土工管袋在污泥脫水工程中的應(yīng)用

土工管袋在污泥脫水工程中的應(yīng)用

由于土工織物材料能夠去除小顆粒，并具有透水特性，因此可以將其用于含有小顆粒的污水（重金屬污染底部泥漿、污泥、污泥等）的脫水工程。土工管袋脫水技術(shù)是一種新型的污泥脫水技術(shù),具有快速、簡便、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、適合應(yīng)急處置等優(yōu)點(diǎn)。通過不同形式、規(guī)模的污泥土工管袋脫水應(yīng)用實(shí)踐,總結(jié)一些設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),以補(bǔ)充理論及提供參考。1土工管袋脫水工藝系統(tǒng)基本組成土工管袋的脫水過程通常為:高含水率的泥漿經(jīng)過管道輸送到土工管袋中,泥漿與絮凝劑混合以后在管袋內(nèi)實(shí)現(xiàn)泥水分離,濃縮后的污泥以及污染物被截留在管袋內(nèi),廢水通過管袋的表面排出。土工管袋脫水過程中可同時(shí)添加有機(jī)物吸附劑以及重金屬穩(wěn)定劑,在降低底泥含水率的同時(shí),也可達(dá)到降低廢水中可溶性有機(jī)污染物含量、穩(wěn)定底泥中重金屬的效果。土工管袋脫水工藝系統(tǒng)基本組成部分見圖1。每個(gè)單個(gè)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對于整個(gè)系統(tǒng)的安全、順利運(yùn)行都是重要的保障,現(xiàn)分別從每個(gè)系統(tǒng)來說明設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)以及注意事項(xiàng)。1.1管袋材質(zhì)的確定其材質(zhì)分為復(fù)合(帶狀)和單向高韌聚丙烯或聚酯纖維絲編織而成。管袋材質(zhì)本身具有很高的強(qiáng)度,并且具有一定的滲透性,布袋充填后在布袋內(nèi)部強(qiáng)大的壓力下可有效快速的排出水分并截留污泥中的固體顆粒。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,500h抗紫外線測試后材質(zhì)強(qiáng)度需要達(dá)到原來的80%以上。但是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2家管袋生產(chǎn)廠的土工管袋材質(zhì)參數(shù)示例見表1。1.2管袋的充填口長度通常脫水管袋的設(shè)計(jì)周長尺寸約為8~30m,設(shè)計(jì)的管袋越大(周長尺寸越大),管袋的充填容積也越大,同時(shí)污泥脫水的周期也會(huì)增加。管袋的長度可以依據(jù)脫水場地的大小靈活設(shè)定。在國外多個(gè)大型脫水項(xiàng)目中的管袋設(shè)計(jì)周長為27m,長度為30~60m不等。但是長度不宜過長,長度過長時(shí),充填時(shí)管袋在水平方向上保持平直會(huì)比較困難,管袋擺動(dòng)移位后會(huì)降低其內(nèi)部有效容積,并且會(huì)占用額外的脫水場地空間。管袋充填口的直徑在設(shè)計(jì)中常采用0.2~0.4m,充填口的袖口長度采用0.5~1.0m。管袋充填口數(shù)量的設(shè)置依據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常為每間隔15~20m為1個(gè),不宜過多或過少。充填口過多會(huì)影響管袋的自身強(qiáng)度,充填口過少會(huì)影響充填時(shí)管袋的平整及均勻程度,影響管袋的穩(wěn)定性。土工管袋外形示意見圖2。土工管袋也可以依據(jù)脫水場地的情況做成各種尺寸的布袋,對于脫水污泥量較小且脫水后污泥需要外運(yùn)的情況下,可根據(jù)運(yùn)輸車輛的大小,做成可直接放置于車斗內(nèi)的尺寸,污泥脫水以后,無需吊裝、倒運(yùn),可直接用拖車?yán)?。若污泥脫水管袋設(shè)計(jì)為多層堆疊,則上層管袋需要比下層管袋在長度方向短5~10m,以保證上層管袋在充填過程中的穩(wěn)定性。1.3管袋充填固結(jié)增強(qiáng)受力分析土工管袋在充填過程中會(huì)主要在3個(gè)方向受到作用力,具體見圖3。沿管袋長度方向的張力[T]a,沿管袋周長方向的張力[T]c,,充填口與管袋連接處的拉力[T]p。充填以后的土工管袋沿周長方向的受力見圖4。通過受力分析可以得知[Tmax]a與[Tmax]c有如下關(guān)系:[Tmax]a=0.63[Tmax]c,[T]p的大小和充填壓力、充填口的形狀以及充填高度有關(guān)系,通過估計(jì)計(jì)算,[Tmax]有肯能會(huì)達(dá)到管袋周長方向頂部受力值的2~3倍。詳細(xì)受力分析過程可以參見參考文獻(xiàn)。所以,在土工管袋充填過程中,充填口與管袋的連接口是比較薄軟的環(huán)節(jié)之一,在設(shè)計(jì)加工充填口時(shí)不宜設(shè)計(jì)直徑過大的充填口,以20~30cm的孔徑為宜,其形狀可為圓形或者橢圓形。生產(chǎn)廠家在加工的時(shí)候需要采用額外的方式,例如多層材料疊加縫合的方式來增加充填口連接處的強(qiáng)度。1.4管袋4縫接縫土工管袋產(chǎn)品是由多條土工機(jī)織布縫制而成,縫制方式以及充填口的數(shù)量也是影響其自身強(qiáng)度以及充填穩(wěn)定性、安全性的重要因素。管袋縫制方式有接縫沿管袋長度方向和接縫沿管袋周長方向2種,示意見圖5。由于土工管袋在充填中,從管袋中心向管袋圓周方向的受力最大,所以管袋接縫沿周長方向的縫制方式在受力中較優(yōu),通常管袋都設(shè)計(jì)成這種縫制方式。在實(shí)際工程應(yīng)用過程中,圖5中(b)的縫合方式的管袋安全性也較好。1.5最大充填高度的確定管袋的最大充填高度是保證土工管袋安全充填的重要參數(shù),管袋被充填達(dá)到最大充填高度以后就要停止充填,管袋經(jīng)過一段時(shí)間的脫水并塌落到穩(wěn)定的高度后,完成1個(gè)充填周期,然后繼續(xù)開始下一次充填。管袋的最大充填高度主要與管袋的周長成比例,相關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)的計(jì)算公式如下:式中:Hmax為最大充填高度;C為管袋周長。但是不同種類土工機(jī)織布的單位克重、抗拉強(qiáng)度、材料的延伸率都不盡相同,僅依靠上述公式來計(jì)算最大充填高度,明顯不太合理。為了保證管袋在充填時(shí)更高的安全系數(shù),通常土工管袋設(shè)定的最大安全充填高度數(shù)值都較公式計(jì)算的數(shù)值要小很多。由于涉及到的因素參數(shù)過多,所以管袋最大充填高度的通常依據(jù)工程應(yīng)用實(shí)施經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定,或者依據(jù)專門生產(chǎn)廠家提供的公式來計(jì)算。實(shí)例應(yīng)用中管袋的最大充填高度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):當(dāng)管袋材質(zhì)單位質(zhì)量≥500g/m2,Hmax≈0.1C;當(dāng)管袋材質(zhì)單位質(zhì)量在400~500g/m2,Hmax≈0.08C。以下提供某國外品牌的管袋產(chǎn)品的力學(xué)指標(biāo)及生產(chǎn)廠家提供的指導(dǎo)最大充填高度,并與國內(nèi)的類似產(chǎn)品作了比較,見表2。通常為了保證充填的安全性,國內(nèi)同類產(chǎn)品的充填高度較國外產(chǎn)品略低,對于本文中依據(jù)管袋周長的大小來推算最大充填高度的方法可以在設(shè)計(jì)過程中參考,但是不同產(chǎn)品具體的最大充填高度最終還要參考產(chǎn)品生產(chǎn)廠家提供的安全充填高度數(shù)值。管袋通常經(jīng)過7~8個(gè)周期的充填后即可達(dá)到要求,底泥最終干化后管袋的高度可以達(dá)到最大充填高度的80%左右,可以以此來計(jì)算充填完成后管袋內(nèi)的泥量。1.6管袋的布置形式管袋需要依據(jù)脫水場地的形狀依次布置,單個(gè)管袋的長度依據(jù)場地尺寸來設(shè)計(jì)。由于場地面積有限等限制原因,管袋需要多層堆疊充填污泥脫水時(shí),管袋的布置形式通常有2種:依次排列布置形式和交錯(cuò)排列布置形式,見圖6。圖6(b)中的布置形式,管袋的穩(wěn)定性較好,但是實(shí)際操作過程中,管袋的擺放和固定操作過程較復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)采用交錯(cuò)布置形式對于管袋的穩(wěn)定性、保證管袋有效充填容積都有好處。2土工管袋脫水工程土工管袋應(yīng)用于疏浚污泥脫水工程的案例在國外較多,在國內(nèi)的應(yīng)用僅限于較少的幾個(gè)項(xiàng)目,其中的幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例如下:12004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;22009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;32009年深圳下坪垃圾填埋場污泥應(yīng)急處置工程,應(yīng)用了土工管袋進(jìn)行