CN106988295A - 利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法及其处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，包括以下步骤：1)污泥集纳及预处理阶段：在处理池内竖直设置多个滤井，通过滤井内的潜水泵和排水管将滤井内的水排出；2)真空预压联合电加热排水阶段：在处理池内的污泥顶面铺设工作垫层，然后打设塑料排水板系统，并将电热棒插入污泥；3)水泥土搅拌固化阶段：接下来利用水泥搅拌桩向污泥中注入水泥浆使污泥与水泥浆进行混合；4)固化污泥挖出阶段。本发明利用真空预压联合电加热排水，降低污泥含水量，后续的水泥土搅拌法进一步降低含水量，并提高污泥强度，固化有害物质，适合于填埋或者修筑路基。

Description

利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法及其 处理设备

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，进一步讲涉及污水处理厂污泥处理技术领域，具体是利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法及其处理设备。

背景技术

污水处理厂在处理污水过程中会产生污泥，污泥含水量大约为100％，有机质含量50％-70％，污泥颗粒小，渗透性差。对于污泥的处理遵循减量化，稳定化，无害化。其中，CJ/T249-2007规定，混合填埋的处理后污泥含水量小于60％，抗剪强度大于25kPa。对于污泥的处理一般先进行浓缩与脱水。污泥经过浓缩处理后，其含水率为95％左右，但仍为流动液状，常需进一步脱水降低含水率。脱水方法主要有自然干化和机械脱水两种。此外，还有电渗脱水等工艺，但普遍存在着处理量较小，运营费用高等问题。污泥的稳定主要降解污泥中易腐化发臭的有机物，减少液体和固体的数量，减少病原菌，消除臭味。稳定的方法有好氧消化、厌氧消化、堆肥化等。

与污泥相比，围海造陆形成的吹填土颗粒稍大，含水量基本相同，有机物含量较少。在地基处理技术领域形成真空预压法、电渗法、水泥土搅拌桩法等一系列地基处理方法，特别适合于大体积的软土加固，并取得了成功。

与地基处理不同，污泥处理不关注解决地基承载力及沉降问题，污泥处理主要关注含水量减小即污泥减量化，土体强度需要一定增长并将污泥内的有害物质固定，以适于填埋处理。

与地基处理不同，污泥处理不关注解决地基承载力及沉降问题，主要关注含水量减小即污泥减量化，土体强度需要一定增长并将污泥内的有害物质固定，以适于填埋等后续处理处理。污泥处理的体量相对较少，因此对于成本不敏感，可以采用一些地基处理中较少用到的成本较高的技术，比如絮凝剂促凝法、电加热法。由于存在着污泥颗粒小，有机物含量高等独特性质，因此采用单独一种地基处理方法来处理污泥效果有限，需要将多种地基处理方法联合起来进行污泥的脱水与固化。因此需要设计一种组合式的污泥处理工艺，将各种地基处理工艺有效的结合起来，实现污泥脱水与固化的一体化处理的装置与方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法及其处理设备，其应用于污泥的处理，实现大体积的污泥脱水固化处理，并实现污泥的后续利用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，包括以下步骤：

1)污泥集纳及预处理阶段

在处理池内竖直设置多个滤井，滤井采用打孔的不锈钢钢管，钢管外包滤布，不锈钢钢管底端封闭顶端开口，在不锈钢钢管的内部底端设置有潜水泵，潜水泵出水口连接排水管引出滤井；

然后向处理池内输入污泥，在输入污泥的过程中加入促凝剂、干燥细砂，以消除污泥颗粒之间的电荷，加速颗粒移动与沉积，从而促进污泥中的水进入滤井；并开启潜水泵，通过滤井内的潜水泵和排水管将滤井内的水排出；

在集纳阶段结束后，拔出不锈钢滤管，为后续污泥土处理做好准备；

2)真空预压联合电加热排水阶段

在处理池内的污泥顶面铺设土工布和压缩泡沫板作为工作垫层，然后打设塑料排水板，并铺设滤管，将塑料排水板板头与滤管绑扎；并将电热棒插入污泥，将电热棒用导线与电源箱相连；

然后，铺设土工布和密封膜，将密封膜四周粘贴到处理池池壁，并预留足够的沉降量；然后安装滤管及出膜装置，并连接射流泵；

启动射流泵并使电热棒进行加热，射流泵进行抽真空，在水平向孔隙水压力压差作用下，孔隙水流向塑料排水板进行排水；电热棒使污泥土温度升高，其渗透系数k随温度升高而变大，以加快污泥土固结速率，另一方面，由于孔隙水的热膨胀系数是土骨架的15倍，因此温度升高会产生超孔隙水压力，进一步使有效应力减小，土骨架发生破坏而使变形增大，在塑料排水板的排水作用下，超孔隙水压力逐步消散完成固结，从而减小污泥含水量；

在处理过程中，进行人工钻探取土，取得扰动土样，测量其含水量，当含水量小于40％-50％时，停止处理，关闭射流泵和电热棒，真空预压卸载后，去除密封膜，滤管、土工布、工作垫层、电热棒；

3)水泥土搅拌固化阶段

污泥经过上述处理后，接下来利用水泥搅拌桩向污泥中注入水泥浆使污泥与水泥浆进行混合，一方面提高抗剪强度降低含水量，另一方面利用水泥硬化作用来固定有机物和其他污染物；

4)固化污泥挖出阶段

水泥搅拌桩完成后7-10天，进行固化污泥挖出。

在上述技术方案中，在处理池上方设置可移动顶棚，防止污泥集纳及处理过程中逸出有害气体污染大气环境；在处理池顶部侧面设置废气收集管道，实现有害有味气体的回收与处理；在处理池顶部侧面设置污泥输入管道，用于向处理池内输入污泥。

在上述技术方案中，所述促凝剂选用聚丙烯酰胺或者碳酸钠，比例为0.3％，直接在污泥管道排出口注入；所述干燥细砂采用泼洒方式，每升高1米泼洒一次，每平方米用量约0.005m³。

在上述技术方案中，水泥土搅拌固化阶段，采用两喷四搅，水泥掺量约10％，水灰比小于0.5。

在上述技术方案中，在不锈钢钢管顶端设置有吊耳，便于吊装。

一种用于污泥处理的真空预压联合电加热排水设备，包括真空预压排水子系统和电加热子系统，

在处理池内的污泥顶面铺设密封膜，将密封膜四周粘贴到处理池池壁，并预留足够的沉降量，在处理池内的污泥中打设塑料排水板，塑料排水板板头与滤管绑扎，滤管通过出膜装置引出密封膜并与射流泵连接，构成真空预压排水子系统；

在处理池内的污泥中插入电热棒，电热棒的供电导线引出密封膜并连接供电电源箱，构成电加热子系统；

所述塑料排水板和电热棒成点阵竖直打设在污泥中。

本发明的优点和有益效果为：

本发明从厂区内污泥就地处理的思路出发，通过将小颗粒促凝促进污泥颗粒沉积，利用真空预压联合电加热排水，降低污泥含水量，后续的水泥土搅拌法进一步降低含水量，并提高污泥强度，固化有害物质，适合于填埋或者修筑路基。

附图说明

图1是处理池结构示意图。

图2是处理池结构示意图。

图3是污泥集纳及预处理阶段的示意图。

图4是滤井的结构示意图。

图5是真空预压联合电加热排水阶段的示意图。

图6是塑料排水板和电热棒点阵布置示意图。

图7是水泥土搅拌固化阶段的示意图。

图8是固化污泥挖出阶段的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

(一)处理池及附属结构设计：

参见附图1和图2，污泥处理池一般由两个及以上的处理池1组成，其中一个处理池进行污泥处理时，另外一个可以集纳污泥。当污泥处理结束后，将处理池内处理后的污泥挖出，为下一步集纳污泥做准备，进行另一个处理池内的污泥处理，两个处理池相互配合，实现流水施工，实现储泥和处理的两大功能。

处理池1上设置门式起重机或者采用汽车起重机，便于污泥处理及后续挖出处理后污泥。

在处理池上方设置可移动顶棚2，防止污泥集纳及处理过程中逸出有害气体污染大气环境。

在处理池1顶部侧面设置废气收集管道3，实现有害有味气体的回收与处理。

在处理池1顶部侧面设置污泥输入管道4，用于向处理池1内输入污泥。

(二)工艺流程设计：

整个污泥处理工艺分为污泥集纳及预处理阶段、污泥处理阶段和固化污泥挖出阶段。

1)污泥集纳及预处理阶段

在处理池内竖直设置多个滤井5，滤井沿处理池1长向每隔3m设置，滤井采用打孔的不锈钢钢管，滤井长度与处理池深度相同，直径为40cm，壁厚0.5cm，钢管外包滤布，滤布等效粒径小于污泥颗粒，不锈钢钢管底端封闭顶端开口，在不锈钢钢管的内部底端设置有潜水泵5-1，潜水泵出水口连接排水管5-2引出滤井，以及时排出滤井内的水，在不锈钢钢管顶端设置有吊耳5-3，便于吊装；

然后向处理池内输入污泥，在输入污泥的过程中加入促凝剂、干燥细砂，以消除污泥颗粒之间的电荷，加速颗粒移动与沉积，从而促进污泥中的水进入滤井，并通过滤井内的潜水泵和排水管将滤井内的水排出；促凝剂选用聚丙烯酰胺或者碳酸钠，比例为0.3％，直接在污泥管道排出口注入；干燥细砂采用泼洒方式，每升高1米泼洒一次，每平方米用量约0.005m³；

在集纳阶段结束后，拔出不锈钢滤管，为后续污泥土处理做好准备。

2)污泥处理阶段(包括真空预压联合电加热排水阶段和水泥土搅拌固化阶段)

a、真空预压联合电加热排水阶段

在处理池内的污泥顶面铺设一层土工布和一层压缩泡沫板作为工作垫层，然后打设塑料排水板6，塑料排水板间距为1m，塑料排水板成正方形点阵布置，深度与污泥土深度相同，并铺设滤管，将塑料排水板板头与滤管绑扎；

将电热棒7插入污泥，电热棒成正方形点阵布置，深度与污泥深度相同，电热棒的功率为6W/m，并用导线与电源箱8相连，所述电热棒的加热温度采用自动控制，可在电热棒上设置温度传感器，温度传感器与控制器连接，当温度超过90摄氏度时控制器控制电热棒开关电路断电停止加热，当温度低于80摄氏度时控制器控制电热棒开关电路导通进行加热；

然后，铺设一层土工布，1-3层密封膜，将密封膜四周粘贴到处理池池壁，并预留足够的沉降量；

然后，安装滤管及出膜装置，并连接射流泵9；

启动射流泵并使电热棒进行加热，射流泵进行抽真空，在水平向孔隙水压力压差作用下，孔隙水流向塑料排水板进行排水；电热棒使污泥土温度升高，其渗透系数k随温度升高而变大，有利于加快污泥土固结速率，另一方面，由于孔隙水的热膨胀系数是土骨架的15倍，因此温度升高会产生超孔隙水压力，进一步使有效应力减小，土骨架发生破坏而使变形增大，在塑料排水板的排水作用下，超孔隙水压力逐步消散完成固结，从而减小污泥含水量；

在处理过程中，可以在污泥中设置孔隙水压力计及温度计等监测仪器，实时观测污泥土孔隙水压力和污泥土温度的变化情况；

在处理过程中，进行人工钻探取土，取得扰动土样，测量其含水量，当含水量小于40％-50％时，可以停止处理；

真空预压卸载后，去除密封膜，滤管、土工布、工作垫层、电热棒等。

b、水泥土搅拌固化阶段

污泥经过上述处理后，接下来利用水泥搅拌桩10向污泥中注入水泥浆使污泥与水泥浆进行混合(水泥搅拌桩10通过供料管道与泥浆泵11、水泥浆配置桶12依次相连)，一方面提高抗剪强度降低含水量，另一方面利用水泥硬化作用来固定有机物和其他污染物；由于污泥内存留塑料排水板，所以需要采用公开号为CN103939020B的“一种防缠绕的深层搅拌桩钻头”进行水泥搅拌桩施工，可以防止在钻头上形成包裹体影响水泥土均匀性；施工工艺采用两喷四搅，水泥掺量约10％，水灰比小于0.5，各水泥搅拌桩桩体之间咬合10cm。

3)固化污泥挖出阶段

水泥搅拌桩完成后7-10天，可进行固化污泥挖出。主要利用处理池内挖掘机13将固化污泥装入吊桶14，及门式起重机15的竖向运输吊桶，并将吊桶内卸入行车道停放的车斗内，由运输车辆实行水平运输，并进行路基填筑等。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)污泥集纳及预处理阶段

在处理池内竖直设置多个滤井，滤井采用打孔的不锈钢钢管，钢管外包滤布，不锈钢钢管底端封闭顶端开口，在不锈钢钢管的内部底端设置有潜水泵，潜水泵出水口连接排水管引出滤井；

然后向处理池内输入污泥，在输入污泥的过程中加入促凝剂、干燥细砂，以消除污泥颗粒之间的电荷，加速颗粒移动与沉积，从而促进污泥中的水进入滤井；并开启潜水泵，通过滤井内的潜水泵和排水管将滤井内的水排出；

在集纳阶段结束后，拔出不锈钢滤管，为后续污泥土处理做好准备；

2)真空预压联合电加热排水阶段

在处理池内的污泥顶面铺设土工布和压缩泡沫板作为工作垫层，然后打设塑料排水板，并铺设滤管，将塑料排水板板头与滤管绑扎；并将电热棒插入污泥，将电热棒用导线与电源箱相连；

然后，铺设土工布和密封膜，将密封膜四周粘贴到处理池池壁，并预留足够的沉降量；然后安装滤管及出膜装置，并连接射流泵；

启动射流泵并使电热棒进行加热，射流泵进行抽真空，在水平向孔隙水压力压差作用下，孔隙水流向塑料排水板进行排水；电热棒使污泥土温度升高，其渗透系数k随温度升高而变大，以加快污泥土固结速率，另一方面，由于孔隙水的热膨胀系数是土骨架的15倍，因此温度升高会产生超孔隙水压力，进一步使有效应力减小，土骨架发生破坏而使变形增大，在塑料排水板的排水作用下，超孔隙水压力逐步消散完成固结，从而减小污泥含水量；

在处理过程中，进行人工钻探取土，取得扰动土样，测量其含水量，当含水量小于40％-50％时，停止处理，关闭射流泵和电热棒，真空预压卸载后，去除密封膜，滤管、土工布、工作垫层、电热棒；

3)水泥土搅拌固化阶段

污泥经过上述处理后，接下来利用水泥搅拌桩向污泥中注入水泥浆使污泥与水泥浆进行混合，一方面提高抗剪强度降低含水量，另一方面利用水泥硬化作用来固定有机物和其他污染物；

4)固化污泥挖出阶段

水泥搅拌桩完成后7-10天，进行固化污泥挖出。

2.根据权利要求1所述的利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，其特征在于：在处理池上方设置可移动顶棚，防止污泥集纳及处理过程中逸出有害气体污染大气环境；在处理池顶部侧面设置废气收集管道，实现有害有味气体的回收与处理；在处理池顶部侧面设置污泥输入管道，用于向处理池内输入污泥。

3.根据权利要求1所述的利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，其特征在于：所述促凝剂选用聚丙烯酰胺或者碳酸钠，比例为0.3％，直接在污泥管道排出口注入；所述干燥细砂采用泼洒方式，每升高1米泼洒一次，每平方米用量约0.005m³。

4.根据权利要求1所述的利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，其特征在于：水泥土搅拌固化阶段，采用两喷四搅，水泥掺量约10％，水灰比小于0.5。

5.根据权利要求1所述的利用多种地基处理方法进行污泥脱水与固化的处理方法，其特征在于：在不锈钢钢管顶端设置有吊耳，便于吊装。

6.一种用于污泥处理的真空预压联合电加热排水设备，其特征在于：包括真空预压排水子系统和电加热子系统，

在处理池内的污泥顶面铺设密封膜，将密封膜四周粘贴到处理池池壁，并预留足够的沉降量，在处理池内的污泥中打设塑料排水板，塑料排水板板头与滤管绑扎，滤管通过出膜装置引出密封膜并与射流泵连接，构成真空预压排水子系统；

在处理池内的污泥中插入电热棒，电热棒的供电导线引出密封膜并连接供电电源箱，构成电加热子系统；

所述塑料排水板和电热棒成点阵竖直打设在污泥中。