出下渗到堆场底部的余水；
10.根据权利要求8所述的一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，其特征在于，所述的第三步具体包括以下步骤(1)堆场吹填完毕后，将一层土工布覆盖于堆场上方；(2)插入塑料排水板至堆场底部，每隔Im敷设1根塑料排水板；(3)敷设塑料集水管，每IOm2敷设一圈塑料集水管，集水管内插入连接真空泵的抽空气管；(4)塑料排水板、塑料集水管上方覆盖一层无纺布；(5)无纺布上方覆盖一层土工布；(6)土工布上方用充入500-800mm深度的湖水，用以隔绝空气；(7)启动真空泵，一天M小时运行，保持-0.05Mpa真空度，持续2_3个月，直至堆场的顶层地面整体下沉600-800mm。
全文摘要
本发明涉及一种能够提高疏浚底泥堆场承载力的脱水干化方法，疏浚底泥进入堆场之前，往输泥管中投加脱水剂和改良剂，堆场一侧设置排水口，排水口上侧与堆场顶部平齐，在堆场底部间隔开设若干平行排水沟，排水沟中敷设排水管并以一定的坡度坡向排水口，排水管周围每隔一定距离开设孔洞，从堆场顶部向底部插入塑料排水板，再在顶部敷设塑料集水管，并敷设密封膜，分离出的游离水分通过沉淀底泥层流入底部排水沟，再流经砾石，进入排水管，经排水管收集后排出堆场。与现有技术相比，本发明能够提高疏浚底泥堆场的承载力，缩短疏浚底泥临时堆场用地的占用时间。
文档编号E02D3/10GK102392438SQ201110336490
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者何圣兵, 戴鼎立, 杨峰峰, 王虹, 谢希, 高建文 申请人:上海交通大学