土工管袋與機(jī)織物對(duì)淤泥脫水效果的影響

土工管袋與機(jī)織物對(duì)淤泥脫水效果的影響

1高強(qiáng)土工織物管袋土工管袋是一種由高大的土工織物制成的大型管袋。它的直徑可以根據(jù)需要改變。最大可超過(guò)5m，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十米。土工管袋最初用于圍堤工程中,近幾年逐漸被用于江、河、湖、庫(kù)淤泥脫水處理。2土木工程管袋用于排水和土壤處理的可行性分析2.1土工管袋新型底泥脫水減容方式的提出及路徑當(dāng)前,對(duì)疏浚底泥通常采用堆場(chǎng)排水固結(jié)的方法進(jìn)行脫水處理,但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、環(huán)境的改變,此方案也存在著如下不足,諸如,占地大并需要修建圍捻、工期長(zhǎng),減容效果受限、露天作業(yè),難以控制污染物的遷移和擴(kuò)散問(wèn)題,針對(duì)以上不足,我們擬采用土工管袋這樣一種新型的底泥脫水減容方式,土工管袋脫水耗能小,無(wú)需設(shè)備維護(hù),可與填埋場(chǎng)地聯(lián)合使用,省略了二次倒運(yùn),若能加上荷載進(jìn)行預(yù)壓,能加快淤泥的排水固結(jié)速率,工期一般為2個(gè)月左右,且為全封閉施工,不受天氣的影響。2.2管袋內(nèi)底泥含水率的變化關(guān)系2011年~2012年,以我院承擔(dān)的國(guó)家水專項(xiàng)示范工程—南淝河底泥治理工程為契機(jī),我院成立了科研小組,系統(tǒng)的研究從土工管袋的自身特性、疏浚泥加藥絮凝的特征、吹填后管袋的受力特征等幾個(gè)方面對(duì)管袋內(nèi)底泥含水率的變化關(guān)系作一個(gè)簡(jiǎn)要探討。2.2.1機(jī)織物與編織布對(duì)脫水效果的影響(1)機(jī)織土工管袋與編織土工管袋對(duì)淤泥固結(jié)脫水效果的影響土工管袋不同織造模式對(duì)淤泥固結(jié)脫水效果會(huì)產(chǎn)生影響,我們將機(jī)織布與編織布內(nèi)淤泥的含水率實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并列于表1,結(jié)果表明在不同時(shí)間段里機(jī)織布的淤泥含水率均低于編織布,機(jī)織布對(duì)淤泥固結(jié)脫水效果優(yōu)于編織布,對(duì)機(jī)織布與編織布含水率數(shù)值進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析,兩者之間處理差異也達(dá)到顯著水平(p=0.001<0.05,雙尾檢驗(yàn)),表明機(jī)織布與編織布之間脫水效果的差異來(lái)源于其不同的織造結(jié)構(gòu),且機(jī)織布要好于編織的處理結(jié)果。(2)斜紋布與平紋布對(duì)淤泥固結(jié)脫水效果的影響我們將斜紋布與平紋布對(duì)淤泥固結(jié)脫水處理效果表征值含水率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析,斜紋布對(duì)淤泥固結(jié)脫水效果略優(yōu)于平紋布,在充填結(jié)束后初期斜紋布的脫水效果(50.98%)要明顯好于平紋布的脫水效果(67.52%),充填結(jié)束半個(gè)月后兩者的差別減小,表明斜紋布初期脫水速率快,脫水效果要優(yōu)于平紋布,淤泥脫水后期兩者的脫水速率、脫水效果無(wú)明顯差別。(3)管袋不同孔徑對(duì)淤泥固結(jié)脫水效果的影響我們將機(jī)織斜紋布不同孔徑、不同時(shí)期的含水率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理,數(shù)據(jù)表明孔徑大小的變化并沒有產(chǎn)生預(yù)期的效果,1.0mm孔徑管袋后期的淤泥含水率與0.5mm孔徑管袋的淤泥含水率差別不大,0.5mm孔徑管袋脫水固結(jié)效果略微好于1.0mm孔徑管袋,并非設(shè)想的孔徑大的含水率一定低,但0.1mm孔徑管袋后期淤泥含水率明顯比大孔徑管袋內(nèi)淤泥含水率高,說(shuō)明在袋體充填結(jié)束后主要靠泥漿液自重及滲水壓力的脫水階段,小孔徑透水效果不佳,脫水速率慢、效果差。2.2.2陽(yáng)離子pam處理效果(1)改性藥劑種類的選擇單獨(dú)的將疏浚底泥直接吹填進(jìn)土工管袋中則得不到有效的脫水減容效果,必須添加一定的改性藥劑,例如高分子絮凝劑、促沉劑等,但絮凝劑結(jié)構(gòu)性能及來(lái)源都不很明確,因此尋求更快速、高效、低耗的淤泥脫水方法是必要的。因此,對(duì)絮凝劑種類、比例和和淤泥含水率的控制是十分重要的。由上述可知,用陽(yáng)離子PAM處理后的淤泥在不同時(shí)期含水率明顯低于其它藥劑處理的結(jié)果,顯示出陽(yáng)離子PAM對(duì)土工管袋淤泥固結(jié)脫水有著顯著的效果。對(duì)不同絮凝劑處理后固結(jié)淤泥含水率數(shù)值分別進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析(α=0.05,雙尾檢驗(yàn)),統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明陽(yáng)離子PAM與PAC處理結(jié)果之間差異顯著(p<0.05),再次表明陽(yáng)離子PAM處理效果優(yōu)于PAC的處理效果。(2)絮凝藥劑投加量對(duì)土工管袋淤泥固結(jié)脫水的影響通過(guò)上述分析確定了陽(yáng)離子PAM與0.5mm孔徑機(jī)織斜紋土工管袋組合使用對(duì)淤泥脫水固結(jié)的效果最好,在此基礎(chǔ)上再來(lái)研究陽(yáng)離子PAM投加量對(duì)淤泥脫水效果的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在同等條件下,并不是PAM投加量越大對(duì)淤泥的脫水固結(jié)效果最好,通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,PAM與不同時(shí)間段淤泥含水率的配對(duì)T檢驗(yàn)p值均大于0.05,因此在統(tǒng)計(jì)學(xué)上也說(shuō)明PAM投加量對(duì)土工管袋內(nèi)淤泥脫水固結(jié)并無(wú)直接無(wú)顯著差異,并非PAM投加量越大對(duì)淤泥的脫水固結(jié)效果最好,因此,PAM的投加量對(duì)土工管袋淤泥脫水固結(jié)的影響很重要,需要找到一個(gè)合適的投加劑量。2.2.3充填管袋流量、投藥點(diǎn)壓力將疏浚泥吹填至土工管袋內(nèi)進(jìn)行充填是一個(gè)系統(tǒng)工程,涉及絮凝加藥、管袋自身結(jié)構(gòu)與力學(xué)特征、充填壓力等特性,管袋充填主要是實(shí)驗(yàn)以下幾方面的數(shù)據(jù):(1)充裝壓力的控制進(jìn)入管袋前的泥漿壓力影響著土工管的幾何形狀、管袋外側(cè)所受的拉力。將實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果見圖1~圖3所示,管袋進(jìn)泥口壓力(P)和土工管袋最終高度(H)的關(guān)系為:當(dāng)吹填高度從0m至2.5m之間時(shí),吹填壓力急劇上升,從0kPa迅速上升到50kPa,但當(dāng)P超過(guò)50kPa時(shí),P對(duì)H的影響很小,可以忽略不計(jì)。注:(1)實(shí)驗(yàn)土工管袋截面周長(zhǎng)9.0m,縱向長(zhǎng)度12m;(2)充填泥漿比重1.15~1.25。(2)投藥點(diǎn)與管袋的混凝擴(kuò)散距離按疏浚管中的平均流速約3.5m/s左右,根據(jù)本次試驗(yàn)的結(jié)果,PAM在進(jìn)管袋絮凝后約15~25s絮凝時(shí)間最好,絮凝顆粒體形成抱團(tuán)后在此時(shí)間段內(nèi)最易脫水沉降,由于絮凝體在管道中的流速過(guò)快,過(guò)長(zhǎng)的混合流動(dòng)時(shí)間反而會(huì)造成絮凝體分崩離析現(xiàn)象,使絮凝脫水效果大打折扣;而對(duì)于需要處理含有重金屬的污染底泥添加的液體穩(wěn)定劑與疏浚管道內(nèi)泥漿的充分混合時(shí)間至少要達(dá)到3min以上(視藥劑種類不同稍有差別)。(3)投藥點(diǎn)的壓力對(duì)于城市內(nèi)河、湖泊,水深較淺,一般均小于2.0m,以海貍1200環(huán)保型)挖泥船為例,其吃水深度與生產(chǎn)能力完全滿足要求,為了滿足充裝袋子的壓力要求,一般不低于0.05MPa(視疏浚距離的遠(yuǎn)近)。投藥一般采用管式靜態(tài)混合器使藥劑與泥漿充分混合,其投藥點(diǎn)一側(cè)的管道壓力應(yīng)該比疏浚泥管道中的壓力高0.01~0.02MPa,以滿足泥漿對(duì)藥劑管道的反沖壓力。3工程實(shí)踐3.1預(yù)防龍河污染底泥施工2012年,我院承接蕭縣龍河城區(qū)段綜合治理工程,科研小組人員在繼續(xù)完善環(huán)保疏浚土工管袋脫水固化工藝的同時(shí),通過(guò)對(duì)蕭縣城區(qū)內(nèi)的龍河污染底泥進(jìn)行小規(guī)模的土工管袋治理,從河道的疏浚、加藥、管袋脫水、固化等工藝方面來(lái)集成,實(shí)現(xiàn)對(duì)龍河污染底泥的無(wú)害化處理。3.2充填土工管袋環(huán)保挖泥船疏浚龍河受污染的底泥經(jīng)泵送至試驗(yàn)區(qū)充填進(jìn)土工管袋。為生產(chǎn)性試驗(yàn)的順利進(jìn)行,在工藝流程不同位置按試驗(yàn)需要設(shè)置取樣口、手動(dòng)閥、流量計(jì)、管道混合器、彎管混合器、壓力計(jì)等控制元件、計(jì)量?jī)x表等,泵送充填土工管袋前用管道混合器投加混凝劑,土工管袋濾除液經(jīng)收集后再回流至龍河。此項(xiàng)工藝中,土工管袋及其承托的堆場(chǎng),絮凝加藥設(shè)備,吹填的泥漿流量、濃度、壓力匹配是重點(diǎn),工藝流程見圖4。3.3挖泥船移樁等的濃度變化,人工使污泥濃度變化的協(xié)調(diào)配合,以及節(jié)約藥劑費(fèi)用(1)疏浚、加藥、土工管袋三者的協(xié)調(diào)配合至關(guān)重要,疏浚船的穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行對(duì)管袋填充效率、脫水效果、藥劑用量等影響明顯。加藥量的優(yōu)化、藥劑用量的有效性,與挖泥船移樁等使污泥濃度變化的協(xié)調(diào)配合,不僅可加快施工進(jìn)度,還可節(jié)約處理藥劑費(fèi)用。在工程實(shí)施過(guò)程中,為了確保工程質(zhì)量與施工進(jìn)度,建立了一套較為合理的操作與自控方案,其具體框圖如5所示:(2)控制原理由上面的協(xié)調(diào)控制原理圖結(jié)合穩(wěn)定劑與PAM移動(dòng)加藥站、施工供、排水等方面的技術(shù)要求,采用PLC閉環(huán)控制原理來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制,主要由PLC主機(jī)、取源傳感器(流量計(jì)、濃度計(jì))、信號(hào)變送器、加藥校驗(yàn)流量計(jì),加藥泵變頻器四部分組成。4經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)研究與蕭縣龍河(城區(qū)段)底泥治理的示范工程說(shuō)明用土工管袋治理疏浚