一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置与方法

1.本发明属于环境岩土工程中疏浚淤泥处置技术领域，尤其涉及一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，以及利用螺旋管道产生的离心力使高含水率疏浚淤泥快速脱水的处理方法。


背景技术：

2.对于江河湖海等地表水体，在水中悬浮物的长期沉积作用下，水底易集聚有大量淤泥。在微生物作用下，淤泥中有机质易发酵而腐败变质，产生异味气体，加之含有其他有毒有害物质，易使水生态环境遭受污染。因此，必须定期清淤，整治污染，疏通航道。如此，产生大量疏浚淤泥，有待合理而有效处置。
3.疏浚淤泥处置的首要环节是脱水。目前，疏浚淤泥脱水主要包括自然干燥、焚烧和机械脱水3种方法。(1)自然干燥：在太阳下晾晒使疏浚淤泥脱水干化，优点是不需额外耗费其他能量，缺点是受气象条件影响很大，处置周期较长，占地面积较大。(2)焚烧：通过高温使疏浚淤泥中的水汽化以及有机物分解碳化，优点是在较短时间内脱水干化，缺点是能耗和设备成本高。(3)机械脱水：常用板框压滤、带式压滤以及离心脱水等方式方法，优点是脱水效率较高，缺点与焚烧类似，能耗和设备成本较高。
4.为克服机械脱水中离心脱水的既有缺陷，本发明设计了一螺旋管道，充分利用清淤时泵送高度所产生的势能，使疏浚淤泥在螺旋管道中由上往下运动过程中自然而然产生离心力，从而发生泥水分离。该方法可在高含水率疏浚淤泥处置过程中实现脱水与固化两个环节的顺利衔接与流水作业，大大提高效率。该方法亦适用于含水量超过液限2倍及以上的钻渣泥浆和盾构渣土等高含水率工程弃土的脱水处置。


技术实现要素：

5.为了克服传统技术的不足，解决上述方法存在的问题，本发明提供了一种高含水率疏浚淤泥螺旋管道快速脱水的装置与方法。本发明可以有效地解决高含水率疏浚淤泥或钻渣泥浆、盾构渣土等快速泥水分离问题，为脱水后土的资源化利用提供技术支持。
6.本发明采用双层管道和螺旋设置，内管道外表包裹土工布进行反滤，管道有一定长度，处治能力和效率较高。通过调节管道两端高差来处治不同含水率的工程弃置泥浆或疏浚淤泥，适用于短时间内高效处治大量工程弃置物。在本发明中，双层管道功能各自不同，在弹簧状内管道中流动的疏浚淤泥或钻渣，自然而然地产生离心作用，水透过土工布被甩出至外管道并排出；而内管道中脱水淤泥则在传送带作用下排出。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，包括：抽水泵、泥水分离管道、传送带、集水池；
9.泥水分离管道的两端具有高差，泥水分离管道包括内层螺旋管道和外部直管，内层螺旋管道设于外部直管内，两层管道套叠且轴线重合；内层螺旋管道的管壁上设有开孔，
管壁外裹有一层透水土工布；抽水泵通过管道与内层螺旋管道高处的一端连接；内层螺旋管道内壁底部设置传送带；外部直管低处的一端开有排水孔洞，排水孔洞下方设置集水池。
10.进一步，本发明装置的设计构思还在于：
11.(1)管道两端高差
12.用于泥水分离的管道两端必须要有足够的高差h，使得疏浚淤泥获得足够动能，如此才能在内层螺旋管道中发生充分的泥水分离，从而使其含水率降到设计值。该高度落差取决于疏浚淤泥或钻渣泥浆等高含水率工程弃土的初始含水率。
13.在管线长度不变条件下，初始含水率越高，管道两端高度落差越大，对于高含水率疏浚淤泥，其初始含水率可达200％及以上，管道两端高差不小于12m；对于钻渣泥浆或盾构渣土，其初始含水率为80％及以上，管道两端高差不小于6m。针对不同初始含水率工程弃土，通过改变管道高差来达到预期的脱水效果，使工程弃土含水率降至1.5倍液限(约45％)及以下。
14.(2)管道结构设计
15.泥水分离管道为两层管道套叠结构，外层管道为波纹管直管，内层管道为类似手拉伸长弹簧的波纹管螺旋管，内、外层管道的轴线重合，均为pvc材质。
16.外部直管直径d为320～480mm，壁厚为4mm。内部螺旋管直径为外管直径的0.50d，而螺旋的直径为外管的0.75d。外层pvc管道的直线长度为3～4h。
17.为了满足泥水分离要求，螺旋管道为有孔pvc波纹管道，孔径d＝1～5mm。为了避免淤泥颗粒透过管壁，在螺旋管外壁铺设一层透水土工布。
18.在疏浚淤泥向下运动过程中，其含水率越来越小，淤泥将附着于螺旋管道内壁。为了将淤泥排出，在内层管道内壁底部设置传送带，该传送带与管道外的传送带形成闭环，在动力装置带动下循环运转。
19.螺旋管道的曲率半径较大则有利于装备传送带，相反，则有利于产生更大离心力进行泥水分离。二者均衡考虑，螺旋管道的曲率半径设为4.0～5.0d。
20.内层管道的支撑：在外层管道内壁，在轴线方向每隔0.50m沿径向设置一道直径5mm的钢条支撑，该支撑与外管内壁通过螺栓连接，与螺旋管道通过圆环形箍卡固。
21.(3)管外附属装置
22.抽水泵：不同初始含水率的疏浚淤泥或工程弃土，其管道高差也会不同，且不小于12m。在考虑到其中的压水扬程和损耗扬程，选取cdlf2-3立式不锈钢轻型多级泵，其最大扬程为22m，满足泵送需求。
23.集水池：在外侧直管较低侧的下端开一个直径为250mm排水孔洞，便于让外部直管收集到的水流出，并且在下方设置集水池装置，收集排出的水。
24.支撑架：支撑架的钢材选用48mm
×
3.5mm的焊接钢管，钢材强度等级采用q235-a。钢管之间的连接方式采用螺栓连接。对高含水率疏浚淤泥脱水处理时，采用的支撑架高度不小于13m；对高含水率工程弃土脱水处理时，采用的支撑架高度不小于7m。
25.整个装置可用专门设计的载运车辆装载至施工现场。
26.一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的方法，所述方法为：
27.在高含水率工程弃土中插入管道，通过抽水泵将其泵送到内层螺旋管道高处的一端，高含水率工程弃土获得的势能让其自上而下地通过内层螺旋管道，自然而然地产生离
心力，实现泥水分离；
28.高含水率工程弃土例如：疏浚淤泥、钻渣泥浆、盾构渣土等。
29.本发明的基本原理包括：
30.根据疏浚淤泥的初始含水率大小，确定管道的高度落差，在疏浚淤泥中插入pvc管道，通过抽水泵将其泵送到高处，使疏浚淤泥获得一定的势能。获得的势能让疏浚淤泥自上而下地通过螺旋管道，自然而然地产生离心力，使得泥水分离。甩出来的水会透过土工布，从螺旋管道的孔道中流出，流入到外部直管中，自上而下地从孔洞中流入到集水池中。疏浚淤泥则会在传送带的运转下，继续在管道内流动，从而排出到管道之外。概括而言，本发明的基本原理是基于疏浚淤泥自上而下地通过螺旋管道产生离心力的方法从而达到疏浚淤泥快速泥水分离的目的。
31.本发明的有益效果包括：
32.快速有效。较之机械脱水法，本发明在疏浚淤泥脱水中可降到更低的含水率，可快速有效地完成疏浚淤泥泥水分离的过程，从而在更短工期内达到固化的目的。
33.经济环保。本发明减少了能源的消耗，较之机械脱水法更为环保；本发明减少了人工操作的环节，可持续进行，较之机械脱水法更为经济。
34.循环利用。较之机械脱水法，本发明将排出的水进行收集，使水资源可持续利用，减少水资源的浪费。
附图说明
35.图1是本发明“整体构造剖面图”，其中，(1)-疏浚淤泥、(2)-抽水泵、(3)-内层螺旋管道、(4)-外部直管、(5)-支撑条、(6)-集水池、(7)-传送带。
36.图2是本发明“1-1剖面图”，其中，(4)-外部直管、(3)-内层螺旋管道、(8)-支撑条。
37.图3是本发明“内层螺旋管道立体图”。
38.图4是本发明“内层螺旋管道局部立体图”，其中，(9)-土工布、(10)-排水孔、(3)-内层螺旋管道、(7)-传送带。
具体实施方式
39.下面结合附图通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
40.如图1所示，一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，包括：抽水泵2、泥水分离管道、传送带7、集水池6；
41.其中，泥水分离管道包括内层螺旋管道3和外部直管4，内层螺旋管道3设于外部直管4内，两层管道套叠且轴线重合，泥水分离管道的两端具有高差；内层螺旋管道3的管壁上设有开孔10，管壁外裹有一层透水土工布9；抽水泵2通过管道与内层螺旋管道3高处的一端连接；内层螺旋管道3内壁底部设置传送带7；外部直管4低处的一端开有排水孔洞，排水孔洞下方设置集水池6。
42.一种双层内置螺旋管道快速泥水分离方法的具体实施方式如下：
43.实施例1高含水率疏浚淤泥脱水处理
44.某沿海城市的水底有大量疏浚淤泥存在，对水体的生态环境造成了影响，需对该
处的疏浚淤泥进行清淤脱水处理。对此，在淤泥周边区域进行整平形成作业场地，随后在上部铺设砂垫层。
45.由于疏浚淤泥的初始含水率较高，选用15m高的支撑架。选用直径为450mm，直线长度为45m的pvc管道，作为外部直管。将外部直管的一端放在支撑架上，并用螺栓固定。同时在外部直管的较低端开一个直径为250mm的孔洞，在孔洞下方放置集水池，收集排出的水。
46.选用直径为225mm，曲率半径为1800mm的有孔pvc管道作为螺旋管道，管道上的小孔孔径为5mm。同时在螺旋管道的外壁处裹上一层透水土工布。为了保证疏浚淤泥的流动性，在螺旋管道内壁的底部布置传送带，与管道外的传送带形成闭环。再将其放入外部直管内。同时，在外部直管的内壁，沿其轴线方向每隔0.5m沿径向布置一道支撑条。该支撑与外管内壁通过螺栓连接，与螺旋管道通过圆环形箍卡固定。
47.在疏浚淤泥处插入管道，与高处的螺旋管道相连。抽水泵将其泵送至高处的螺旋管道内，同时启动螺旋管道内部的动力装置。最后可在管道外的传送带处收集到脱水后的疏浚淤泥。按照以上步骤对该区域的疏浚淤泥进行脱水处理。
48.对全部的疏浚淤泥脱水完成后，对砂垫层进行整平，完成疏浚淤泥脱水处理的最后工序。
49.实施例2钻孔灌注桩钻渣泥浆脱水处理
50.某工地钻孔灌注桩过程中，存在着大量的钻渣泥浆，对周边的生态环境造成了影响，需对该处的钻渣泥浆脱水处理。对此，在周边区域进行整平形成作业场地，随后在上部铺设砂垫层。
51.由于钻渣泥浆的初始含水率较低，选用8m高的支撑架。选用直径为400mm，直线长度为30m的pvc管道，作为外部直管。将外部直管的一端放在支撑架上，并用螺栓固定。同时在外部直管的较低端开一个直径为250mm的孔洞，在孔洞下方放置集水池，收集排出的水。
52.选用直径为200mm，曲率半径为1600mm的有孔pvc管道作为螺旋管道，管道上的小孔孔径为5mm。同时在螺旋管道的外壁处裹上一层透水土工布。为了保证钻渣泥浆的流动性，在螺旋管道内壁的底部布置传送带，与管道外的传送带形成闭环。再将其放入外部直管内。同时，在外部直管的内壁，沿其轴线方向每隔0.5m沿径向布置一道支撑条。该支撑与外管内壁通过螺栓连接，与螺旋管道通过圆环形箍卡固定。
53.在钻渣泥浆处插入管道，与高处的螺旋管道相连。抽水泵将其泵送至高处的螺旋管道内，同时启动螺旋管道内部的动力装置。最后可在管道外的传送带处收集到脱水后的钻渣泥浆。按照以上步骤对该区域的钻渣泥浆进行脱水处理。
54.对全部的钻渣泥浆脱水完成后，对砂垫层进行整平，完成钻渣泥浆脱水处理的最后工序。

技术特征：
1.一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，其特征在于，该装置包括：抽水泵、泥水分离管道、传送带、集水池；泥水分离管道的两端具有高差，泥水分离管道包括内层螺旋管道和外部直管，内层螺旋管道设于外部直管内，两层管道套叠且轴线重合；内层螺旋管道的管壁上设有开孔，管壁外裹有一层透水土工布；抽水泵通过管道与内层螺旋管道高处的一端连接；内层螺旋管道内壁底部设置传送带；外部直管低处的一端开有排水孔洞，排水孔洞下方设置集水池。2.如权利要求1所述的双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，其特征在于，泥水分离管道的两端高差h为6～15m，外部直管的直线长度为3～4h。3.如权利要求1所述的双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，其特征在于，外部直管的直径d为320～480mm，壁厚为4mm；内部螺旋管道的直径为0.50d，螺旋的直径为0.75d；内部螺旋管道的曲率半径设为4.0～5.0d。4.如权利要求1所述的双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，其特征在于，内层螺旋管道的管壁上开孔的孔径d＝1～5mm。5.如权利要求1所述的双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置，其特征在于，在外部直管内壁，在轴线方向每隔0.50m沿径向设置一道直径5mm的钢条支撑，该支撑与外部直管内壁通过螺栓连接，与内层螺旋管道通过圆环形箍卡固。6.一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的方法，其特征在于，所述方法为：在高含水率工程弃土中插入管道，通过抽水泵将其泵送到内层螺旋管道高处的一端，高含水率工程弃土获得的势能让其自上而下地通过内层螺旋管道，自然而然地产生离心力，实现泥水分离。7.如权利要求6所述的双层内置螺旋管道快速泥水分离的方法，其特征在于，高含水率工程弃土为：疏浚淤泥、钻渣泥浆或盾构渣土。8.如权利要求6所述的双层内置螺旋管道快速泥水分离的方法，其特征在于，对于初始含水率达200％及以上的疏浚淤泥，泥水分离管道两端高差不小于12m；对于初始含水率为80％及以上的钻渣泥浆或盾构渣土，泥水分离管道两端高差不小于6m。

技术总结
本发明公开了一种双层内置螺旋管道快速泥水分离的装置与方法，本发明是基于高含水率工程弃土自上而下地通过螺旋管道产生离心力的方法从而达到快速泥水分离的目的；本发明可以有效地解决高含水率疏浚淤泥或钻渣泥浆、盾构渣土等快速泥水分离问题，为脱水后土的资源化利用提供技术支持。化利用提供技术支持。


技术研发人员：刘萌成 吴荣辉
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/4