清淤泥浆脱水固结一体化处理方法.pdf

本发明涉及一种清淤泥浆脱水固结一体化处理方法，将河海湖库的淤泥经疏浚、泥泵及管道输送至沉淀池，组合格栅设备过滤后流入贮浆池；用泵将贮浆池含水率80％的泥浆送至配浆池，在每立方泥浆中加入0.01公斤的无机高分子调理剂(35％聚硅硫酸铁PFSS+65％聚合氯化铝PAC)进行调理，再在每立方泥浆加入0.005公斤的FSA泥沙聚沉剂进行再次调理；在每立方泥浆加入5-20公斤的HEC高强高耐水土体固结剂并混合均匀；使用压滤机将经过上述处理过的泥浆压榨为淤泥固结土，排放出清水，得到含水率为30％或以下的泥饼用作工程用土。淤泥经本发明脱水固结后具有一定的自硬能力，形成的固结土透气性、承载力、酸碱度都与一般土壤相当，真正地实现了淤泥的合理化、资源化、无害化、经济化处理。

1.  一种清淤泥浆脱水固结一体化处理方法，并按以下步骤进行：
(1)将河海湖库的清淤泥经疏浚、泥泵及管道输送至沉淀池，沉淀池的淤泥经组合格栅设备过滤后流入贮浆池；
(2)用泵将贮浆池含水率80％的泥浆送至配浆池，泥浆处理时以体积m³计；
(3)在每立方泥浆中加入0.01公斤的无机高分子调理剂进行调理，再在每立方泥浆加入0.005公斤的FSA泥沙聚沉剂进行再次调理，所述的无机高分子调理剂为35％(重量百分比)聚硅硫酸铁PFSS+65％(重量百分比)聚合氯化铝PAC；
(4)在每立方泥浆加入5-20公斤的HEC高强高耐水土体固结剂并混合均匀；
(5)使用压滤机将经过上述步骤处理过的泥浆压榨为淤泥固结土，排放出清水，得到含水率为30％或以下的泥饼用作工程用土。

清淤泥浆脱水固结一体化处理方法
技术领域
本发明涉及环境生态修复并将污染废弃物资源化再生利用领域，具体涉及水利工程领域或环境工程领域中的河海湖库清淤泥浆脱水固结一体化处理方法。
背景技术
进入21世纪，我国水利面临洪涝灾害加重、水资源短缺和水生态环境恶化这三大问题，河海湖库泥沙的严重淤积所造成的行洪不畅、水质劣化是造成这三大问题的重要原因之一。疏浚河海湖库，控制并优化河海湖库周边的环境质量，是促进国民经济的可持续发展、特别是改善目前水利行业的被动局面、提高河海湖库周边人居生活质量的重大措施。目前，全国各地特别是经济发达地区疏浚河海湖库水环境的综合整治工作正在刻不容缓地紧迫展开。在其中的清淤过程中产生的淤泥越来越多，为避免造成二次污染，将淤泥变废为宝，就必须将产生的淤泥进行合理化、资源化、无害化、经济化处理。
传统的处理淤泥的方法大抵上有如下几种：
1、将淤泥入池，晾晒让其自然干化。这种处理方法耗时长，占用堆场大，后续开发利用价值不大，在很大程度上影响了河海湖库生态修复工程的进展速度；
2、利用淤泥肥田沃土，改良土壤。但对于那些含有有害杂质和有毒物质的淤泥，是不能直接送到田里的；
3、以泥换土制砖法，仅适用于那些成分和性能较好的淤泥；
4、对于淤泥软基的处理往往采用灌浆法、桩基法、换土法、排水固结法、加筋法等。
显然，上述传统的处理淤泥的方法基本上没有什么高技术可言，实际上是用高经济投入来抵偿其技术的落后性，达到低效益、低水平、低要求的处理目标。这些技术落后、经济效益差的传统方法当前还在全国各地大多数河海湖库清淤的地方使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种处置清淤泥浆“脱水固结一体化”的方法，将河海湖库清淤泥浆处理为可利用的工程土。
一、疏浚淤泥的特征性能及调理方法
淤泥是一种含有很多细颗粒(大多含有大量的有机腐植质)、颜色呈深灰色或暗绿色、有臭味、一般情况下的天然含水量在40％～80％之间、孔隙比＞1.0、渗透性小、触变性及流变性大的特殊土体；具有强度低、压缩性大、透水性差的力学性质；具有承载力低、强度增长缓慢、加荷后易变形且不均匀、变形速率大、稳定需时长的工程特性。因此，工程上只要碰到有淤泥需要处理时，没有不倍感为难的。
河海湖库淤泥来源复杂，特别是河涌淤泥，裹挟着大量生活垃圾和建筑垃圾，其有机物组分多且有机物总含量比例较高，这对于淤泥中水的存在形态影响很大。一般情况下，河海湖库疏浚淤泥除存在难沉淀的胶体态物质外，还存在占淤泥组成比例较大的悬浮细小颗粒，这些悬浮细小颗粒包裹着自由水、毛细水、结合水等形态，使得泥浆脱水不易。本发明通过使用无机的和有机的高分子调理剂对淤泥进行调理处置，中和淤泥中胶体和悬浮物颗粒表面电荷，克服胶体和悬浮物颗粒间的静电排斥力，从而使那些微细颗粒脱稳。胶体颗粒和悬浮颗粒与无机的和有机的高分子化合物的极性基团或带电荷基团作用，以及桥连网扑作用，形成比淤泥细小颗粒体积庞大的多的沉淀物。淤泥因颗粒粒径迅速增大而沉降，从而使淤泥脱水更为容易实现。紧接着再加入固结剂，使脱水淤泥马上经过复杂的固结、水化反应，增强形成的土体的物理力学性能。
二、疏浚淤泥的化学成分
取自广州市、江苏和天津市的河流、湖泊、近海海底的淤泥样品的化学成分分析结果如表1、表2、表3所示。这些数据表明，广州市某河涌淤泥属于富含铁铝氧化物、高含有机质、污染较严重的淤泥；江苏某湖泊淤泥和天津市某填海造地工程疏浚海泥则表现出较为典型的普通淤泥特征。
表1广州市某河涌疏浚淤泥(样品编号：GZYN02#)化学成分


表2江苏某湖泊疏浚淤泥(样品编号：JSYN05#)化学成分

表3天津市某填海造地工程疏浚海泥(样品编号：TJHN06#)化学成分

三、疏浚淤泥的颗粒分析
从广州市、江苏和天津市的河流、湖泊、近海海底取来的淤泥样品分别进行物理性能指标试验的结果列于表4、表5和表6。试验数据表明，三种淤泥样品的液限分别为19.0％、29.5％和30.1％，塑性指数均在10以下，属于低液限、低塑性指数土类；特别是≤0.075mm粒径的微粒土分别占31.6％、67.2％和68.2％。按《土的工程分类和特殊土的工程地质特征》属于“有机质含砂低液限粘土(CLSO)”，或“有机质粉土质砂(SMO)”。值得指出的是，淤泥样品中微粒土占如此大的比例，这正是使用传统方法时淤泥难于脱水干化的重要原因。


四、FSA泥沙聚沉剂
方案中应用的FSA泥沙聚沉剂，系本公司已拥有的国家专利产品(专利号：ZL200610166513.5)，FSA泥沙聚沉剂同时也是国家重点新产品(证书编号：2008GRD10048)。
FSA为粉末状固体，是一种针对疏浚泥浆进行调质，使之降低比阻、减小比表面积、改善排水性能的多组分复合材料。FSA是专门针对环保清淤、围海造地、港口水利等工程疏浚淤泥需要进行脱水前的性能调理而研制的利于泥水分离的产品。其工作原理是：在干化高含水淤泥时，通过对淤泥微粒子的电离作用，降低比阻、扩大和延长渗水通道，从而改善淤泥的排水性能。
五、HEC高强高耐水土体固结剂
方案中应用的HEC高强高耐水土体固结剂为本公司研发的拥有完全自主知识产权的国家重点新产品(证书编号：2003ED760040)。
HEC固结剂是一种无机胶凝材料，其性状为：
(1)灰色粉末状固体；
(2)密度为2.80～2.90g/cm³；
(3)细度为80μm方孔筛筛余不超过4.0％。
本发明使用的HEC固结剂胶凝材料是一种水硬性胶凝材料，从武汉路德材料有限责任公司购得。HEC高强高耐水土体固结剂的胶凝原理为：HEC在常温下直接对淤泥颗粒进行胶结，同时HEC的活性组分渗入被胶凝材料的基本单元的相界面上，激发其活性，利用多组分复合产生超叠加效应，使之形成多晶聚集体。HEC的核心成分大体上可分为两部分：其中一部分为促进材料活化的活化组分；另一部分为具有潜在活性的载体，本身具有胶凝作用，同时对活性组分起稀释分散作用，使HEC核心成分在作用于材料时分布均匀。
六、一种河海湖库清淤泥浆脱水固结一体化处理方法，除淤泥泥浆按体积(m³)计外，其它物质按重量百分比计，并按以下步骤进行：
1、一种清淤泥浆脱水固结一体化处理方法，并按以下步骤进行：
(1)将河海湖库的清淤泥经疏浚、泥泵及管道输送至沉淀池，沉淀池的淤泥经组合格栅设备过滤后流入贮浆池；
(2)用泵将贮浆池含水率80％的泥浆送至配浆池，泥浆处理时以体积m³计；
(3)在每立方泥浆中加入0.01公斤的无机高分子调理剂进行调理，所述的无机高分子调理剂为35％(重量百分比)聚硅硫酸铁PFSS+65％(重量百分比)聚合氯化铝PAC，再在每立方泥浆加入0.005公斤的FSA泥沙聚沉剂进行再次调理；
(4)在每立方泥浆加入5-20公斤的HEC高强高耐水土体固结剂并混合均匀；
(5)使用压滤机将经过上述步骤处理过的泥浆压榨为淤泥固结土，排放出清水，得到含水率为30％或以下的泥饼用作工程用土。
七、一种河海湖库清淤泥浆脱水固结一体化处理工艺技术系统，由淤泥疏浚储存系统、淤泥泥浆调理系统和淤泥脱水固化系统组成，淤泥疏浚储存系统包含疏浚淤泥、组合格栅、沉淀池和储泥池四部分；淤泥泥浆调理系统包含无机高分子调理剂、FSA泥沙聚沉剂、自动加药机和调浆池四部分；淤泥脱水固化系统包含HEC高强高耐水土体固结剂、调理泥浆、配浆池、压滤机、干淤泥泥饼、清水排放六部分。
八、一种河海湖库清淤泥浆脱水固结一体化处理方法，其工艺设备布局为：疏浚淤泥、沉淀池、组合格栅、储泥池、曝气设备、立式泵、流量计、贮料罐1、贮料罐2、自动加料装置、配剂设备、配浆池、泥浆进料泵、空压机及储气罐、固定端压板、压榨法兰、运料机械、多级压榨脱水设备、钢结构厂房、干淤泥泥饼、液压设备系统、压滤控制系统、清水排放池。
九、一种压滤核心工艺设备，包括：可移动端压板、滤框、滤布、滤板、泥浆进口、固定端压板、清水出口。
十、淤泥固结土标准击实(轻型)试验
将取自广州市、江苏、天津市的河流、湖泊、近海海底的淤泥样品经过调理并脱水固结形成的淤泥固结土进行标准击实(轻型)试验的结果列于表7、表8和表9。
表7广州市某河涌淤泥固结土标准击实(轻型)试验报告

表8江苏某湖泊淤泥固结土标准击实(轻型)试验报告


表9天津某填海造地工程疏浚海泥固结土标准击实(轻型)试验报告

十一、淤泥固结土强度试验
将取自广州市、江苏、天津市的河流、湖泊、近海海底的淤泥样品经过调理并脱水固结形成的淤泥固结土进行抗压强度试验的结果列于表7、表8和表9。
表10广州市某河涌淤泥固结土抗压强度试验报告

表11江苏某湖泊淤泥固结土抗压强度试验报告


表12天津市某填海造地工程疏浚海泥固结土抗压强度试验报告

十二、本发明最有价值之处是本淤泥处理方法特别适宜于那些经济发达的、人居密度大的、无淤泥晾晒场地的、无二次污染耐受时空的大中城市的河流湖泊受污淤泥的疏浚处理。
本发明对河海湖库清淤泥浆采用“脱水固结一体化”处理方法，是目前清淤泥浆处理处置方式方法中最符合国计民生的和最具有可持续发展潜力的处置工艺。淤泥经脱水固结后具有一定的自硬能力，形成的固结土透气性、承载力、酸碱度都与一般土壤相当，具有与一般土壤同等程度或更好的工程性质，便于后续开发利用。真正地实现了淤泥的合理化、资源化、无害化、经济化处理。
具体实施方式
表13是本发明的实施例1～5所用的淤泥及调理剂、固结剂的配比，
河海湖库清淤泥浆脱水固结将取自广州市、江苏、天津市河流、湖泊、近海海底的淤泥样品经过调理并脱水固结形成的淤泥固结土进行标准击实(轻型)试验的结果列于表7、表8和表9。
实施例1～5所用的淤泥及调理剂、固结剂的配比。
表13各实施例所用的淤泥及调理剂、固结剂的配比  单位：kg/m³淤泥

所述的无机高分子调理剂为35％(重量百分比)聚硅硫酸铁PFSS+65％(重量百分比)聚合氯化铝PAC，FSA为FSA泥沙聚沉剂，采用专利号：ZL200610166513.5的泥沙聚沉剂，HEC为HEC高强高耐水土体固结剂，从武汉路德材料有限责任公司购得。
表14是按表13所示的实施例1～5所用的调理剂、固结剂材料及配比对取自武汉东湖淤泥进行处理的结果。由实施例1～5产出的淤泥固结土具有粘性自然土、砂性自然土性质，并显现出由粘性自然土向其他自然土性质转化的特征。
表14按表13所示的实施例1～5对取自武汉东湖淤泥进行处理的结果

一种河海湖库清淤泥浆脱水固结一体化处理方法，其工艺设备布局及操作流程为：将疏浚淤泥泵入沉淀池，此时淤泥为含水率约80％的泥浆。利用组合格栅将此泥浆过滤剔除生活垃圾和建筑垃圾，如塑料、纱布、树枝、砖头、混凝土块等或直径大于3cm以上的坚硬块状体，然后泥浆进入储泥池，储泥池内的曝气设备是为均混泥浆中的各组分如沙、泥、水与颗粒级配而设置，再由立式泵将泥浆泵入配浆池，其间泥浆经过流量计进行计量，并按配合比先后加入调理剂、固结剂，调理剂储存在第一贮料罐内，固结剂储存在第二贮料罐内，并由自动加料装置和配剂设备控制配合比使泥浆进入配浆池。使用泥浆进料泵将调理后的泥浆抽入压榨过滤系统，泥浆经过由压榨法兰固定的固定端压板进入多级压榨脱水设备被脱水固结形成干淤泥泥饼，然后由运料机械外送应，压榨过滤系统置于钢结构厂房内，压榨过滤系统由压榨法兰、固定端压板、空压机及储气罐、多级压榨脱水设备、液压设备系统、压滤控制系统等组成。最后，滤出的清水进入清水排放池。
本发明在处理河海湖库清淤泥浆过程中所用的设备均采用现有成熟的设备。