透氣真空快速泥水分離技術(shù)室內(nèi)模型試驗(yàn)研究
透氣真空快速泥水分離技術(shù)適用于高含水率高粘粒含量疏浚淤泥的堆場(chǎng)處理,可以快速減小堆場(chǎng)中淤泥的體積,加速堆場(chǎng)的周轉(zhuǎn)利用,并能解決常規(guī)真空處理方法中存在的濾層淤堵問(wèn)題。針對(duì)此技術(shù),研制了室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置,該裝置包含5 個(gè)主要部分:模型箱、真空抽氣系統(tǒng)、透氣管道系統(tǒng)、土工織物過(guò)濾層系統(tǒng)、監(jiān)控測(cè)讀系統(tǒng),其中模型箱用來(lái)盛放淤泥試樣;真空抽氣系統(tǒng)提供真空負(fù)壓;3 閥門(mén)透氣真空管道系統(tǒng)能夠控制真空度和氣流作用,在透氣管道中形成真空與氣流共同作用的環(huán)境;土工織物過(guò)濾層系統(tǒng)過(guò)濾淤泥中的土顆粒并排出水分;監(jiān)控測(cè)讀系統(tǒng)量測(cè)真空度、抽水量以及淤泥厚度。通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn),驗(yàn)證了透氣真空快速泥水分離技術(shù)的有效性。
我國(guó)是一個(gè)河流湖泊分布廣泛的國(guó)家,內(nèi)陸江河湖泊的泥沙淤積非常嚴(yán)重[1] 。港口碼頭等近海工程也經(jīng)常遇到海相淤積帶來(lái)的問(wèn)題。為了改善水質(zhì),建設(shè)港口、碼頭,浚深加寬航道、港池,需要進(jìn)行大規(guī)模的疏浚清淤作業(yè),不可避免地產(chǎn)生大量的淤泥[2-4] 。目前絕大部分內(nèi)陸疏浚淤泥采用堆泥場(chǎng)放置處理,廢棄于陸地拋填區(qū)或低洼地區(qū),占用大量的魚(yú)塘或耕田,海洋疏浚也面臨由于深海拋泥帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題而多數(shù)轉(zhuǎn)為陸域吹填。疏浚淤泥含水率高、強(qiáng)度低,很難直接對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用;疏浚淤泥粘粒含量高、透水性差,在自重作用下需要幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能完成固結(jié)[5-9] 。因此,需要快速降低疏浚淤泥的含水率,快速排出疏浚淤泥中所含大量的水,解決疏浚淤泥處置占地時(shí)間長(zhǎng),浪費(fèi)寶貴的土地資源的問(wèn)題。
疏浚淤泥強(qiáng)度極低,很難在其上進(jìn)行堆載處理;采用預(yù)埋管道的常規(guī)真空抽水固結(jié)的方法來(lái)處理疏浚淤泥,其中關(guān)鍵的問(wèn)題是保證排水系統(tǒng)的有效性,這樣才能有效地降低淤泥中的水分, 加速固結(jié)[10-11] 。國(guó)內(nèi)很多工程都采用真空抽水方法[12] ,但是疏浚淤泥的粘粒含量一般較高,進(jìn)行常規(guī)真空抽水時(shí),排水通道很快就會(huì)被淤堵,導(dǎo)致常規(guī)的真空抽水方法在疏浚淤泥排水上效果很差[13-17] 。采用來(lái)自南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段淮安白馬湖疏浚淤泥進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)真空抽水試驗(yàn),在前2min 內(nèi),僅僅從淤泥中抽出了0.4kg 的水,之后完全沒(méi)有再抽出水來(lái),如圖1 所示,砂袋表面淤積了一層密實(shí)的泥層,形成了淤堵層,如圖2。
圖1 常規(guī)真空試驗(yàn)與透氣真空試驗(yàn)的抽水量對(duì)比 圖2 濾水管外的淤堵泥層
作者所在的課題組圍繞疏浚淤泥排水淤堵這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,進(jìn)行了2年多室內(nèi)試驗(yàn)研究,成功開(kāi)發(fā)出一種快速高效抽取高含水率疏浚淤泥中水的技術(shù)———透氣真空快速泥水分離技術(shù)[18] ,并驗(yàn)證了該技術(shù)的效果[19-21] ,該技術(shù)能夠很好地將淤泥中的水分排出,并保證排水通道不被淤堵,如圖1。本文針對(duì)此技術(shù),研制了透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置,進(jìn)行透氣真空快速泥水分離技術(shù)的室內(nèi)模型試驗(yàn),模擬該技術(shù)的作用過(guò)程,證實(shí)了該方法的有效性。
4、結(jié)論
(1) 透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗(yàn)系統(tǒng)包含模型箱、真空抽氣系統(tǒng)、透氣真空管道系統(tǒng)、土工織物過(guò)濾層系統(tǒng)、監(jiān)控測(cè)讀系統(tǒng)這5 個(gè)基本部分。
(2) 透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的核心是3 閥門(mén)透氣真空管道,該管道閥門(mén)有4 種啟閉組合形式,通過(guò)3 個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)啟閉,可以控制管道中的真空度和氣流。
(3) 利用設(shè)計(jì)制作的模型試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行透氣真空快速泥水分離模型試驗(yàn),可以將含水率很高的疏浚淤泥在短時(shí)間內(nèi)分離出大量水分,使得淤泥含水率迅速降低,并且在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中不會(huì)出現(xiàn)淤堵現(xiàn)象。
(4) 設(shè)計(jì)出的透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置以及試驗(yàn)方法可以用來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行透氣真空技術(shù)作用機(jī)理、關(guān)鍵變量參數(shù)的選擇研究。
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