透气真空快速泥水分离技术室内模型试验研究
透气真空快速泥水分离技术适用于高含水率高粘粒含量疏浚淤泥的堆场处理,可以快速减小堆场中淤泥的体积,加速堆场的周转利用,并能解决常规真空处理方法中存在的滤层淤堵问题。针对此技术,研制了室内模型试验装置,该装置包含5 个主要部分:模型箱、真空抽气系统、透气管道系统、土工织物过滤层系统、监控测读系统,其中模型箱用来盛放淤泥试样;真空抽气系统提供真空负压;3 阀门透气真空管道系统能够控制真空度和气流作用,在透气管道中形成真空与气流共同作用的环境;土工织物过滤层系统过滤淤泥中的土颗粒并排出水分;监控测读系统量测真空度、抽水量以及淤泥厚度。通过室内模型试验,验证了透气真空快速泥水分离技术的有效性。
我国是一个河流湖泊分布广泛的国家,内陆江河湖泊的泥沙淤积非常严重[1] 。港口码头等近海工程也经常遇到海相淤积带来的问题。为了改善水质,建设港口、码头,浚深加宽航道、港池,需要进行大规模的疏浚清淤作业,不可避免地产生大量的淤泥[2-4] 。目前绝大部分内陆疏浚淤泥采用堆泥场放置处理,废弃于陆地抛填区或低洼地区,占用大量的鱼塘或耕田,海洋疏浚也面临由于深海抛泥带来的环境问题而多数转为陆域吹填。疏浚淤泥含水率高、强度低,很难直接对疏浚淤泥进行开发利用;疏浚淤泥粘粒含量高、透水性差,在自重作用下需要几年甚至更长时间才能完成固结[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,解决疏浚淤泥处置占地时间长,浪费宝贵的土地资源的问题。
疏浚淤泥强度极低,很难在其上进行堆载处理;采用预埋管道的常规真空抽水固结的方法来处理疏浚淤泥,其中关键的问题是保证排水系统的有效性,这样才能有效地降低淤泥中的水分, 加速固结[10-11] 。国内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较高,进行常规真空抽水时,排水通道很快就会被淤堵,导致常规的真空抽水方法在疏浚淤泥排水上效果很差[13-17] 。采用来自南水北调东线江苏段淮安白马湖疏浚淤泥进行室内常规真空抽水试验,在前2min 内,仅仅从淤泥中抽出了0.4kg 的水,之后完全没有再抽出水来,如图1 所示,砂袋表面淤积了一层密实的泥层,形成了淤堵层,如图2。
图1 常规真空试验与透气真空试验的抽水量对比 图2 滤水管外的淤堵泥层
作者所在的课题组围绕疏浚淤泥排水淤堵这个关键问题,进行了2年多室内试验研究,成功开发出一种快速高效抽取高含水率疏浚淤泥中水的技术———透气真空快速泥水分离技术[18] ,并验证了该技术的效果[19-21] ,该技术能够很好地将淤泥中的水分排出,并保证排水通道不被淤堵,如图1。本文针对此技术,研制了透气真空快速泥水分离室内模型试验装置,进行透气真空快速泥水分离技术的室内模型试验,模拟该技术的作用过程,证实了该方法的有效性。
4、结论
(1) 透气真空快速泥水分离室内模型试验系统包含模型箱、真空抽气系统、透气真空管道系统、土工织物过滤层系统、监控测读系统这5 个基本部分。
(2) 透气真空快速泥水分离室内模型试验系统的核心是3 阀门透气真空管道,该管道阀门有4 种启闭组合形式,通过3 个阀门的开关启闭,可以控制管道中的真空度和气流。
(3) 利用设计制作的模型试验系统进行透气真空快速泥水分离模型试验,可以将含水率很高的疏浚淤泥在短时间内分离出大量水分,使得淤泥含水率迅速降低,并且在试验过程当中不会出现淤堵现象。
(4) 设计出的透气真空快速泥水分离室内模型试验装置以及试验方法可以用来进一步进行透气真空技术作用机理、关键变量参数的选择研究。
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