城市淤泥处理方案1.docx
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城市淤泥处理方案1.docx
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城市淤泥处理方案1
城市淤泥处理方案
一、技术背景
在城市建设中,采用钻孔灌注桩施工时,会产生大量的淤泥,含固量18%~22%(含水率350%~450%,水:
干泥),城市内河清淤也会产生大量的淤泥,对淤泥的处理是困扰城市环保的难题。
目前国内外处理的基本方法有:
国际上处理疏浚淤泥采用的先进方法俄有物理脱水、加热烧结、化学固化,前二种适用于处理量小、处理程度高的场合。
处理大量疏浚淤泥的先进方法是将疏浚淤泥进行固化处理。
也就是通过向疏浚淤泥中加入固化材料以达到固结疏浚淤泥,使其具有良好工程特性的方法。
目前国内传统的疏浚淤泥脱水技术处理方法主要有:
1)自重压密进行淤泥沉降固结:
疏浚吹填淤泥被吹填至吹填区内,靠泥沙自重沉积排水,而后靠自然风干日晒脱水,要经过1-2年的时间才能实现泥层表面干燥。
但对于大面积、吹填深度大的淤泥软基处理,中层、深层部有效脱水困难,仍然不能满足填方土强度要求。
这种自然的晾晒方式具有占用面积大,耗时太长等缺点。
2)机械脱水装置:
只能满足小方量淤泥脱水,而且设备投资成本高,能耗消耗大,根本无法满足大量的疏浚淤泥要求。
二、技术方法:
基本原理:
遵循“减量化、稳定化、无害化”的原则,在安全环保的前提下实现污泥的资源化,先将城市淤泥进行高效率快速脱水,先使泥浆含水率小于170以下,再堆载浓缩或抽真空对淤泥间隙水进行处理,使含水率达到100%以下,(堆载浓缩达到100%以下,抽真空可达40%以下),实现淤泥的减量化;最后利用固化剂进行固化,实现淤泥的稳定化,最终含水率再次降低,28天承载力指标根据要求可达80KPa~600KPa,整个工艺无害化处理。
方法1、脱水+析水浓缩+固化
1、工艺原理
淤泥进行高效率快速脱水:
利用化学电离及凝聚原理,通过电离作用切断淤泥颗粒中的毛吸管,实现固体和液体分离,利用高分子材料将分离后的泥质粒子凝聚,使悬浮细小杂质和脱稳后的胶粒互相粘结为絮体,实现泥水高效快速分离;可使泥浆含水率小于170%以下。
堆载浓缩或淤泥间隙水进行处理:
利用在堆载浓缩池底部水平面铺设无纺布,利用自然压密作用,没有动力消耗下进行泥水分离,水能通过无纺布排水,在短时间内进行排水,脱水时间比自然日照干燥工艺缩短1/3~1/2,一个月内使含水率达到100%以下。
固化处理:
淤泥固结剂使淤泥颗粒接触处产生结晶或胶结,形成同相或类同相接触,其作用是增强和改善土壤属性,充分发挥了淤泥单元矿物成份中硅酸盐矿物的活性,产生固化反应,不仅在淤泥颗粒相界面产生牢固结合,而且能与淤泥颗粒中的活性物质反应生成胶凝物质,既产生物理结合,更能产生化学结合,使土体产生高强度的同时,具有好的水稳定性和耐久性,把三者有机统一起来。
最终含水率再次降低,28天承载力指标根据要求可达80KPa~600KPa,以便于运输和制砖需要。
2、工艺流程
3、实施步骤
1)、修建30*30*5浓缩池,浓缩池底部铺上30~50cm的砂,泥浆排入口的另一侧的底部铺上1*1m的碎石渠,并在碎石渠两侧安装抽水泵,砂的上平面与碎石渠的上平面处于同一平面,并在其上铺上土工布;为了保证联系施工,现场修建三个浓缩池。
2)、外运含固量18%~22%(含水率350%~450%)城市建筑泥浆运至施工现场,根据现场比重计测量泥浆含水量,然后设定脱水设备药剂对应添加量;
3)、泥浆通过管道或U型明槽将泥浆输送至泥浆搅拌罐中,同时脱水材料也加入搅拌池中,通过搅拌器搅拌10~30S,以脱水效果为准,当泥浆出现中小颗粒时停止加脱水材料、停止搅拌,与此同时进行另一台搅拌罐搅拌工作;搅拌好的泥浆,通过排出口直接排入浓缩池中。
4)、当脱水后的泥浆排入浓缩池中后,上清液通过排水沟直接排出,沉积下淤泥在自重的作用下不断叠加,开启浓缩池中碎石渠的抽水泵,进行淤泥间隙水的进一步析出,实现淤泥的浓缩。
5)、当浓缩池中碎石渠不再有清水渗出时,停止抽水,检测其含水率,根据制砖需要,计算固化剂添加比例;添加比例一般在8~12%。
6)利用挖机将浓缩淤泥挖出,放入搅拌器里面,添加相应固化剂,进行搅拌,搅拌时间一分钟左右,搅拌时间具体以搅拌均匀度为准,现场搅拌器容量2方,2台。
7)固化剂添加搅拌均匀后,利用车辆运至制砖左右区域。
4、技术特点
1)、脱水高效快速,脱水出口即可实现含固量37%以上(含水率达170%以内),脱水材料添加精确自动控制。
分离后的淤泥颗粒能形成自然透水拱架结构,上清液清澈透明无二次污染可回收利用,脱水后的淤泥粒子增大、土粒子结构稳定,从而实现疏浚淤泥粒子快速集结沉降。
结合透水的排水结构,使脱水淤泥进一步的析水。
2)、固结材料固结时间快,可适用于高含水的淤泥,保证了淤泥成品的强度要求。
28天承载力指标根据要求可达80KPa~600Kpa。
该固结材料充分发挥了淤泥单元矿物成份中硅酸盐矿物的活性,不仅在淤泥颗粒相界面产生牢固结合,而且能与淤泥颗粒中的活性物质反应生成胶凝物质,有良好的水稳定性和耐久性。
5、经济指标
以含水率400%的泥浆为例,处理量150吨/h计算,
1)、脱水成本(含固量20%,含水率400%):
(1).加药装置电费30KW/h,按0.6元/KWh,合0.12元/t
(2).人工费3人/8h,按200元/人,折合0.5元/t
(3).原料和成品输送费用6元/t
(4).脱水材料费用8元/t
(5).设备维护费用1元/t
小计15.62元/t
2)、浓缩成本(浓缩前,含固量20%,含水率400%):
(1).浓缩池修建开挖3元/t
(2).抽水泵6KW/h,按0.6元/KWh,合0.024元/t
(3).人工费2人/8h,按200元/人,折合0.33元/t;
小计3.354元/t
3)、固化成本(含固量50%,含水率100%,浓缩后体积相对于原样泥的1/4):
(1).加药装置电费3KW/h,按0.6元/KWh,合0.03元/t;
(2).人工费4人/8h,按200元/人,折合0.67元/t;
(3).原料和成品输送费用12元/t
(4)、固化材料费用42元/t;
(5).设备维护费用1元/t;
小计47.57~64.37元/t
合计:
含水率400%的泥浆
15.62+3.354+(47.57~64.37)/4=30.8665~35.0665元/t
6、技术指标
1、脱水搅拌生产率,2t/min,配制3台,轮换施工,保证与外运车辆运输能连续施工,每天施工按8个小时施工,960t/d;
2、泥浆浓缩池30*30*5(4500方),配制3个,每个浓缩池排水抽水间隔10天,脱水后淤泥体积减少1半,每个浓缩池施工10天;
3、固化剂搅拌设备,2t/min,配制2台,轮换施工,保障固化淤泥连续出量,保证每个浓缩池浓缩后的淤泥10天内固化完成,固化后的淤泥与原样泥相比体积减少4倍。
方法2、脱水+真空预压+固化
7、工艺原理
淤泥进行高效率快速脱水:
利用化学电离及凝聚原理,通过电离作用切断淤泥颗粒中的毛吸管,实现固体和液体分离,利用高分子材料将分离后的泥质粒子凝聚,使悬浮细小杂质和脱稳后的胶粒互相粘结为絮体,实现泥水高效快速分离;可使泥浆含固量37%,含水率小于170%以下。
真空预压处理:
排水固结法,它通过铺设水平排水砂垫层和设置在软基中的竖向排水体,再在砂垫层上铺设不透气的薄膜封闭装置,借助于埋设在砂垫层内的管道,通过抽真空装置,使土体中形成负压,将土体孔隙中的孔隙水抽出,从而降低孔隙水压力,增加有效应力,使土体产生固结,一个月内可实现含固量70%以上(含水率在40%以下)。
固化处理:
淤泥固结剂使淤泥颗粒接触处产生结晶或胶结,形成同相或类同相接触,其作用是增强和改善土壤属性,充分发挥了淤泥单元矿物成份中硅酸盐矿物的活性,产生固化反应,不仅在淤泥颗粒相界面产生牢固结合,而且能与淤泥颗粒中的活性物质反应生成胶凝物质,既产生物理结合,更能产生化学结合,使土体产生高强度的同时,具有好的水稳定性和耐久性,把三者有机统一起来,最终含水率再次降低,28天承载力指标根据要求可达80KPa~600KPa,以便于运输和制砖需要。
8、工艺流程
9、实施步骤
1)、选择场地,在脱水搅拌器出口修建100*50*3的储泥池;
2)、外运含固量18%~22%(含水率350%~450%),城市建筑泥浆运至施工现场,根据现场比重计测量泥浆含水量,然后设定脱水设备药剂对应添加量;3)、泥浆通过管道或U型明槽将泥浆输送至泥浆搅拌罐中,同时脱水材料也加入搅拌池中,通过搅拌器搅拌10~30S,以脱水效果为准,当泥浆出现中小颗粒时停止加脱水材料、停止搅拌,与此同时进行另一台搅拌罐搅拌工作;搅拌好的泥浆,通过排出口直接排入浓缩池中。
4)、当脱水后的泥浆排入储泥池中后,上清液通过排水沟直接排出,沉积下淤泥在自重的作用下不断叠加,当填满整个储泥池后,移动脱水搅拌罐进行下一个储泥池进行排放。
5)、真空预压,吹填满的储泥池表层水自然排掉以后,进行真空预压实施,具体施工顺序如下:
施工准备(原土面平整)一摊铺排水垫层—打设塑料排水板—布设监测点—淤泥搅拌桩密封墙施工—铺设滤水管—摊铺密封膜—安装并调试真空泵设备一抽真空—监测—满足卸载条件后卸载—检测。
5)、当真空预压实施1个月后,检测其含水率,根据制砖需要,计算固化剂添加比例,添加比例一般在5%左右。
6)、利用挖机将真空预压后的淤泥挖出,放入搅拌器里面,添加相应固化剂,进行搅拌,搅拌一分钟左右,搅拌时间具体以搅拌均匀度为准。
现场搅拌器容量2方,3台。
7)、固化剂添加搅拌均匀后,利用车辆运至制砖左右区域。
10、技术特点
1)、脱水高效快速,脱水出口即可实现含固量37%以上(含水率达170%以内),脱水材料添加精确自动控制。
分离后的淤泥颗粒能形成自然透水拱架结构,上清液清澈透明无二次污染可回收利用,脱水后的淤泥粒子增大、土粒子结构稳定,从而实现疏浚淤泥粒子快速集结沉降。
结合透水的排水结构,使脱水淤泥进一步的析水。
2)、真空预压:
真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空,使膜内外形成气压差,使粘土层产生固结压力,土体中的孔隙水不断由排水通道排出,从而使土体固结。
主要反映在以下几个方面:
1、薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载;2、地下水位降低,相应增加附加应力;3、封闭气泡排出,土的渗透性加大。
3)、固结材料固结时间快,可适用于高含水的淤泥,保证了淤泥成品的强度要求。
28天承载力指标根据要求可达80KPa~600Kpa。
该固结材料充分发挥了淤泥单元矿物成份中硅酸盐矿物的活性,不仅在淤泥颗粒相界面产生牢固结合,而且能与淤泥颗粒中的活性物质反应生成胶凝物质,有良好的水稳定性和耐久性。
11、经济指标
以含水率400%的泥浆为例,处理量150吨/h计算,
1)、脱水成本(含固量20%,含水率400%):
(1).加药装置电费30KW/h,按0.6元/KWh,合0.12元/t
(2).人工费3人/8h,按200元/人,折合0.5元/t
(3).原料和成品输送费用6元/t
(4)、脱水材料费用8元/t
(5).设备维护费用1元/t
小计15.62元/t
2)、真空预压(含固量37%,含水率170%,体积相当与原样泥的1/2):
真空预压成本:
3米深,35元/m2,折合10元/t;
3)、固化成本(含水率75%,体积相当与原样泥的1/4):
(1).加药装置电费3KW/h,按0.6元/KWh,合0.03元/t;
(2).人工费4人/8h,按200元/人,折合0.67元/t;
(3).原料和成品输送费用12元/t
(4)、固化材料费用21元/t;
(5).设备维护费用1元/t;
小计35元/t
合计:
含水率400%的泥浆15.62+10/2+35/4=29.37元/t
12、技术指标
1、脱水搅拌生产率,2t/min,配制3台,轮换施工,保证与外运车辆运输能连续施工,每天施工按8个小时施工,960t/d;脱水后淤泥相对原样泥体积减少1半,
2、脱水储泥池100*50*3(15000方),建设3个,每个浓缩池真空预压一个月,脱水后淤泥体积相对脱水后淤泥减少1半;
3、固化剂搅拌设备,2t/min,配制2台,轮换施工,保障固化淤泥连续出量,保证每个浓缩池浓缩后的淤泥10天内固化完成,浓缩后的淤泥体积减少4倍。
方案对比
方案
成本
物理指标
工艺
其他
脱水+析水浓缩+固化
30.8665~35.0665元/t
强度:
80KPa~600KPa;
压缩系数>0.5MPa
体积加少量≤4
工艺相对简单;
场地面积小
脱水+真空预压+固化
29.37元/t
200KPa~600KPa
压缩系数<0.5MPa
体积加少量≥4
工艺相对复杂
真空预压时间要求高;
场地要求面积大
三、工程实例
13、泵送淤泥快速脱水试验实施
将疏浚淤泥用泥浆泵从滩涂由管道进行输送,在管道中连接加药装置接口,加药装置由PLC主控柜进行全自动控制。
具体是在加药装置接口前部安装浓度仪、电磁流量计,并将其与主控柜连接,在泥浆通过以上两仪器时,其将泥浆的固含量、流量信号传达给PLC主控柜,主控柜通过分析,然后调节加药量,从而达到全自动化的工艺流程。
试验结果:
泥水在吹填出口快速实现泥水分离,上清液清澈透明无二次污染,脱水后的淤泥粒子增大、土粒子结构稳定,从而实现疏浚淤泥粒子快速集结沉降,第二天含水率在170%以下,经浓缩池浓缩一周后经检测含水率达100%以下。
14、连云港虹港石化软基固化项目
江苏虹港石化有限公司已在徐圩新区开工建设PTA项目,一期1800亩TPA项目需于2013年初建成投产。
由于该工程基础大部为吹填淤泥,深厚、软弱,承载力无法满足工程建设的需求,设计方中国纺织工程设计院提出了必须进行初期浅层软基加固处理后,使初期地基承载力达到100kpa以上,以满足后期深层砼管桩施工设备载荷和不发生管桩偏移或倾斜,管桩施工过程中更不能因为表层太硬出现裂桩。
我公司一期工程工程量为52045方,二期工程量82290方。
处理深度均为5米原基础淤泥力学指标:
土工试验指标平均值如下:
含水率W=62.4%,重度γ=15.9kN/m3,孔隙比e=1.775,液性指数IL=1.58,压缩模量Es=1.52MPa,内聚力c=6kPa,内摩擦角φ=1.4度。
双桥静探qc标准值=0.352MPa,双桥静探fs标准值=9kPa。
基础处理采用淤泥固化施工,实施后经检测,固化施工效果得到监理、业主的一致好评。
具体检测指标:
1)经过1110分钟的试验观测,最大加载量为200kPa,累计沉降量达4.52㎜,最大加载量达委托方要求后终止加载;2)本工程土体中阳离子主要有:
K+、Na+、Ca2+、Mg2+,滨海盐渍土中含有硫酸盐和镁盐等强腐蚀性介质,对预制钢筋混凝土管桩产生硫酸盐腐蚀和盐类结晶侵蚀,一定条件下,硫酸镁的侵蚀比其他硫酸盐的侵蚀更加严重。
根据试验结果:
本工程固化土中Mg2+、含量较低,对钢筋混凝土管桩的腐蚀性较弱。
3)固化土的渗透系数K值为:
i×10-8~i×10-6cm/s,。
通过对固化土的抗渗机理研究可知,地基土固化后防渗效果较固化前有所提高。
4)固化后地地基土的强度及承载力都有不同程度的提高,且承载力及强度随时间增加而增长。
固化后地基土微透水甚至不透水,对含有害离子的海水下渗有一定的阻隔作用。
主要有害离子:
Mg2+、对钢筋混凝土管桩的
腐蚀程度较弱。
四、技术成果简介
1、泵送淤泥快速脱水系统:
该项目2010年5月16日被列入宁波市创新创业计划项目,于2011-12-2通过宁波高新区科技局验收,验收专家组一致认同该项目符合宁波市科技计划项目管理办法规定,同意该项目通过验收。
项目获得实用新型专利一项,专利号:
ZL201020109953.9,并申请发明专利一项(专利申请号:
201010107064.3)。
2、淤泥固化:
淤泥固结技术,浙联科评字[2011]第277号。
鉴定意见:
该技术适用于海岸滩涂淤泥浅层加固处理,该成果总体达到国内领先水平,其中螺旋式行走设备处于国际领先水平。
获得授权专利4项,其中:
发明专利2项;实用新型2项
发明专利:
海涂泥快速固结剂,专利号:
201010268432.2;
海涂泥快速固结施工机械设备及施工方法,专利申请号:
201110437523.9
实用新型:
海涂泥快速固结施工机械设备,专利号:
201020546026.3,
软基上的螺旋滚筒推进器,专利号:
201120203592.9,
另外还有1项发明专利受理中:
滩涂软土地基快速固结处理方法,专利申请号:
201010295280.5。
形成企业标准1项《海涂泥固结剂》,经宁波市质量技术监督局备案。
3、真空预压:
真空预压技术我公司与河海大学合作共同进行技术研究,已在多项工程中应用,目前针对疏浚泥浆抬高场地高程的围海造地或低洼工地填高工程且对强度和变形要求均较高的大面积软基加固法,形成发明专利1个。
五、单位简介
宁波高新区围海工程技术开发有限公司成立于2007年,现有注册资金2511万。
公司在跟随我国水利水电工程施工发展需要而相继成立的,是在充分整合人才、技术、品牌和市场资源的基础上,优势互补,强强联合而形成的拥有多项专利技术的现代所有制企业。
公司以科技创新为理念,追求卓越,研究开发新技术、新工艺。
公司先后被评定为宁波市科技型企业、国家级高新技术企业、宁波国家高新区创新示范企业,公司成立围海海堤防工程技术中心,2011年被认定为宁波市市级工程技术中心。
公司主要经营项目:
水利工程技术的研发、咨询及水利工程的施工;机械设备、仪器仪表的研发及租凭业务。
公司拥有一套完整的管理机构、科学的管理制度、完善的质量安全保证体系和严谨的管理网络。
现有员工45人,其中工程技术研发人员37人,高级工程师15人。
公司在大型低涂超软基及深水围海工程技术领域形成了捷足独步的核心技术优势;先后成功研究开发了淤泥固化、泵送淤泥快速脱水、复杂爆破挤淤筑堤三大核心技术;并成功研制开发了淤泥固化设备、深水排水板插设船、深水土工布铺设船、液压对开驳、活塞式土方输送船、爆破挤淤装药器等一系列科技创新设备;拥有相应的专利技术21项,在水利行业中构筑了强大的差异化竞争优势。
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