專利名稱：一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程疏浚底泥處理處置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠加快疏浚底泥脫水干化過程繼而提高堆場承載力的方法，快速降低堆場底泥的含水率，縮短堆場的土地占用周期，提高堆場的循環(huán)利用率，節(jié)省土地資源。
背景技術(shù)：
環(huán)保疏浚被認(rèn)為是一種重要的湖泊重建技術(shù)，通過去除富含污染物的表層沉積物來控制污染物的釋放或減少污染物生物有效性，是清除受污染水體內(nèi)源污染的一種直接、 有效的方式。疏浚過程中會產(chǎn)生大量受污染底泥，其含水率高、顆粒細(xì)小、帶負(fù)電性、富含氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，部分受污染嚴(yán)重的疏浚底泥含有重金屬及難降解的有機(jī)物，自然狀態(tài)下疏浚泥漿不易泥水分離，所需的自然干化時間長達(dá)5 10年。疏浚底泥長期占用干化堆場，土地利用率低，如遇降水氣候，不但會減小疏浚底泥干化速度，更會由于雨水的沖刷、浸泡等帶來二次污染。因此，對于底泥疏浚工程而言，當(dāng)務(wù)之急是要找到一種能夠快速提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，使疏浚底泥在較短時間內(nèi)滿足外運(yùn)條件，為后續(xù)的資源化利用創(chuàng)造基本條件。開發(fā)能夠加快疏浚底泥脫水干化速率的方法，對于縮短疏浚底泥占用堆場的時間，提高土地利用率有著重要的實踐價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種疏浚底泥快速脫水干化方法，能夠提高疏浚底泥堆場的承載力，縮短疏浚底泥臨時堆場占地時間。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明在疏浚底泥進(jìn)入堆場之前，向輸泥管道上分段投加脫水劑(PAC、FeCl3)和改良劑(黃沙、爐渣、煤灰、石灰、粉煤灰)，提高疏浚底泥進(jìn)入堆場后的泥水分離速度和改善堆場泥層通透性；堆場一側(cè)設(shè)置排水口，排水口上側(cè)與堆場頂部平齊，在堆場底部間隔開設(shè)若干平行排水溝，排水溝中敷設(shè)排水管并以一定的坡度坡向排水口，排水管周圍每隔一定距離開設(shè)孔洞，以便于水分及時滲入，排水管的外圍包裹一層無紡布并放置滲水礫石，以避免底泥與排水管直接接觸而造成排水管堵塞。疏浚工程完畢后，從堆場頂部向底部人工插入塑料排水板，再在頂部敷設(shè)塑料集水管，并敷設(shè)密封膜以隔絕空氣，通過外部真空系統(tǒng)使塑料集水管處于負(fù)壓狀態(tài)。疏浚底泥進(jìn)入堆場后，底泥顆粒沉積在底部，澄清水從排水口溢出。在此后的底泥脫水干化過程中，分離出的游離水分通過沉淀底泥層流入底部排水溝， 再流經(jīng)礫石，進(jìn)入排水管，經(jīng)排水管收集后排出堆場。當(dāng)游離水分基本不能通過底部排水管排出堆場時，外部真空系統(tǒng)將塑料集水管抽吸至負(fù)壓狀態(tài)增加堆場底泥的排水水頭，而投加的改良劑也會發(fā)揮水分遷移“中轉(zhuǎn)站”的作用，減小水分遷移阻力，加速堆場底泥中水分的脫除。
本發(fā)明的方法具體包括1、在底泥堆場的一側(cè)設(shè)置排水口，堆場圍堰上部的排水口的寬度為1. 2 1. 5m， 排水口的底部距離堆場的底部為1 1. 2m，排水口的上部與堆場的頂部平齊。2、在堆場底部間隔開設(shè)若干平行排水溝，排水溝中敷設(shè)排水管并間隔開孔，排水管以0.5%的坡度坡向排水口。3、在排水溝中排水管的外圍包裹無紡布并放置滲水礫石，以避免底泥與排水管直接接觸而造成排水管的堵塞。4、疏浚底泥進(jìn)入堆場之前，采用兩段式混合反應(yīng)脫水方法，投加脫水劑(PAC、 FeCl3)和改良劑(黃沙、爐渣、煤灰、石灰、粉煤灰)，以提高進(jìn)入堆場后的泥水分離速度和改善堆場泥層通透性。5、在疏浚工程完畢后，從堆場頂部向底部插入塑料排水板，再在頂部敷設(shè)塑料集水管，并敷設(shè)密封膜以隔絕空氣，通過外部真空系統(tǒng)使塑料集水管處于負(fù)壓狀態(tài)。本發(fā)明中，底泥堆場中排水溝的平行間距為10-15m，排水溝的寬度與深度均為 500mmo本發(fā)明中，排水溝中敷設(shè)的排水管直徑為250mm，排水管外壁周圍每隔IOcm打一個直徑為6mm的孔洞，排水管采用直徑為6mm的鋼筋制成骨架，骨架外面包裹無紡布。本發(fā)明中，排水溝中排水管的外側(cè)敷設(shè)直徑為10_20mm的滲水礫石，用作滲水保護(hù)層。本發(fā)明中，加速泥水分離的脫水劑為PAC或者FeCl3 ；所述的用于改善底泥通透性的改良劑為粒徑0. 25-0. 5mm黃沙、5-15mm爐渣、0. 05-0. 25mm煤灰、5_15mm石灰顆粒、50 μ m 以下的粉煤灰。本發(fā)明中，塑料排水板外圍包裹無紡布，以防底泥與塑料排水管直接接觸而造成排水板的堵塞。本發(fā)明中，塑料集水管直徑為50mm，外圍包裹一層無紡布。本發(fā)明中，密封膜采用無紡布+ 土工布的形式布設(shè)。疏浚底泥在與脫水劑和改良劑混合均勻后進(jìn)入底泥堆場中，進(jìn)行泥水分離，沉淀的底泥沉積在堆場底部，而澄清水則從上部排水口溢出。隨著進(jìn)入堆場中底泥數(shù)量的增加， 沉淀底泥的厚度逐漸增加，直至達(dá)到設(shè)計高程，此時，疏浚工作結(jié)束。此后，堆場內(nèi)部底泥進(jìn)入了脫水干化過程，底泥中分離出來的游離水分通過沉淀污泥層，在重力作用下流入底部排水溝，再流經(jīng)礫石，進(jìn)入排水管，經(jīng)排水管收集后排出堆場。當(dāng)游離水分基本不能通過底部排水管排出堆場時，外部真空系統(tǒng)將塑料集水管抽吸至負(fù)壓狀態(tài)，從而增加堆場底泥的排水水頭，投加的改良劑也會發(fā)揮水分遷移“中轉(zhuǎn)站”的作用，減小水分遷移阻力，加速底泥中水分的脫除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、整個排水體系由上部的排水口系統(tǒng)、下部的排水溝系統(tǒng)及貫穿堆場的真空排水系統(tǒng)組成，在疏浚底泥進(jìn)入堆場的初期，底泥顆粒與水分泥水分離，大量余水通過上部的排水口溢出，以增加堆場的有效容積；底部的排水系統(tǒng)可以在疏浚工程進(jìn)行的后期及完成后的一段時間內(nèi)，收集下滲至堆場底部底泥中的游離水分，提高堆場底泥的脫水干化速度；而貫穿堆場的真空排水系統(tǒng)在堆場泥漿吹填完畢后，人為創(chuàng)造負(fù)壓環(huán)境，強(qiáng)化泥層中的水分排出效果。2、將泥漿通過兩段式混合反應(yīng)脫水方法，第一段投加脫水劑破壞泥漿動力學(xué)穩(wěn)定性，加快泥水分離速率；第二段投加改良劑，減小泥層中的水分滲透阻力。投加脫水劑主要是加速脫水速率，投加改良劑主要是加速底泥干化速率，再結(jié)合真空排水裝置，能加快泥漿中的水分排出，降低底泥含水率，縮短底泥干化周期，降低能源消耗，提高底泥承載力。3、排水體系施工方便，適用于我國河湖疏浚底泥堆場的構(gòu)建。本發(fā)明能夠減小疏浚底泥中水分的滲透阻力，加快堆場中底泥的干化過程，縮短堆場的占用周期，便于臨時堆場用地的快速恢復(fù)。


圖1為本發(fā)明的下層結(jié)構(gòu)平面2為本發(fā)明的上層結(jié)構(gòu)平面3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面中1為底泥堆場、2為排水口、3為排水溝、4為排水管、5為礫石、6為塑料排水板、7為塑料集水管、8為密封膜、9為真空泵、10為脫水劑混合器、11為改良劑混合器、12為
輸泥管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1本發(fā)明構(gòu)建的堆場結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，包括1底泥堆場、2排水口、3排水溝、4排水管、5礫石、6塑料排水板、7塑料集水管、8密封膜、9外部真空系統(tǒng)、10脫水劑混合器、11改良劑混合器、12輸泥管。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明在底泥堆場中構(gòu)建了排水體系，排水體系由上部的排水口 2、下部的排水溝3及排水管4、貫穿中部的塑料排水板6組成。首先在底泥堆場1的一側(cè)設(shè)置排水口 2，排水口 2的下側(cè)距離堆場底部1 1. 2m, 排水口 2的上側(cè)與堆場頂部平齊。排水口 2的寬度為1. 2 1. 5m。在底泥堆場1的底部間隔開設(shè)若干平行排水溝3，排水溝3中敷設(shè)排水管4，排水管4以一定的坡度(一般為0.5%)坡向排水口。在排水溝3中，排水管4的外圍包裹無紡布并放置滲水礫石5，以避免底泥與排水管4直接接觸而造成排水管的堵塞。塑料排水板6垂直插入堆場，頂部設(shè)置塑料集水管7，塑料集水管7上部覆蓋密封膜8，包括無紡布、土工布，塑料集水管7與外部真空系統(tǒng)9相連接，外部真空系統(tǒng)9設(shè)置于堆場圍堰上。通過輸泥管12輸送的疏浚底泥依次通過10脫水劑混合器、11改良劑混合器與脫水劑和改良劑混合均勻后進(jìn)入底泥堆場1中，進(jìn)行泥水分離，沉淀的底泥沉積在堆場1底部，而澄清水則從上部排水口 2溢出，隨著進(jìn)入堆場1中底泥數(shù)量的增加，沉淀底泥的厚度逐漸增加，直至達(dá)到設(shè)計高程，此時，疏浚工作結(jié)束。此后，堆場1內(nèi)部底泥進(jìn)入了脫水干化過程，底泥中分離出來的游離水分通過泥層，在改良劑的幫助下，由重力作用下滲至底部排水溝3，再流經(jīng)礫石5，進(jìn)入排水管4，直至排出堆場外。當(dāng)由重力作用滲出的水分?jǐn)?shù)量很少時，在堆場頂部敷設(shè)一層土工布，而后插入塑料排水板6至底部，頂部設(shè)置塑料集水管7，塑料集水管7上部覆蓋密封膜8，包括無紡布、土工布，塑料集水管7與真空泵9相連接，使得塑料集水管7處于負(fù)壓狀態(tài)，從而提高堆場底泥中殘余水分的排水水頭，增加了排水動力， 能夠加速底泥中水分的脫除，加快底泥的脫水干化過程，真空泵9設(shè)置于堆場圍堰上。以下為本發(fā)明的一個具體應(yīng)用實例。對太湖竺山灣周鐵鎮(zhèn)灣浜村附近湖灣開展疏浚工作。在太湖旁構(gòu)建一疏浚底泥堆場1，用于收納疏浚底泥。底泥脫水干化方法采用兩段式混合反應(yīng)脫水方法，堆場1平面尺寸為30 X 40m，深度為3m。堆場1底部設(shè)置兩條排水溝3，間距為15m，排水溝3寬度為0. 5m, 深度0. 5m。其中放置的排水管4直徑為250mm，排水管4敷設(shè)坡度為0. 5%，每隔IOcm打一個直徑為6mm的孔洞，以無紡布包裹排水管。排水管4和排水溝3之間敷設(shè)了 10_20mm粒徑的天然礫石滲水層。在疏浚工作完成后，在堆場頂部敷設(shè)一層土工布，而后每隔Im插入塑料排水板6 至底部，頂部每IOm2敷設(shè)一圈塑料集水管7，塑料集水管7上部覆蓋密封膜8，包括無紡布、 土工布，塑料集水管7與真空泵9相連接，真空泵9設(shè)置于堆場圍堰上。土工布上方充入 500-800mm深度的湖水保持水封狀態(tài)，啟動真空泵，一天M小時運(yùn)行，保持_0. 05Mpa真空度，持續(xù)3個月后，直至堆場的頂層地面整體下沉800mm，地基承載力經(jīng)檢測可達(dá)35kpa，滿足外運(yùn)要求。實施例2一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，采用以下步驟疏浚泥漿與脫水劑和改良劑混合均勻后，進(jìn)入由圍堰圍成的堆場；在堆場圍堰上部設(shè)置排水口、堆場頂部設(shè)置真空脫水裝置、堆場底部設(shè)置若干條相互平行設(shè)置的排水溝、排水管及滲水礫石，其中排水管敷設(shè)于排水溝中，外部包裹無紡布，滲水礫石設(shè)置于排水溝和排水管之間，排水管管壁周圍打孔，排水口設(shè)置于堆場一側(cè)的圍堰邊上。采用的脫水劑為PAC或!^eCl3,本實施例中采用的是PAC，改良劑可以為粒徑 0. 25-0. 5mm黃沙、5-15mm爐渣、0. 05-0. 25mm煤灰、5_15mm石灰顆粒或50 μ m以下的粉煤灰，本實施例采用的是粒徑5-15mm的爐渣。脫水劑與疏浚泥漿的重量比為1. 2 10000 ；改良劑與疏浚泥漿干物質(zhì)的重量比為3 5 100。堆場圍堰上部的排水口的寬度為1.5m， 排水口的底部距離堆場的底部為lm，排水口的上部與堆場的頂部平齊。排水溝的寬度為 0. 5m，深度為0. 5m，相鄰兩條排水溝之間的平行距離為10_15m。排水管的直徑為250mm，排水管的敷設(shè)坡度為0. 5 %，坡向排水口，該排水管由鋼筋骨架包裹無紡布制成，鋼筋骨架的直徑為6mm。滲水礫石的直徑為10-20mm。堆場頂部的真空脫水裝置包括塑料排水板、塑料集水管、真空泵、無紡布、土工布，透過該層土工布將塑料排水板插入至堆場底部，設(shè)置塑料排水管收集余水，再覆蓋一層無紡布，最后在頂部覆蓋一層土工布，真空泵設(shè)置于堆場圍堰附近，通過真空管道創(chuàng)造塑料集水管內(nèi)部的真空環(huán)境。堆場采用以下步驟構(gòu)建第一步、確定好底泥堆場的外邊界和高度，然后在外邊界構(gòu)建堆場周邊的圍堰，堆場圍堰頂部寬度不小于5米，高度方向用不透水粘土按1 1兩側(cè)放坡夯實；第二步、構(gòu)建底泥堆場內(nèi)部的排水體系，具體包括以下步驟
(1)在湖泊附近構(gòu)建一疏浚底泥堆場，堆場的底泥脫水干化方法采用輸泥管道兩段式混合反應(yīng)脫水方法，其中，第一段投加脫水劑，第二段投加改良劑；(2)在堆場底部設(shè)置兩條間距為IOm的排水溝并在排水溝中放置敷設(shè)坡度為 0.5%的排水管，排水管一端連接至堆場外部，位于堆場內(nèi)部的排水管外壁周圍每隔IOcm 打一個直徑為6mm的孔洞，以無紡布包裹排水管；(3)在排水管和排水溝之間敷設(shè)10_20mm粒徑的天然礫石深水層；(4)排水管一端與外部聯(lián)通，排出下滲到堆場底部的余水；第三步、待堆場中疏浚泥漿吹填完畢后，構(gòu)建堆場頂部的真空脫水裝置，具體包括以下步驟(1)堆場吹填完畢后，將一層土工布覆蓋于堆場上方；(2)插入塑料排水板至堆場底部，每隔Im敷設(shè)1根塑料排水板；C3)敷設(shè)塑料集水管，每IOm2敷設(shè)一圈塑料集水管，集水管內(nèi)插入連接真空泵的抽
空氣管；(4)塑料排水板、塑料集水管上方覆蓋一層無紡布；(5)無紡布上方覆蓋一層土工布；(6) 土工布上方用充入500-800mm深度的湖水，用以隔絕空氣；(7)啟動真空泵，一天M小時運(yùn)行，保持-0. 05Mpa真空度，持續(xù)2_3個月，直至堆場的頂層地面整體下沉600-800mm。
權(quán)利要求
1.一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，該方法采用以下步驟疏浚泥漿與脫水劑和改良劑混合均勻后，進(jìn)入由圍堰圍成的堆場；在堆場圍堰上部設(shè)置排水口、堆場頂部設(shè)置真空脫水裝置、堆場底部設(shè)置若干條相互平行設(shè)置的排水溝、排水管及滲水礫石，其中排水管敷設(shè)于排水溝中，外部包裹無紡布，滲水礫石設(shè)置于排水溝和排水管之間，排水管管壁周圍打孔，排水口設(shè)置于堆場一側(cè)的圍堰邊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的脫水劑為PAC或!^eCl3 ；所述的改良劑為粒徑0. 25-0. 5mm黃沙、5_15mm爐渣、 0. 05-0. 25mm煤灰、5-15mm石灰顆?；?0 μ m以下的粉煤灰；脫水劑與疏浚泥漿的重量比為 1.2 10000;改良劑與疏浚泥漿干物質(zhì)的重量比為3 5 100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的堆場圍堰上部的排水口的寬度為1.5m，排水口的底部距離堆場的底部為lm， 排水口的上部與堆場的頂部平齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的排水溝的寬度為0. 5m，深度為0. 5m，相鄰兩條排水溝之間的平行距離為 10-15m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的排水管的直徑為250mm，排水管的敷設(shè)坡度為0. 5%，坡向排水口，該排水管由鋼筋骨架包裹無紡布制成，鋼筋骨架的直徑為6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的滲水礫石的直徑為10-20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的堆場頂部的真空脫水裝置包括塑料排水板、塑料集水管、真空泵、無紡布、土工布，透過該層土工布將塑料排水板插入至堆場底部，設(shè)置塑料排水管收集余水，再覆蓋一層無紡布，最后在頂部覆蓋一層土工布，真空泵設(shè)置于堆場圍堰附近，通過真空管道創(chuàng)造塑料集水管內(nèi)部的真空環(huán)境。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的堆場采用以下步驟構(gòu)建第一步、確定好底泥堆場的外邊界和高度，然后在外邊界構(gòu)建堆場周邊的圍堰，堆場圍堰頂部寬度不小于5米，高度方向用不透水粘土按1 1兩側(cè)放坡夯實；第二步、構(gòu)建底泥堆場內(nèi)部的排水體系；第三步、待堆場中疏浚泥漿吹填完畢后，構(gòu)建堆場頂部的真空脫水裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的第二步具體包括以下步驟(1)在湖泊附近構(gòu)建一疏浚底泥堆場，堆場的底泥脫水干化方法采用輸泥管道兩段式混合反應(yīng)脫水方法，其中，第一段投加脫水劑，第二段投加改良劑；(2)在堆場底部設(shè)置兩條間距為IOm的排水溝并在排水溝中放置敷設(shè)坡度為0.5%的排水管，排水管一端連接至堆場外部，位于堆場內(nèi)部的排水管外壁周圍每隔IOcm打一個直徑為6mm的孔洞，以無紡布包裹排水管；(3)在排水管和排水溝之間敷設(shè)10-20mm粒徑的天然礫石深水層；(4)排水管一端與外部聯(lián)通，排出下滲到堆場底部的余水；
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，其特征在于，所述的第三步具體包括以下步驟(1)堆場吹填完畢后，將一層土工布覆蓋于堆場上方；(2)插入塑料排水板至堆場底部，每隔Im敷設(shè)1根塑料排水板；(3)敷設(shè)塑料集水管，每IOm2敷設(shè)一圈塑料集水管，集水管內(nèi)插入連接真空泵的抽空氣管；(4)塑料排水板、塑料集水管上方覆蓋一層無紡布；(5)無紡布上方覆蓋一層土工布；(6)土工布上方用充入500-800mm深度的湖水，用以隔絕空氣；(7)啟動真空泵，一天M小時運(yùn)行，保持-0.05Mpa真空度，持續(xù)2_3個月，直至堆場的頂層地面整體下沉600-800mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠提高疏浚底泥堆場承載力的脫水干化方法，疏浚底泥進(jìn)入堆場之前，往輸泥管中投加脫水劑和改良劑，堆場一側(cè)設(shè)置排水口，排水口上側(cè)與堆場頂部平齊，在堆場底部間隔開設(shè)若干平行排水溝，排水溝中敷設(shè)排水管并以一定的坡度坡向排水口，排水管周圍每隔一定距離開設(shè)孔洞，從堆場頂部向底部插入塑料排水板，再在頂部敷設(shè)塑料集水管，并敷設(shè)密封膜，分離出的游離水分通過沉淀底泥層流入底部排水溝，再流經(jīng)礫石，進(jìn)入排水管，經(jīng)排水管收集后排出堆場。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠提高疏浚底泥堆場的承載力，縮短疏浚底泥臨時堆場用地的占用時間。
文檔編號E02D3/10GK102392438SQ201110336490
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者何圣兵, 戴鼎立, 楊峰峰, 王虹, 謝希, 高建文 申請人:上海交通大學(xué)