一种连续式高含水率泥浆减量硬化系统及方法与流程

1.本发明涉及一种泥浆减量硬化资源化的系统及方法，尤其涉及一种连续式高含水率泥浆减量硬化系统及方法。


背景技术：

2.我国的水环境治理过程中，污染底泥的疏浚(清淤)是其中必要的一环。每年通过绞吸式疏浚或水力冲刷产生的稀泥浆50亿方以上，这些稀泥浆含有大量的粘粒、污染物，存在难以脱水沉降、缺少场地处置、可能导致二次污染、处理产物难资源化利用等大量问题。因此工程亟需低浓度泥浆的快速泥水分离的技术方法。
3.现有的泥浆快速泥水分离的方法多采用间歇式工作模式，一批泥浆处理完成后，才能进行下一批泥浆处理，效率较低；淤堵泥皮清洗的方式多采用反冲洗吹脱的方式或利用自重脱水，通过蒸发、自重固结，这种冲洗泥皮的方式一方面效率较低，需要中断抽滤进程，进行清洗；另一方面，清洗效率低，容易出现冲洗优势通道，导致其余部分泥皮冲洗不干净；泥浆需要处理场地，对于缺少场地的工程难以应用；此外分离后的泥浆强度较低，难以资源化利用。
4.针对以上的问题，针对现有泥浆脱水方法间歇式效率低、泥皮清洗效率低、泥浆需要脱水场地、泥浆脱水速度慢、泥浆处理产物难资源化利用等问题，急需寻找一种使泥浆减量更快、不占用场地、处理后泥浆直接可资源化利用的泥水分离方法。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的是提供一种连续式高含水率泥浆减量硬化系统及方法，可以将低浓度泥浆减量化的同时，一步将泥浆处理为具有强度的土材料。
6.技术方案：本发明包括与泥浆相连的絮凝管，所述絮凝管的另一端依次与压力调节系统及压力泵连接，所述压力泵的另一端与过滤管道相连，所述过滤管道的外侧套有真空管，所述的絮凝管和过滤管道上均安装有流量计，絮凝管上连接有多个加药系统。
7.所述的加药系统包括硬化剂加药系统及凝聚、絮凝剂加药系统，分别安装在絮凝管的前部和中前部。
8.所述的加药系统采用多点注射加药方式，药剂的用量和种类应通过小试试验得到。
9.所述的真空管与真空装置连接，其连接管路上设有定时开关装置，控制真空装置定时开关。
10.所述的过滤管道四周开有若干小孔，过滤管道内部安装有过滤介质，所述的过滤介质紧贴过滤管道内壁。
11.所述的压力调节系统根据雷诺系数来调节压力泵的压力大小。
12.一种连续式高含水率泥浆减量硬化方法，包括以下步骤：
13.(1)采样，并对样品进行小试试验，获取硬化剂和凝聚剂种类及剂量，在此基础上，
继续试验，获得絮凝剂种类和剂量，根据小试试验，得到絮凝配方；
14.(2)将本系统安装在现场，或者将已经安装在作业车上的系统开至现场；
15.(3)系统调试，打开压力泵、流量计、压力调节系统，循环运转系统，待系统两段的雷诺数达到设定要求后，启动加药系统、真空装置对系统絮凝抽滤，使泥皮脱落，后续泵送的泥浆把脱落的泥皮冲脱出管道；
16.(4)完成泥水分离后，将逐渐硬化具有强度的泥皮运至需要资源化利用的场地，将系统拆卸离场，或者将安装在作业车上的系统开离现场。
17.所述步骤(1)中获取使泥浆中值粒径d
50
不低于350μm的絮凝剂种类和剂量。
18.所述步骤(3)中系统两段的雷诺数满足：进入絮凝管泥浆的雷诺数re在2500～5000之间，离开系统时泥浆的雷诺数re在2000～2500之间。
19.有益效果：
20.(1)通过聚凝、絮凝和抽滤，可以达到泥浆快速减量的效果，而硬化剂的添加还能使产物在一定时间内就具有强度，达到满足运输条件、资源化利用的土材料；
21.(2)通过控制雷诺数，可以保证硬化、聚凝、絮凝搅拌效果；通过控制雷诺数与定时开关装置配合，达到连续工作的效果；
22.(3)泥浆无需处理场地，在管道流动过程中完成泥水分离，节约土地资源；
23.(4)装置简易，可车载，方便在泥浆发生区域进场工作。
附图说明
24.图1为本发明的原理示意图；
25.图2为本发明的整体结构示意图；
26.图3为本发明的过滤管道示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步说明。
28.如图2所示，本发明包括压力泵1、流量计2、絮凝管3、硬化剂加药系统4、凝聚、絮凝剂加药系统5、过滤管道6、真空管7、真空装置8、压力调节系统9、定时开关装置10，其中，絮凝管3采用蛇形絮凝管，用于将泥浆与硬化剂及絮凝、凝聚剂混合均匀，其一端与需要泥水分离的泥浆相连接，另一端依次与压力调节系统9及压力泵1连接，压力泵1用于调节送泥压力，使泥浆在系统中运输的速度可调节，压力调节系统9控制压力泵1根据雷诺系数来调节压力泵的压力大小。调节依据是：控制泥浆进入蛇形絮凝管的雷诺数re在2500～5000之间；控制泥浆在即将离开系统时雷诺数re在2000～2500之间。
29.雷诺数re计算公式是：其中ρ是流体的密度(kg/m3)，v是流体的平均速度(m/s)，d
h
是管道的水力半径(m)，μ是流体的动态粘度(pa
·
s＝n
·
s/m2＝kg/(m
·
s))。对于在蛇形絮凝管的泥浆，流体的平均速度v由安装在蛇形絮凝管中部的流量计实测得到，d
h
是管道的水力半径根据蛇形絮凝管的管形状计算，流体的密度ρ与动态粘度μ根据经验值保守取值，其中流体的密度ρ取1030(kg/m3)，动态粘度μ取0.0016(pa
·
s)；对于即将离开系统的泥浆，流体的平均速度v由安装在泥浆输送过滤管道末端的流量计实测得到，d
h
是管道
的水力半径根据过滤管道的管形状计算，流体的密度ρ与动态粘度μ根据经验值保守取值，其中流体的密度ρ取1160(kg/m3)，动态粘度μ取0.0205(pa
·
s)。
30.压力泵1的另一端与过滤管道6相连，用于泥浆的输送及过滤。过滤管道6外侧套有真空管7，用于为输送泥浆的过滤管道6提供过滤负压，同时将过滤出的水分导出，真空管7与真空装置8连接，为真空管7提供过真空环境，连接管路上设有定时开关装置10，控制真空装置8定时开关，可以控制真空装置8以抽5s，停1s的频率开关，以便过滤管道6上的泥皮冲刷脱落，根据泥浆抽滤时的具体情况，可以适当改变频率；定时开关装置10使得泥皮在输送管道6上脱落后，可被后续泵送的泥浆冲脱出管道，避免造成堵塞，不用频繁更换管道，形成连续式作业。
31.过滤管道6末端及絮凝管3中部均设有流量计2，分别用于监测泥浆输送过滤管道末端泥浆的流速及监测蛇形絮凝管中部泥浆的流速，压力调节系统9通过接受流量计2的实时泥浆流速数据，控制压力泵1，从而调节泥浆在系统中的运输速度。过滤管道6的形状不固定，可以是蚊香状、直线状，需根据实际应用制作相应的形状。其四周开有通透密集的小孔12，管道内部安装有过滤介质11，如图3所示，过滤介质11紧贴过滤管道6内壁，过滤管道6可拆卸替换，便于清洗。
32.絮凝管3上依次连接有硬化剂加药系统4及凝聚、絮凝剂加药系统5，分别安装在蛇形絮凝管的前部和中前部，加药系统采用多点注射加药的方式，分两阶段加药，一阶段硬化剂加药系统4安装在蛇形絮凝管前端，二阶段凝聚、絮凝剂加药系统5安装在蛇形絮凝管的中前端，加的是絮凝或者凝聚剂。药剂的用量和种类应通过小试试验得到，其中小试试验得到的配方中，先加水泥类硬化剂，再加无机凝聚剂，使泥浆zeta电位接近
‑
5(mv)；在此zeta电位基础上加的高分子絮凝剂，应使泥浆的中值粒径d
50
不低于350(μm)。
33.整个泥浆处理系统可安装在车上，作业时可开至泥浆处理现场，可拆卸安装在现场使用，也可在车上使用，用送浆管道与蛇形絮凝管相连即可开始工作，结束作业后，可安装在车上开走，安装运送方便，便于移动。
34.本系统的使用方法为：
35.第一步：对现场疏浚泥浆进行采样，在实验室内对样品进行小试试验，获取使泥浆zeta电位接近
‑
5(mv)的硬化剂和凝聚剂种类及剂量；在此硬化剂、凝聚剂和添加量的基础上，继续进行试验，获取使泥浆中值粒径d
50
不低于350(μm)的絮凝剂种类和剂量，根据小试试验，得到现在的絮凝配方。
36.第二步：将本系统安装在现场，或者将已经安装在作业车上的系统开至现场。
37.第三步：对于现场采用绞吸式疏浚方式的工程，可将蛇形絮凝管与疏浚管道直接相连接；对于现场采用水力冲刷清淤的工程，可将蛇形絮凝管与现场产生的泥浆汇流处相连接。
38.第四步：系统调试，打开压力泵、流量计、压力调节系统，循环运转系统，待系统两段的雷诺数达到设定要求，即进入蛇形絮凝管泥浆的雷诺数re在2500～5000之间，离开系统时泥浆的雷诺数re在2000～2500之间，同时启动加药系统、真空装置开始对系统絮凝抽滤，定时开关装置控制真空提供装置每5s关闭1s，使得泥皮脱落，后续泵送的泥浆把脱落的泥皮冲脱出管道，防止堵塞，形成连续作业。在系统的工作下，疏浚的稀泥浆迅速变成浓泥，由于硬化剂的存在，浓泥会迅速硬化，成为具有一定强度满足运输需求、资源化利用的土材
料，系统工艺抽滤出的水可以直接返回河湖中或者进入雨水系统中，如图1所示。
39.第五步：完成泥水分离后，可以衔接后续工艺将逐渐硬化具有强度的泥皮运至需要资源化利用的场地，将系统拆卸离场，或者将安装在作业车上的系统开离现场。
40.实施例：
41.首先对现场疏浚泥浆进行采样，在实验室内对样品进行小试试验，获取使泥浆zeta电位接近
‑
5(mv)的硬化剂和凝聚剂种类及剂量，比如对于太湖淤泥泥浆采用0.001mol/l的硫酸铝，添加0.5g/kg的水泥类硬化剂；在此硬化剂和凝聚剂的基础上，继续进行试验，获取使泥浆中值粒径d
50
不低于350(μm)的絮凝剂种类和剂量，比如对于太湖淤泥泥浆采用0.025％添加量的聚丙烯酰胺。根据小试试验，得到现在的絮凝配方，比如本实例中为0.001mol/l的硫酸铝联合0.025％的聚丙烯酰胺，此配方分别用于硬化剂加药系统4和凝聚、絮凝剂加药系统5中使用。
42.将本系统安装在现场，或者将已经安装在作业车上的系统开至现场，对于现场采用绞吸式疏浚方式的工程，可将絮凝管3与疏浚管道直接相连接；对于现场采用水力冲刷清淤的工程，可将絮凝管3与现场产生的泥浆汇流处相连接；调试系统，打开压力泵1、流量计2、压力调节系统9，循环运转系统，待系统两段的雷诺数达到设定要求，即进入絮凝管3泥浆的雷诺数re在2500～5000之间，离开系统时泥浆的雷诺数re在2000～2500之间，同时启动硬化剂加药系统4、凝聚、絮凝剂加药系统5、真空装置8，开始对系统絮凝抽滤，定时开关装置10开始控制真空装置8开关，频率为每开5s，关1s，使得泥皮脱落，后续泵送的泥浆把脱落的泥皮冲脱出管道，形成连续作业；在抽滤过程中，系统的雷诺数将会发生变化，压力调节系统9会实时监测流量计2的数据，对压力泵1做出相应的调整，同时调整定时开关装置10，控制真空装置8的开关频率。
43.若絮凝管3中雷诺数re＜2500，代表泥浆为层流，流速较慢，状粘稠，处理效率较低，压力调节系统9调节压力泵1，加大压力，使流速变快，若re过大，反之则减小压力；若泥浆过滤管道尾部的泥浆雷诺数re＞2500，则说明泥浆处理效果不好，含水率并未达到预期，调整定时开关装置10，由每5s关1s，改至每7s关1s，同时反馈至压力调节系统9，减小压力泵1压力，整个系统及时动态反馈、平衡，形成连续式作业。
44.整个抽滤过程中使雷诺数一直满足进入絮凝管3泥浆的雷诺数re在2500～5000之间，离开系统时泥浆的雷诺数re在2000～2500之间，保证絮凝效果的同时，也保证抽滤效率和质量；完成抽滤过程后，由于硬化剂的存在，浓泥会迅速硬化，成为具有一定强度、满足运输需求、可资源化利用的土材料；系统抽滤出的水可以直接返回河海中或者进入雨水系统中；完成泥水分离后，衔接后续工艺将逐渐硬化具有强度的泥皮运至需要资源化利用的场地，将本系统拆卸离场，或者将安装在作业车上的系统开离现场。