多功能復(fù)合式真空預(yù)壓污泥脫水減量施工技術(shù)研究及應(yīng)用

周慶

（中鐵大橋局集團(tuán)有限公司東北分公司，遼寧沈陽(yáng) 110000）

1 引言

隨著各國(guó)對(duì)污水治理的日益重視和城市污水處理廠不斷新建，污泥的產(chǎn)量不斷地增長(zhǎng)，污泥的快速有效處理已經(jīng)刻不容緩。污泥中含有大量病原體和微生物等有害生物，具有含水率高、重金屬及有機(jī)物含量高等特點(diǎn)，若在排放前不經(jīng)處理，則會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染［1］。

中鐵大橋局集團(tuán)有限公司東北分公司在總結(jié)前人在污泥治理領(lǐng)域的研究成果和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，應(yīng)用生物、化學(xué)科學(xué)原理以及系統(tǒng)工程的理論與方法，將理論與實(shí)際相結(jié)合，采用多功能復(fù)合式真空預(yù)壓技術(shù)，對(duì)沈陽(yáng)市祝家污泥儲(chǔ)存場(chǎng)污泥進(jìn)行治理，該施工方法的確定可為日后類(lèi)似工程提供相關(guān)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

祝家污泥儲(chǔ)存場(chǎng)位于沈陽(yáng)市渾南區(qū)祝家鎮(zhèn)裴家堡村轄區(qū)西部一天然山谷中。祝家污泥儲(chǔ)存場(chǎng)的污泥來(lái)源于沈陽(yáng)市各市政污水處理廠。

對(duì)污泥處置前需進(jìn)行脫水處理，目的是除去污泥中大量的水分，從而縮小其體積，減輕其質(zhì)量，以利于污泥的運(yùn)輸和進(jìn)一步處理。本項(xiàng)目4＃，5＃污泥坑采用多功能復(fù)合式真空預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行脫水處理，其處理量大、處理周期短等特點(diǎn)符合本項(xiàng)目工期緊迫的要求。

3 施工方案

本次采用直排式防淤堵真空預(yù)壓法進(jìn)行處理。真空預(yù)壓施工前應(yīng)先抽取表層水體，污泥表面進(jìn)行適當(dāng)晾曬后，先鋪設(shè)編織布及土工格柵，以增強(qiáng)污泥表面強(qiáng)度，滿(mǎn)足人工插塑料排水板要求，然后進(jìn)行人工插板，并完成水平排水管網(wǎng)的埋設(shè)工作，其上再鋪設(shè)一層無(wú)紡?fù)凉げ?，之后鋪設(shè)雙層密封膜，挖設(shè)密封溝，進(jìn)行壓膜密封，最后進(jìn)行真空預(yù)壓抽水及覆水圍堰施工工作。

4 施工工藝

施工工藝流程為鋪設(shè)編織布及土工格柵—添加DF 藥劑、鋪設(shè)防淤堵管及人工插塑料排水板—鋪設(shè)排水管網(wǎng)—鋪設(shè)無(wú)紡?fù)凉げ肌佋O(shè)密封膜—挖密封溝—修筑覆水圍堰—安裝真空泵—真空預(yù)壓抽氣—抽真空排水。

4.1 鋪設(shè)編織布及土工格柵

編織布采用人工攤鋪，先鋪設(shè)泡沫板，施工人員站在泡沫板上，按每人3～5 m 的間距將卷好的編織布以長(zhǎng)竹竿推動(dòng)，將編織布展開(kāi)鋪設(shè)，驗(yàn)收合格后進(jìn)行下道工序施工。

土工格柵亦采用人工鋪設(shè)，鋪設(shè)前先在鋪設(shè)區(qū)進(jìn)行放線。土工格柵搭接不小于20 cm，采用尼龍絲綁扎。驗(yàn)收合格后進(jìn)行下道工序施工。

4.2 添加DF 藥劑

本次工程采用日本專(zhuān)利技術(shù)的污泥改良劑DF藥劑對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理。DF 藥劑的主要成分為H2O2和FeSO4，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，摻配比例為7 ∶3，添加量為污泥量的2%。

本次DF 藥劑孔位行距為1 400 mm，列距為1 400 mm，正方形布置于人工插板孔位中心。DF 藥劑處理深度同塑料排水板深度，為6.5 m。施工方法為采用輕型履帶式成孔機(jī)埋設(shè)套管，推薦使用內(nèi)管徑為75 mm 的螺紋套管，分節(jié)壓入污泥中，然后采用孔壓機(jī)利用高壓注漿技術(shù)將DF 藥劑高壓鼓入孔內(nèi)，使DF 藥劑與污泥充分反應(yīng)。灌填完畢后拔除套管，進(jìn)行下一孔位施工。接近地表時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況減小注漿壓力。

4.3 塑料排水板施工

本項(xiàng)目采用防淤堵型整體板，施工方法為人工插板，塑料排水板通過(guò)手型接頭與排水管網(wǎng)連接。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：排水板間距為0.7 m，正方形布置，根據(jù)勘察報(bào)告，排水板長(zhǎng)度5.0～7.2 m，底標(biāo)高進(jìn)入下層粉質(zhì)黏土中，以不出現(xiàn)回帶現(xiàn)象為準(zhǔn)，排水板頂露出砂墊層頂面≥500 mm，以方便通過(guò)手型接頭與排水管網(wǎng)連接。排水板施工完畢后，應(yīng)將排水板端頭周?chē)鷰С龅挠倌嗲宄?/p>

塑料排水板采用人工插板工具進(jìn)行施工，人工插板工具包括桿柄、菱形鋼刀、U 字叉。將排水板端頭放置于U 字叉和菱形鋼刀之間，然后迅速下插，插到指定深度后回拔桿柄即可，桿柄長(zhǎng)度根據(jù)所需插設(shè)深度確定。該插板工具具有施工簡(jiǎn)單方便、效率高、塑料排水板不回帶等特點(diǎn)。施工安全快速，可確保在浮泥中掛住排水帶，避免出現(xiàn)回帶現(xiàn)象而影響工程質(zhì)量。淺層人工插板施工時(shí)，宜從場(chǎng)地中央向四周插設(shè)，必須避免對(duì)已插設(shè)區(qū)域產(chǎn)生的人為擾動(dòng)，降低冒漿程度。此外，由于本項(xiàng)目污泥狀態(tài)較差，對(duì)于污泥厚度≥6 m 的區(qū)域，應(yīng)加密排水板間距，在原有排水板中間設(shè)置短板，短板長(zhǎng)度不宜小于3 m。

4.4 鋪設(shè)防淤堵管與排水管網(wǎng)

本次為減少污泥對(duì)排水系統(tǒng)的淤堵效應(yīng)，特設(shè)置防淤堵管。豎向管體采用φ50 鋼絲增強(qiáng)軟管，管體按8 cm 間距螺旋打5 mm 孔徑孔洞，孔洞外包裹土工布濾網(wǎng)，間距1.4 m，正方形布置于人工插板中心，深度同排水板深度，采用套管法或水沖法埋入。頂部與水平壓力管連接，外接空壓機(jī)，以提供高壓空氣輸出。水平壓力管采用φ10 壓力管，間距2.8 m，每排壓力管連接2 排防淤堵管。

本工程排水管網(wǎng)采用φ50 鋼絲增強(qiáng)軟管，管體不打?yàn)V眼，布管間距1.4 m，通過(guò)手型接頭與臨近的雙排塑料排水板連接。

4.5 鋪設(shè)無(wú)紡?fù)凉げ?/h3>

土工布待排水板、DF 劑、防淤堵管及水平排水管網(wǎng)施工完畢后鋪設(shè)，主要起到保護(hù)其上層密封膜作用。土工膜鋪設(shè)應(yīng)保持一定褶皺，一般土工布面積為鋪設(shè)面積的115%。要求土工布連接強(qiáng)度不低于其本體強(qiáng)度。為確保鋪設(shè)的有效性，鋪設(shè)土工布時(shí)要有受力點(diǎn)，在各區(qū)鋪設(shè)的土工布都要到達(dá)回填區(qū)的邊上并用沙袋或木樁固定，避免施工期間下沉，造成淤泥拱起現(xiàn)象而影響正常施工作業(yè)。土工布的拼接采用手提工業(yè)縫紉機(jī)縫合，采用包縫或丁縫，縫合處或接頭處需要縫3 道（先縫1 道，折疊后再縫2 道）以保證縫合的牢固，搭接寬度≥500 mm。在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用地上將土工布縫接成滿(mǎn)足需要大小的大幅土工布，按選定方向依次平鋪，鋪設(shè)完畢后通知現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序施工。

4.6 鋪設(shè)密封膜

密封膜采用2 層聚氯乙烯真空密封膜，根據(jù)各預(yù)壓區(qū)實(shí)際長(zhǎng)度每邊各增加5.0 m 訂購(gòu)密封膜，密封膜在工廠熱合一次成型。鋪設(shè)好第一層后在膜上仔細(xì)檢查有無(wú)可見(jiàn)破裂口，破裂處用聚氯乙烯膠水補(bǔ)好。檢查無(wú)缺陷后方可進(jìn)行下一層密封膜鋪設(shè)。所有上膜操作人員必須光腳或穿軟底鞋，以防刺破密封膜。

4.7 密封溝施工及修筑覆水圍堰

密封溝采用PC60 小型挖掘機(jī)或人工開(kāi)挖，土體軟弱處也可采用人工開(kāi)挖進(jìn)行輔助，以保證施工機(jī)械安全。為保證后期密封系統(tǒng)滿(mǎn)足滲流的要求及避免浮泥表層受太陽(yáng)照曬產(chǎn)生龜裂縫影響施工，密封溝的開(kāi)挖橫截面應(yīng)為1 m × 1 m。密封溝即挖即填，密封膜應(yīng)緊隨密封溝開(kāi)挖分層埋入，埋入深度≥800 mm。如果機(jī)械無(wú)法進(jìn)行開(kāi)挖施工，可采用人工踩膜輔助密封。

后期真空預(yù)壓施工過(guò)程中，密封溝內(nèi)應(yīng)保持一定水位，并使密封溝側(cè)壁處于濕潤(rùn)狀態(tài)。為了增強(qiáng)密封性及防止密封膜老化，在抽真空達(dá)到穩(wěn)定滿(mǎn)載后，在加固區(qū)域四周密封墻及膜面上進(jìn)行覆水防護(hù)，填筑一圈包圍加固場(chǎng)地的覆水圍堰，圍堰截面為底寬1.0 m、頂寬0.5 m、高0.5 m 的等腰梯形。將射流真空泵抽出的水打入圍堰，覆水厚度20 cm。圍堰采用挖掘機(jī)或袋裝砂土在密封墻內(nèi)側(cè)修筑，后用真空密封膜將擬處理區(qū)域及覆水圍堰整體覆蓋，以防水的滲透、外溢。本次圍堰長(zhǎng)度為842 m。

如果現(xiàn)場(chǎng)條件具備，可以選擇加高覆水圍堰，在圍堰安全穩(wěn)定的情況下，抬高圍堰內(nèi)水位，以提高對(duì)土體的壓力，縮短真空預(yù)壓固結(jié)時(shí)間。

4.8 安裝真空泵

在密封系統(tǒng)完成施工后，即可進(jìn)行真空泵等布置并進(jìn)行試抽真空。試抽真空時(shí)間為3～6 d，穩(wěn)定后膜上覆水。本次真空射流泵分3 批開(kāi)啟。

本次選用的真空裝置為真空射流泵系統(tǒng)，功率為7.5 kW，空抽時(shí)真空壓力不小于95 kPa，能滿(mǎn)足真空預(yù)壓的要求。按照1 000 m2設(shè)置1 套真空泵，同時(shí)準(zhǔn)備至少6 套備用真空泵，一旦出現(xiàn)地質(zhì)條件突變等不利狀況時(shí)，可確保抽真空效果。安裝時(shí)將真空泵水平放置在加固區(qū)上面，真空泵進(jìn)水口和出膜口保持同一平面，以保證真空泵能發(fā)揮到最大功效。真空泵與排水管網(wǎng)連接的管路中設(shè)置止回閥和截門(mén)。

抽真空過(guò)程中，若出水量減少，可開(kāi)啟防淤堵系統(tǒng)進(jìn)行增壓3～5 d，與抽真空系統(tǒng)同時(shí)作用，以增加排水能力。

4.9 真空預(yù)壓抽氣

安裝好真空泵系統(tǒng)（將水泵、水箱、閘閥、止水閥、出膜口連接好）后，將電工房配電箱—真空泵處漏電開(kāi)關(guān)盒—真空泵的電路接通后，空載調(diào)試真空射流泵，當(dāng)真空射流泵上真空度達(dá)到95 kPa 以上時(shí)，試抽真空。

抽真空前幾天安排經(jīng)驗(yàn)豐富的人員在膜面上、壓膜溝處仔細(xì)檢查有無(wú)漏氣處，發(fā)現(xiàn)后及時(shí)修補(bǔ)。一般在抽氣時(shí)，漏氣孔眼會(huì)發(fā)出鳴叫聲，尋聲徹底檢查。如漏氣孔眼得不到及時(shí)補(bǔ)救，蓄水后真空度很難達(dá)到85 kPa，而且需放水檢查，難度很大。逐臺(tái)檢查真空泵系統(tǒng)連接處，要保證在關(guān)閉閘門(mén)的情況下，泵上真空度能達(dá)到95 kPa，以確保真空泵系統(tǒng)發(fā)揮最佳功效。

4.10 抽真空排水

在真空預(yù)壓階段，為防止真空預(yù)壓對(duì)加固區(qū)周?chē)馏w造成瞬間破壞，必須嚴(yán)格控制抽真空速率，真空泵開(kāi)啟速度按1/3 逐步增加，見(jiàn)圖1。

圖1 抽真空排水

真空預(yù)壓過(guò)程中，當(dāng)真空度達(dá)到70 kPa 以上，經(jīng)檢查無(wú)漏氣現(xiàn)象后，開(kāi)始膜面蓄水，見(jiàn)圖2。

圖2 膜面蓄水

5 結(jié)語(yǔ)

多功能復(fù)合式真空預(yù)壓法在祝家污泥堆存場(chǎng)4＃，5?？游勰嗝撍幚碇幸呀?jīng)得到應(yīng)用，在保證滿(mǎn)足脫水后污泥符合后期處置要求的前提下，有效地縮短了施工工期和節(jié)約了工程成本，極大地提高了施工作業(yè)效率，進(jìn)而確?？傮w工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

從國(guó)內(nèi)目前的污泥脫水處置來(lái)看，多功能復(fù)合式真空預(yù)壓法具有處置量大、工期短等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)在未來(lái)城市污泥脫水技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，本課題的研究成果可以為同類(lèi)工程提供參考。