土工管袋在污泥脫水中的應(yīng)用

土工管袋在污泥脫水中的應(yīng)用

土木工程管袋用于廢水干燥。大量高含水量泥漿被注入管袋中。在管道周圍的強(qiáng)大壓力下，它有效地快速釋放水分，并留下土壤中的固體顆粒。土工管袋材質(zhì)為復(fù)合(帶狀)和單向高韌聚丙烯或聚酯纖維絲編織而成,材質(zhì)本身具有很高的強(qiáng)度,并且表面具有一定滲透性［1］。高含水率污泥充填入土工機(jī)織布縫制的管袋中,同時配合使用穩(wěn)定劑、吸附劑等,可將污染物與污泥沉淀物一同截留在管袋中,達(dá)到同步脫水及去除部分污染物的效果［2］。對于包含細(xì)小顆粒物的高含水率的清淤底泥、河湖沉淀物、工業(yè)污泥,都可以使用土工織物管袋進(jìn)行高效的、低成本的脫水、固化過程。土工管袋脫水工藝系統(tǒng)基本組成部分如圖1。1管袋材質(zhì)的確定土工管袋外形通常為枕裝長條形,脫水管袋的設(shè)計周長尺寸為8~30m不等,設(shè)計的管袋越大(周長尺寸越大),管袋的充填容積也越大,同時污泥脫水的周期也會增加。在國外多個大型脫水項(xiàng)目中的管袋設(shè)計周長為18~27m,長度為30m~60m不等。管袋材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度、滲透系數(shù)、抗紫外線性、表觀孔徑等能都是選擇脫水管袋過程中需要考慮的重要參數(shù)。依據(jù)先前的經(jīng)驗(yàn),對于沙性污泥可采用表面等效孔徑較大(約為0.5mm)的管袋,對于組成顆粒細(xì)微的污泥則需要采用表面等效孔徑稍小(約為0.3mm)的管袋。管袋材質(zhì)需要具有一定的抗拉強(qiáng)度及橫縱向延伸率,具體強(qiáng)度需要依據(jù)管袋設(shè)計尺寸通過中試或以往經(jīng)驗(yàn)來確定。由于各種污泥特性的各不相同,因此在正式工程實(shí)施前應(yīng)該先分析污泥的粒徑分布情況,初步確定管袋材質(zhì)等效孔徑,再取多種材質(zhì)的管袋樣品進(jìn)行小試,確定脫水效果最佳的管袋品種。某兩廠家的土工管袋材質(zhì)參數(shù)示例如下表。2工程教學(xué)中殘留泥漿的實(shí)施順序和注意事項(xiàng)2.1試驗(yàn)設(shè)備和操作由于不同地域、不同類型的污泥組份以及粒徑分布類型千差萬別,所以在工程實(shí)施前需要進(jìn)行小試試驗(yàn),來選定工程實(shí)施中需要的土工管袋、絮凝劑以及其他輔助藥劑的類型。首先,進(jìn)行絮凝劑的篩選,通常選用陽離子型聚丙烯酰胺(PAM),也可選PAM和聚鋁配合使用。選擇好不同類型的PAM試劑,投加到調(diào)制好的試驗(yàn)污泥中,在相同的條件下分別進(jìn)行絮凝脫水燒杯實(shí)驗(yàn),記錄絮凝劑的配制時間、濃度、添加量以及形成絮體的大小和穩(wěn)定性等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析和比較,選出能使污泥快速形成大塊絮體、脫水效果良好且添加量少的絮凝劑。然后是管袋污泥脫水小試,進(jìn)行污泥脫水的吊袋以及枕袋試驗(yàn)［3］:使用選定的絮凝劑按比例添加到污泥中并完成絮凝過程,然后灌注到實(shí)驗(yàn)樣袋中,記錄灌注量、脫水量與時間關(guān)系、出水濁度等數(shù)據(jù)［1］,通過數(shù)據(jù)比較選出脫水效果最佳的土工管袋［4］。土工管袋吊袋和枕袋脫水小試實(shí)驗(yàn)的照片如圖2、圖3。最后,按照選定材質(zhì),制作中試規(guī)?；蛘呷O(shè)計尺寸的土工管袋,制作相對簡單的場地并設(shè)置疏浚和排水管道,進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)［5］。通過生產(chǎn)性試驗(yàn)來驗(yàn)證選型的效果,并發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題,及時作出調(diào)整。2.2設(shè)計簡單的防滲層土工管袋脫水場地的用途是收集排放污水,并防止污染擴(kuò)散。脫水場地的設(shè)計對于滲濾液的順利排出至關(guān)重要,通常脫水場地需要設(shè)置防滲層、滲濾排水層、排水花管、排水溝、集水坑、排水水泵等結(jié)構(gòu),場地結(jié)構(gòu)剖面示意圖如圖4所示。防滲層可依據(jù)污泥的污染程度來選定,污泥污染程度較輕或者無污染的情況下可以采用較為簡易的防滲材料制作防滲層。對于污泥污染較重或者是受重金屬污染污泥的脫水,則需要制作較為正式的防滲層［6］。底部的防滲層向排水溝方向需要有一定的坡度,以保證水的順利排出。滲濾排水層通常使用卵石或者碎石當(dāng)作填充物,但是滲濾排水層的頂部需要找水平,不能有坡度存在,否則管袋在充填過程中會傾斜滾動。或者排水層頂部需要由場地兩側(cè)向中央設(shè)置較小的坡度,然后由場地中央開始充填第一個管袋,再依次往兩側(cè)分別充填其他管袋,這樣可以使中心線兩側(cè)的管袋可以順著場地的坡向往中間靠攏,保證每個充填好的管袋之間緊密結(jié)合,避免管袋之間間隙的存在而浪費(fèi)場地空間,示意圖如圖5。管袋脫水區(qū),需要在場邊以及內(nèi)部設(shè)置通行便道,以方便操作工人在進(jìn)行管袋脫水、閘閥開啟關(guān)閉、檢修維護(hù)時行走通過。2.3管袋充填工藝脫水場地內(nèi)管袋布置可以為一層,也可以為多層。多層布置時,應(yīng)該在下層管袋達(dá)到干化要求后再進(jìn)行上層管袋的充填［7］。管袋充填應(yīng)該從場地中心開始第一個,第一個充填完成之后再逐漸往兩邊延伸。第一條管袋的充填尤其重要,因?yàn)槠湓诔涮钸^程中偏移,就會影響后續(xù)管袋的充填位置。管袋充填以前需要使用無伸縮性的繩子來固定,在進(jìn)行上層管袋的固定時,要額外的注意,剛開始充填時需要加強(qiáng)加密對管袋的固定,如果固定不牢,管袋有可能從上層滑落,則會造成不必要的意外與損失。污泥通過干管分流至支管,然后充灌入土工管袋,每條支管都需要設(shè)置獨(dú)立的閘門。管袋充填操作時需要專門的人員負(fù)責(zé)測量管袋的充填高度以及控制閘門的開關(guān),在管袋達(dá)到最大高全充填高度時,一定要及時關(guān)閉充填該管袋支管的閘門,以確保管袋的安全,如圖6。管袋充填過程中需要操作人員使用非尖銳工具定期敲擊或者振動管袋表面,加快脫水過程,并且同時檢查管袋表面是否有破損,如有破損處,則需停止充填并及時修復(fù),如圖7。管袋充填有單口充填及同一管袋多口同時充填兩種方式。單口充填時,管袋局部充填完成后,需要關(guān)閉支管閘閥,再移動充填支管連接至另外的充填口,閘閥關(guān)閉后在支管中聚集的大量泥水會讓其移動起來非常困難,且更換充填口時泄漏的污泥也會對操作工人健康造成潛在的危害。對一條管袋多口同時充填時,管袋的每個充填口都同時與各支管連接,閥門控制,此時充填連接支管數(shù)量較多,閘閥開關(guān)管理難度增大,但同一條管袋多口同時充填,可以保證管袋內(nèi)部充填物的均勻性,并且可以避免因更換充填口而對工人健康造成的危害。因此,管袋的多口同時充填是工程實(shí)施中安全高效的方式。2.4下層管袋充填管袋的排列在多種情況的施工過程中,出于穩(wěn)定性以及節(jié)省空間、節(jié)省投資的考慮,需要對土工管袋進(jìn)行多層堆疊充填。多層堆疊脫水時需要下層管袋已經(jīng)完成充填及脫水固化過程,然后進(jìn)行上層管袋的充填與脫水。上層管袋要放置于下層兩個已完成充填的管袋中間,以保證穩(wěn)定性,如圖8所示。上層管袋在充填時會在下層兩個管袋的間隙部分產(chǎn)生一定的塌陷,該部分會產(chǎn)生較高的局部壓力［8］(如圖8中所示)。該部分是管袋充填中的整個管袋的薄弱點(diǎn)［9］之一,解決辦法是可以在兩個充填完成的管袋之間的V型空隙填充柔性填充物(如圖9所示),來保證上層管袋充填時所需底部平面的平整性。在多層管袋堆疊脫水時,下層管袋會受到上層管袋的壓力,所以下層管袋的穩(wěn)定性以及下層管袋中污泥脫水固化的完成情況至關(guān)重要。下層管袋在充填過程中出現(xiàn)排列不整齊,管袋中污泥脫水固化不完全的情況下,進(jìn)行上層管袋的充填,會導(dǎo)致上層管袋的穩(wěn)定性變差(管袋充填中變形),管袋局部壓力異常增加,管袋有效脫水容積降低等問題,最終有可能產(chǎn)生安全問題。因此保證下層充填好管袋的平整、管袋之間依靠緊密以及管袋中脫水后的污泥含水率達(dá)到設(shè)計要求都至關(guān)重要。通常管袋中脫水后的污泥含水率標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50%,即可認(rèn)為該管袋底泥的脫水固化過程基本完成。2.5管袋破裂產(chǎn)生的原因分析土工管袋在充填污泥泥漿的過程中,需要多次間歇充填,由于多種原因,管袋的某個部分可能會可能會破損,破損處就會成為薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)管袋內(nèi)充填壓力較大時,管袋有可能從破損的薄弱環(huán)節(jié)處撕裂,管袋中充填的帶壓泥漿會瞬間從撕裂處噴涌而出,具有很大的危險性?，F(xiàn)結(jié)合實(shí)施現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)以及破壞性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,分析充填泥漿過程中可能出現(xiàn)的管袋爆裂形式:(1)當(dāng)充填管袋底部不平整時,管袋長度一端的接縫處承受著沿圓周方向和沿管袋長度方向的張力,管袋可能從該接縫處產(chǎn)生撕裂,如圖10a處虛線所示。(2)管袋充填時會有輸送污泥的連接硬管與充填口相連,在充填壓力作用下,連接硬管會頻繁擺動與起伏,由此會引起管袋連接口處的管袋破損(圖10b處),充填高度較高時,管袋會在沿周長方向作用力的作用下,沿管袋頂部撕裂,圖10b處虛線所示。要保證充填過程中的安全性,避免管袋破損造成損失,首先要保證充填管袋底部的平整性,嚴(yán)格控制管袋充填最大安全高度。定期檢查充填口邊的管袋是否有破損,發(fā)現(xiàn)破損立刻在非充填脫水間隙進(jìn)行修補(bǔ)。2.6從總控制部門的反饋,把整個系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境打好基礎(chǔ),為總控制部門和分整個管袋充填過程分為疏浚(泵送污泥)系統(tǒng)、絮凝劑制備系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。為減少勞動強(qiáng)度,各個系統(tǒng)需要加強(qiáng)各自的自動控制程度。由于管袋的脫水過程需要指定各個系統(tǒng)的專職人員控制,所以各個系統(tǒng)之間需要高度的協(xié)調(diào)配合、同時運(yùn)作。整個運(yùn)行系統(tǒng)由總控制部門發(fā)布命令,同時每個系統(tǒng)都需要有專門的控制團(tuán)隊(duì),每個系統(tǒng)操作控制主管都要服從總系統(tǒng)指揮控制部門的命令。這樣整個系統(tǒng)才能協(xié)調(diào)運(yùn)作、順利運(yùn)行、確保安全,當(dāng)某個系統(tǒng)出現(xiàn)問題時,主管人員需要立即向總控制部門報告,由總控制部門向其他各個系統(tǒng)發(fā)布命令,依次停止,直到問題排除后再重新啟動系統(tǒng)。整個系統(tǒng)運(yùn)行前需要做好操作人員培訓(xùn)以及安全教育,操作時需要做好操作記錄,以及換班人員工作交接,并做好特殊情況應(yīng)急預(yù)案,保證項(xiàng)目的順利實(shí)施以及操作人員的人生健康與安全。2.7填充土工布的利用管袋中的污泥脫水后達(dá)到設(shè)計的含水率目標(biāo)后,土工管袋可直接原位覆土填埋,堆疊放置的土工管袋可起到土層穩(wěn)固的作用,其原理類似市政道路修建中添加的加筋土工布。管袋中脫水后污泥需要異位處理時,就需要使用施工機(jī)械將土工管袋破袋,將破碎的管袋與污泥一同外運(yùn)填埋或者焚燒。3土工管袋脫水工程的應(yīng)用實(shí)例土工管袋在國外應(yīng)用于疏浚污泥脫水工程的案例較多,在國內(nèi)的應(yīng)用僅限于較少的幾個項(xiàng)目,其中的幾個應(yīng)用實(shí)例如下:2004年天津大沽河治理工程中,進(jìn)行了土工管袋脫水應(yīng)用的小試工程;2009年底在武漢沙湖的清淤施工中,對清淤淤泥采用了土工管袋脫水工藝;2009年深圳下坪垃圾填埋場污泥應(yīng)急處置工程［10］,