CN111762984A - 原位真空降水修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种原位真空降水修复方法，涉及污泥修复技术领域，包括在待处理污泥中布设若干个药剂注入井；铺设土工布；打设若干个排水板，并将排水板的上端与真空管相连；铺设密封膜，密封土工布和密封膜的边缘；向药剂注入井内注入药剂后，真空抽提使药剂扩散，再真空抽提降水。本发明提供的原位真空降水修复方法，通过药剂注入井将药剂注入，结合真空抽提操作使药剂向污泥中扩散，并与污泥进行充分反应，以降低污泥中重金属的含量，实现对污泥的原位修复，利用若干个排水板实现竖向排水通道的建立，以配合真空管将待处理污泥中的水分快速的抽吸至污泥外部，既实现了污泥的修复，又实现了污泥的固化稳定化效果。

Description

原位真空降水修复方法

技术领域

本发明属于污泥修复技术领域，更具体地说，是涉及一种原位真空降水修复方法。

背景技术

在城市地区，随着我国城市化进程的加快，大中城市都面临着大批工业企业的搬迁。这些搬迁企业遗留场地都存在着不同程度的污染，对场地周边居民地下水及周边水体均会产生危害。尤其是农药厂搬迁后的原地块污泥中存在大量有机污染物，随着雨水和灌溉水的渗入，大量污染物进入地下水，对人类健康和生态环境造成威胁，对于上述场地急需管理与修复。

目前，城市污泥处理主要采用传统的固化稳定化填埋、焚烧以及高温好氧堆肥等方式，前两种方法应用效果比较好，但是受制于固化剂使用量大、污泥体积膨大、我国填埋场地以及焚烧场地有限等约束；后一种高温堆肥技术存在发酵温度较低、发酵周期长、无害化不彻底、臭气污染严重等诸多缺点，已成为限制其全面推广与应用的瓶颈。无论哪种上述处置方式都存在污泥含水量高、承载力极低、无法满足机械施工的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位真空降水修复方法，以解决现有技术中存在的城市污泥处理中污泥含水量高、承载力低、无法满足机械施工的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种原位真空降水修复方法，包括如下步骤：

在待处理污泥中布设若干个药剂注入井，药剂注入井的上端留接头；

铺设土工布至待处理污泥的上方；

在待处理污泥上打设若干个排水板，并将排水板的上端与真空管相连；

铺设密封膜至待处理污泥、药剂注入井、排水板和真空管的上方，将药剂注入井的接头和真空管穿过密封膜并将贯穿处的密封膜扎紧，密封土工布和密封膜的边缘；

向药剂注入井内注入药剂后，真空抽提使药剂扩散，再真空抽提降水。

本发明提供的原位真空降水修复方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的原位真空降水修复方法，通过药剂注入井将药剂注入，结合真空抽提，实现药剂向待处理污泥的污泥中的扩散，并与污泥进行充分反应，以降低污泥中重金属的含量，实现对污泥的原位修复，利用若干个排水板实现竖向排水通道的建立，以配合真空管将待处理污泥中的水分快速的抽吸至污泥外部，既实现了污泥的修复，又实现了污泥的固化稳定化效果。

药剂注入井设置为多个，平均覆盖面积为80-100平方米。根据待处理污泥的具体面积，需对应调整药剂注入井的数量，使药剂在后续扩散过程中能够覆盖待处理污泥的全部面积，保证污泥的处理效果。药剂注入井的上端留接头，用于和药剂容纳箱相连，通过注入泵将药剂容纳箱中的药剂注入到药剂注入井。

药剂注入井为PVC硬质塑料管，药剂注入井的直径为70-80mm，且下端封闭。注入压力设计应大于40MPa，保证药剂的渗透范围能够覆盖整个待处理污泥。药剂注入井的管体处于污泥中的部位的外周设有出液孔，管体在污泥表面以下半米的高度内不设置出液孔，保证药剂注入井上端良好的密封性能，通过靠近管体上端的出液孔实现对表层半米高度内的污泥的渗透作用。同时，管体最下端半米的高度上也不设置出液孔，通过靠近管体下端的出液孔实现对污泥的渗透作用。

药剂采用污泥处理中的固化稳定剂。污泥固化剂又称污泥固化剂，污泥固化剂可提高污泥的无侧限抗压强度，增加其硬度和防水效果。能够有效的改良污泥污染，去除污泥恶臭，固化重金属，降低COD，将多种污泥变成可回用土或可种植用土，广泛应用于污泥处理中，以实现药剂对污泥的固化稳定化效果。

在污泥中使用污泥固化剂，二者之间会发生物理化学反应，一方面添加固化剂后，污泥胶体性质即刻被破坏，毛细管通道迅速建立，增加和扩散，使污泥内部水份向外扩散挥发通道打开，利于污泥的迅速干化；另一方面,固化剂和污泥中的游离态水分和破胶释放的水分进行水解和水化反应，产生大量胶凝物质和链状结晶物质，使污泥整体形成一个密实又略有空隙的整体微观蜂窝状的结构，改变了污泥性质，使污泥具备一定的结构强度。

优选的，排水板为塑料排水板，排水板在水平面上呈矩阵排布，且相邻两个排水板之间的间距为0.8-1.2米，排水板的打设深度小于待处理污泥深度的0.4-0.6米，排水板露出污泥的长度为0.5-0.7米。排水板的布设密度能够保证排水板对周围污泥覆盖的全面性。排水板的上端露出污泥一定长度，用于与真空管的连接。利用插板机向待处理污泥内打设排水板，即使待处理污泥有较高的含水率，在铺设土工布后，土工布也能实现对和插板机的有效承托。

优选的，排水板的上端通过蝶形接头与真空管相连，相邻两行排水板连接至同一真空管上。两行排水板通过一个真空管进行抽真空处理，在保证负压作用的同时，便于减少了真空管的排布数量，减少了真空管的耗用量，同时提高了操作效率。

优选的，真空管包括用于与排水板相连的支管，以及用于与支管相连的主管。真空管为柔性螺纹硬塑料管，支管直接和排水板相连，多个支管相互并联连接，最后汇集到主管上，通过主管与外部的抽真空装置相连。主管的直径应大于支管，保证水流的顺畅流动。真空管的设计抗压强度大于400kPa。

优选的，土工布设有一层，密封膜设有两层。排水板和真空管布设完成后，在土工布上方铺设至少两层密封膜，形成对污泥的有效密封。密封膜为黑色的PVC密封膜，两层密封膜的设置能够形成稳定负压环境，保证真空抽提的稳定性，也可最大限度的避免能量的损耗，提高真空抽提的速度和效率。

在待处理污泥的表层先铺设一层土工布，土工布指的是土工织物，它是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，成品为布状。由于土工布的抗拉强度高，在含水量较高、承载力较低的污泥上铺设土工布能够提高土工布承受荷载的能力，为后续插板机进行排水板的***提供可靠的承托基础，避免插板机陷入污泥中。同时，土工布还能对密封膜形成一定程度的保护，避免污泥中尖锐物体直接接触密封膜造成密封膜的破损，进而影响负压环境的形成。

土工布采用短丝针刺无纺土工布，规格在100g/m2-600g/m2之间任意选择，主要原材料是采用涤纶短纤或丙纶短纤，通过针刺法制成。本实施例中，选用规格为200g/m2的短丝针刺无纺土工布，即可达到承受插板机荷载的作用。

土工布能够避免污泥中的水分向土工布的上层渗透，进而避免对插板机插板过程的影响。在铺设土工布的时候，要先对场地进行平整，平整后场地的高差控制在±5cm。土工布的布面要平整，并适当留有变形余量，避免插板机插板过程中对土工布造成重压撕裂。

另外，将药剂注入井的接头和主管的端头从两层密封膜中引出时，需将接口位置进行严密包扎并扎紧，保证密封膜内部的密封性。

优选的，密封土工布和密封膜的边缘时，在待处理污泥的边缘处开挖沟槽，将土工布和密封膜的边缘压入沟槽，用开挖出来的土填埋沟槽并压实。为了保证土工布和密封膜的边缘部分的密封性，将二者的边缘均埋入开挖的沟槽内，这样便保证了密封膜对待处理污泥的有效密封。沟槽采用人工配合机械开挖的作业方式，其深度应切断透水层，深度大于1米，沟槽的内侧边坡可以设置为2:1，程倒梯形的截面。沟槽挖好后，要将沟槽底部的杂物彻底清除，以避免扎破密封膜。密封膜铺设好后预留1m宽的边缘用于围堰挡水。密封膜埋入后，再将开挖的土壤回填至沟内进行压实。

优选的，向药剂注入井内注入药剂前，检验密封膜的空载真空度。利用沟槽对密封膜进行密封后再进行抽真空装置的安装，并在对于排水板抽真空之前检验空载时真空度是否满足设计要求。各项抽真空装置安置就位后，开始进行试抽真空。在开始抽真空阶段，随着空气及水的排出，全面检查密封膜及密封沟的密封状态，如有漏气，对漏气部分及时修补和密封，防止影响真空效果。

抽真空装置由真空泵、管道、真空罐、真空排气室、球阀及管道组成。真空泵采用水环式，利用电机带动叶片高速转动形成气体流动，利用水的密封性使被抽的部分形成负压(就是所说的真空)，这样通过管道及排气室，将水份抽出来，抽出的水份及废气还要通过真空罐，将固体杂质冷却并过滤一下，以免损坏真空泵。

优选的，间断性向药剂注入井注入药剂时，每隔3-5小时，向药剂注入井内注入药剂0.8-1.2小时，药剂的注入量为1.5-2.5立方米，每次药剂注入完成后，分别进行持续抽提，完成多次持续抽提后，进行真空抽提降水。

优选的，在待处理污泥中布设若干个药剂注入井前，向待处理污泥的表层铺设素土垫层，素土垫层的厚度大于30厘米。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的原位真空降水修复方法中的排水板、真空管以及药剂注入井的位置布置图；

图2为本发明实施例提供的原位真空降水修复方法中的污泥、土工膜、密封膜以及沟槽的纵截面的剖视结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、排水板；2、真空管；21、支管；22、主管；3、药剂注入井；4、待处理污泥；5、土工布；6、沟槽；7、密封膜。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更若干个该特征。在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1和图2，现对本发明提供的原位真空降水修复方法进行说明。

实施例:

待处理污泥4在水平面上的长度为20米，宽度为20米，需处理的污泥的平均深度为8.5米。该场址原址为附近村砖窑取土后形成的坑地，污泥底部铺设有防渗膜。场地使用时长共计两年，污泥来源于周边皮革加工污水处理厂产生的污泥，含水率在60-80％，重金属铬和锌总量较高，其水溶液浸出样品超出地下水Ⅲ标准。对上述区域进行污泥修复，修复过程如下：

在待处理污泥4上竖直设置四个药剂注入井3，每个药剂注入井3的平均覆盖面积为100平方米。药剂注入井3为PVC硬质塑料管，药剂注入井3的直径为75mm，且下端封闭。药剂注入井3的注入压力设计应大于40MPa，保证药剂的渗透范围能够覆盖整个待处理污泥4。药剂注入井3的管体处于污泥中的部位的外周设有出液孔，管体在污泥表面以下半米的高度上不设置出液孔，保证药剂注入井3上端良好的密封性能，通过靠近管体上端的出液孔实现对污泥表层半米高度的渗透作用。同时，管体最下端半米的高度上也不设置出液孔，通过靠近管体下端的出液孔实现对污泥的渗透作用。

在待处理污泥4污泥的表层铺设一层土工布5，然后利用插板机向待处理污泥4内打设排水板1，实现对和插板机的有效承托。排水板1的排布间距为1米，该布设密度能够保证排水板1对周围污泥覆盖的全面性。由于污泥的处理深度为8.5米，排水板1的打设深度小于上述深度半米，所以排水板1位于污泥内的深度为8米，上端露出污泥长度0.6米，用于与真空管2的支管21连接。

请参阅图1，排水板1的上端通过蝶形接头与支管21相连，相邻两行排水板1连接至同一支管21上。两行排水板1通过一个支管21进行抽真空处理，在保证负压作用的同时，便于减少真空管2的排布，减少了真空管2的耗用量，同时提高了操作效率。

上面多个支管21集中连接与同一个主管22上，主管22和支管21均为为柔性螺纹硬塑料管，真空管2的设计抗压强度大于400kPa。柔性螺纹硬质塑料管具有螺纹伸缩的功能，便于进行拐弯位置的布设，硬性材质能够避免后续抽真空时主管22和支管21的变瘪，影响排水板1的排水。

排水板1和真空管2布设完成后，在土工布5上方铺设两层密封膜7，形成对污泥的有效密封。密封膜7为黑色的PVC密封膜7，两层密封膜7的设置能够形成可靠的真空负压环境，保证真空抽提的稳定性，也可最大限度的避免能量的损耗，提高真空抽提的速度和效率。将药剂注入井3的接头和真空管2穿过密封膜7并将贯穿处的密封膜7扎紧，保证密封膜7的密封性。

请参阅图2，在待处理污泥4的边缘处开挖沟槽6，将土工布5和密封膜7的边缘压入沟槽6后，用污泥填埋沟槽6并压实。沟槽6采用人工配合机械开挖的作业方式，其深度应切断透水层，深度大于1米，沟槽6的内侧边坡可以设置为2:1，坡的高度与坡的宽度之比值为2比1，沟槽6具有倒梯形的纵向截面。沟槽6挖好后，要将沟槽6底部的杂物彻底清除，以避免扎破密封膜7。密封膜7铺设好后预留1m宽的边缘用于围堰挡水。密封膜7埋入后，再将污泥回填至沟内进行压实。

利用沟槽6对密封膜7进行密封后再进行抽真空装置的安装，并在对于排水板1抽真空之前检验空载时真空度是否满足设计要求。各项抽真空装置安置就位后，开始进行试抽真空。在开始抽真空阶段，随着空气及水的排出，全面检查密封膜7及密封沟的密封状态，如有漏气，对漏气部分及时修补和密封，防止影响真空效果。

间断性向药剂注入井3注入药剂时，每隔5小时，注入药剂1小时，药剂注入量为2立方米，每次药剂注入完成后，均进行持续抽提，上述注入和抽提操作完成三次后，进行抽提降水作业。

本发明提供的一种原位真空降水修复方法，与现有技术相比，本发明提供的原位真空降水修复方法，通过药剂注入井3将药剂注入，结合真空抽提，实现药剂向待处理污泥4的污泥中的扩散，并与污泥进行充分反应，以降低污泥中重金属的含量，实现对污泥的原位修复，利用若干个排水板1实现竖向排水通道的建立，以配合真空管2将待处理污泥4中的水分快速的抽吸至污泥外部，既实现了污泥的修复，又实现了污泥的固化稳定化效果。

结果分析：

通过上述方法进行污泥的处理的过程中，利用下面的监测方法进行地表沉降监测、真空度监测、出水量监测以及稳定化分析，具体监测过程如下：

1.地表沉降监测

地表沉降标布置在待场地的中心和边界各1个点位，采用沉降板方法测定表面沉降，沉降板尺寸0.5m×0.5m，平放至黑色的密封膜7上。沉降杆安装在沉降板上，并粘贴好刻度条。抽真空过程中，沉降板随地表沉降一起下降。

由地表沉降监测的记录表可知，场地抽真空处理13天后，中心点位累计沉降61.8cm，边界点位累计沉降37.8cm，沉降效果明显。场地的中心区域地表沉降量高于边界地表沉降量，可能因为待处理污泥4在进行真空抽提前未进行止水帷幕建设，加上该场地污泥孔隙率较大，边界外污泥中的气体和水随负压进入待处理污泥4的真空预压区域，减小了真空预压区域的边界区域的固结速率。

2.真空度监测

真空预压过程中设置膜下真空度监测点，膜下真空度由直径为6厘米的PVC透明软管和负压真空表组成。软管放入密封膜7下，呈蛇形布置以适应地基的不均匀变形，最后穿出密封膜7与真空表连接。

由膜下真空度监测表可知，抽真空开始后24h内膜下真空度大于80kpa，初期排水固结效果明显。3天之后膜下真空度略微下降，抽真空10天后膜下真空度逐渐达到85kpa以上，趋于稳定。

3.出水量监测

真空预压过程中每日定期对围堰内出水水面高度进行测量，计算每日抽真空的出水量。由监测数值可知，抽真空结束后，累积出水量为56.7立方米，出水效果明显。

4.含水率检测

抽真空结束后，选取场地中心和边界点位距污泥表面0.2米深度处的污泥进行含水率检测，并与处理前的污泥含水率作对比(详见表1含水率检测结果)。经对比可知，经过28天固化稳定化处理后含水率均有下降，其中中心点位含水率下降5.6％，边界点位含水率下降5％，中心污泥降水效果略优于边界，说明上述操作方法对加速污泥排水固结是有效可行的。

表1含水率检测结果

5.稳定化分析

药剂注入和真空抽提后，污泥的浸出浓度均低于标准值，说明多次药剂注入结合多次真空抽提的设置可以有效的提高药剂扩散和稳定化效果，上述步骤完成后的真空抽提操作可以有效的降低污泥的含水率，使污泥的原位固化处理得到更好的稳定化，无需再次挖出，同时抽提水量可以达到减量化目的。

可见，上述方法对污泥的前期治理有良好的效果，污泥中的水分的大量排出，能够减小污泥体积，节约填埋空间和处置成本。另外，高含水率的污泥排水固结后具有一定的承载力，方便后期机械的固化施工，以便彻底的改善了污泥性质，此方法为我国污泥治理提供了良好的途径，其未来发展前景非常好。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.原位真空降水修复方法，其特征在于，包括：

在待处理污泥中布设若干个药剂注入井，所述药剂注入井的上端留接头；

铺设土工布至所述待处理污泥的上方；

在所述待处理污泥上打设若干个排水板，并将所述排水板的上端与真空管相连；

铺设密封膜至所述待处理污泥、所述药剂注入井、所述排水板和所述真空管的上方，将所述药剂注入井的接头和所述真空管穿过所述密封膜并将贯穿处的所述密封膜扎紧，密封所述土工布和所述密封膜的边缘；

向所述药剂注入井内注入药剂后，真空抽提使所述药剂扩散，再真空抽提降水。

2.如权利要求1所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，所述排水板为塑料排水板，所述排水板在水平面上呈矩阵排布，且相邻两个所述排水板之间的间距为0.8-1.2米，所述排水板的打设深度小于待处理污泥深度的0.4-0.6米，所述排水板露出所述污泥的长度为0.5-0.7米。

3.如权利要求2所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，所述排水板的上端通过蝶形接头与所述真空管相连，相邻两行所述排水板连接至同一所述真空管上。

4.如权利要求1所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，所述真空管包括用于与所述排水板相连的支管，以及用于与所述支管相连的主管。

5.如权利要求1所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，所述土工布设有一层，所述密封膜设有两层。

6.如权利要求1所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，密封所述土工布和所述密封膜的边缘时，在待处理污泥的边缘处开挖沟槽，将所述土工布和所述密封膜的边缘压入所述沟槽，用污泥填埋所述沟槽并压实。

7.如权利要求1所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，向所述药剂注入井内注入药剂前，检验所述密封膜的空载真空度。

8.如权利要求1-7中任一项所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，向所述药剂注入井内注入药剂时，间断性向所述药剂注入井内多次注入药剂，每次注入所述药剂后分别进行真空抽提，最后进行真空抽提降水。

9.如权利要求8所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，间断性向所述药剂注入井注入药剂时，每隔3-5小时，向所述药剂注入井内注入所述药剂0.8-1.2小时，所述药剂的注入量为1.5-2.5立方米，每次所述药剂注入完成后，分别进行持续抽提，完成多次所述持续抽提后，进行真空抽提降水。

10.如权利要求1-7中任一项所述的原位真空降水修复方法，其特征在于，在待处理污泥中布设若干个药剂注入井前，向所述待处理污泥的表层铺设素土垫层，所述素土垫层的厚度大于30厘米。

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