透氣真空快速泥水分離技術(shù)室內(nèi)模型試驗研究

　　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處理,可以快速減小堆場中淤泥的體積,加速堆場的周轉(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題。針對此技術(shù),研制了室內(nèi)模型試驗裝置,該裝置包含5 個主要部分:模型箱、真空抽氣系統(tǒng)、透氣管道系統(tǒng)、土工織物過濾層系統(tǒng)、監(jiān)控測讀系統(tǒng),其中模型箱用來盛放淤泥試樣;真空抽氣系統(tǒng)提供真空負壓;3 閥門透氣真空管道系統(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;土工織物過濾層系統(tǒng)過濾淤泥中的土顆粒并排出水分;監(jiān)控測讀系統(tǒng)量測真空度、抽水量以及淤泥厚度。通過室內(nèi)模型試驗,驗證了透氣真空快速泥水分離技術(shù)的有效性。

　　我國是一個河流湖泊分布廣泛的國家,內(nèi)陸江河湖泊的泥沙淤積非常嚴重^[1] 。港口碼頭等近海工程也經(jīng)常遇到海相淤積帶來的問題。為了改善水質(zhì),建設港口、碼頭,浚深加寬航道、港池,需要進行大規(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),占用大量的魚塘或耕田,海洋疏浚也面臨由于深海拋泥帶來的環(huán)境問題而多數(shù)轉(zhuǎn)為陸域吹填。疏浚淤泥含水率高、強度低,很難直接對疏浚淤泥進行開發(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時間才能完成固結(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間長,浪費寶貴的土地資源的問題。

　　疏浚淤泥強度極低,很難在其上進行堆載處理;采用預埋管道的常規(guī)真空抽水固結(jié)的方法來處理疏浚淤泥,其中關鍵的問題是保證排水系統(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,進行常規(guī)真空抽水時,排水通道很快就會被淤堵,導致常規(guī)的真空抽水方法在疏浚淤泥排水上效果很差^[13-17] 。采用來自南水北調(diào)東線江蘇段淮安白馬湖疏浚淤泥進行室內(nèi)常規(guī)真空抽水試驗,在前2min 內(nèi),僅僅從淤泥中抽出了0.4kg 的水,之后完全沒有再抽出水來,如圖1 所示,砂袋表面淤積了一層密實的泥層,形成了淤堵層,如圖2。

圖1 　常規(guī)真空試驗與透氣真空試驗的抽水量對比　　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關鍵問題,進行了2年多室內(nèi)試驗研究,成功開發(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。本文針對此技術(shù),研制了透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗裝置,進行透氣真空快速泥水分離技術(shù)的室內(nèi)模型試驗,模擬該技術(shù)的作用過程,證實了該方法的有效性。

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)、土工織物過濾層系統(tǒng)、監(jiān)控測讀系統(tǒng)這5 個基本部分。

　　(2) 透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗系統(tǒng)的核心是3 閥門透氣真空管道,該管道閥門有4 種啟閉組合形式,通過3 個閥門的開關啟閉,可以控制管道中的真空度和氣流。

　　(3) 利用設計制作的模型試驗系統(tǒng)進行透氣真空快速泥水分離模型試驗,可以將含水率很高的疏浚淤泥在短時間內(nèi)分離出大量水分,使得淤泥含水率迅速降低,并且在試驗過程當中不會出現(xiàn)淤堵現(xiàn)象。

　　(4) 設計出的透氣真空快速泥水分離室內(nèi)模型試驗裝置以及試驗方法可以用來進一步進行透氣真空技術(shù)作用機理、關鍵變量參數(shù)的選擇研究。

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