CN103708703A - 一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统与工艺，其中建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统包括重力式脱水腔，重力式脱水腔包括泥浆进口、旋转压杆、止回阀、上盖板、真空抽滤机、导水板、滤布、脱水腔外壁、引流管、搅拌棒、集水盘、排水口、反冲洗干燥装置、刮泥板和排泥口，泥浆进口穿过上盖板，且安装有所述止回阀；上盖板与旋转压杆连接，而且通过旋转压杆带动上盖板上下移动；上盖板下端安装所述搅拌棒；在重力式脱水腔下端为排泥口，在排泥口上端设置所述的刮泥板。该泥浆处理系统不仅具备集成程度高、质量轻、可移动性强，而且处理效率高、效果好、成本低，适合各类建筑工程泥浆、市政污泥以及河道疏浚淤泥的现场快速处理。

Description

一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统与工艺

技术领域

本发明涉及一种基于重力作用的泥浆快速脱水及资源化系统及工艺，特别涉及建筑泥浆的快速脱水、减量化和资源化工艺与技术，属于建筑工程、市政工程、环境工程及机械工程技术领域。

背景技术

 目前城市内的泥浆主要来源于建筑工程泥浆、市政污泥以及河道淤泥，随着城市化进程的不断加快，高层、超高层建筑、地铁、高速道路、大型桥梁等各类工程的建设越来越多，泥浆的产生量也越来越大。每立方的天然土，可以产生3-4立方泥浆，随着桩长度的增加，大量泥土变成泥浆排到施工场所需要外运。因此，每项基础工程通常产生几千甚至几十万方泥浆需要外运。由于泥浆含水率很高，直接将泥浆外运时实际运输的大部分为水，运输效率低，大幅增加了城市交通负担和造成能源浪费。如果处理不当，不仅造成资源的浪费，而且还造成严重的环境问题。为降低运输成本，部分不法企业甚至将泥浆偷排入城市下水道等市政管网，造成城市下水道等城市管网的淤积和堵塞。因此，泥浆的无害化、减量化成为了亟待解决的问题。

    城市建筑泥浆的产生主要有以下几个特点：1）来源广泛，在高层建筑、地铁、高速道路、桥梁工程桩基施工、非开挖管道施工以及其他重型构筑物的基础施工等作业中均有产生；2）短时间内自由沉淀困难，泥浆的颗粒细小、级配差，形成的胶体的稳定性较好，难以自然沉淀分离。

    目前泥浆的处理方式主要有以下几种：1）罐装车（泥浆车）外运，该方式是将现场产生的泥浆直接通过泥浆泵提升至泥浆车中，通过泥浆车将泥浆运送到城市郊外的空闲场地进行自然干化，但是该方式需要的运输费费、人工费、管理费等综合费用比较高，每立方米综合成本高，而且对消纳区域造成不同程度的环境影响； 2）现场沉淀干化，该方式需要在施工现场修建沉淀池，将产生的泥浆排入其中，进行自然沉淀和干化，有时也会加入一些絮凝剂进行絮凝处理后再进行沉淀和干燥，但该方式需要占用大面积土地，处理周期长，而且容易对施工现场造成不便；3）离心脱水，可以采用离心机对建筑泥浆进行脱水，但由于打桩施工时泥水反复搅动，泥水的结合力增强，尤其是淤泥质泥浆，靠离心力难以快速将泥水分离，同时离心脱水的能耗大且处理能力相对较低。

    泥浆的环境危害性：目前泥浆的外运直接排放占泥浆处理量的绝大部分，这种粗放型的处理方式易造成严重的环境污染和资源浪费现象。1）污染环境，建筑泥浆的乱排放污染水源，破坏自然植被，板结土壤，影响环境美观；2）破坏水质，偷排入江河的泥浆不仅使江河浑浊，破坏河道生态安全，危及城市生活用水安全，而且使河道淤塞，影响船舶航行；3）破坏市政设施，偷排入下水道等设施的泥浆极易造成市政管网的破坏，阻塞管道；4）加剧了水土流失。

    近年来，国内外对泥浆处理的研究主要集中在石油钻井领域以及对河湖淤泥、活性污泥资源化作了较多研究，并取得了一定的科研成果,而对建筑工程中产生的泥浆的研究较少，研发了固化处理技术、固液沉淀分离技术、泥浆再生处理技术、除砂技术、化学絮凝沉淀法技术等，但这些技术大部分都处于实验室阶段或者小试阶段，还不能进行大规模的工程应用。

    泥浆快速脱水技术作为一种新兴的泥浆处理技术，具有环保性好、速度快、效率高、处理效果明显、综合效益高的优点，越来越受到广大研究人员和企业的高度重视。

    发明内容

技术目的：本发明专利的目的是提供一种泥浆快速高效脱水处理系统，该系统可应用于建筑泥浆、市政污泥以及河道疏浚淤泥的快速处理中，且具有质量轻、体积小、移动性强、处理效果明显的优点，便于大规模工业化应用。

发明内容：

本发明的建筑泥浆快速脱水装置通过特殊的结构设计，实现了泥浆在重力作用下的快速深度脱水，其特征在于整个系统集成程度高，主要脱水过程在密闭的高效脱水腔中进行，因而环保性能高、脱水速度快且效果好，处理后的泥土可以直接进行改性和资源化利用。

一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统，其特征在于：包括重力式脱水腔（a），

所述重力式脱水腔，包括泥浆进口、旋转压杆、止回阀、上盖板、真空抽滤机、导水板、滤布、脱水腔外壁、引流管、搅拌棒、集水盘、排水口、反冲洗干燥装置、刮泥板和排泥口，泥浆进口穿过上盖板，且安装有所述止回阀；上盖板与旋转压杆连接，而且通过旋转压杆带动上盖板上下移动；上盖板下端安装所述搅拌棒；所述导水板设置在脱水腔外壁内侧，所述的滤布设置在导水板的内侧，所述的集水盘设置在导水板的内部，在集水盘上设置所述的引流管，所述集水盘和导水板连接至所述的排水口，所述的真空抽滤机连接在脱水腔外壁上并对所述重力式脱水腔抽真空，所述反冲洗干燥装置设置在重力式脱水腔下端外侧，在重力式脱水腔下端为排泥口，在排泥口上端设置所述的刮泥板。

还包括一资源化改性槽及一带滤传送机构，

所述的资源化改性槽包括槽体以及设置在槽体内的改性材料，在槽体的上还设置有改性材料进口以及污泥出口；

所述带滤传送机构包括压滤传送带、传送带调节器、分泥器以及排泥板，所述的分泥器设置在所述压滤传送带的上方，所述资源化改性槽的污泥也位于所述压滤传送带的上方。

脱水腔外壁由可拆分的多个部分组成。

重力式脱水腔上部截面大下部截面小。

重力式脱水腔的泥浆进口处设置有止回阀，泥浆只能从泥浆泵进入重力式高效脱水腔，而不能反向流动。

泥浆中的水通过重力式高效脱水腔侧壁处的导水板和中间的引流管进行脱水，排水通道与真空抽滤机相连，排水管道内能形成一定的负压状态。

重力式脱水腔上部设置有旋转压杆，可以通过旋转压杆和上盖板对重力式脱水腔进行加压，提高脱水效率。上盖板上安装有搅拌棒，搅拌棒可以沿着重力式脱水腔进行圆周运动。

重力式脱水腔内的所有引流管安装在脱水腔内的圆形集水盘上，集中排水。

重力式脱水腔的下部排泥口的开口大小可以进行调节。

泥土资源化改性槽的入口与重力式脱水腔的排泥口相连。

带滤传送机构的入口与泥土资源化改性槽的出口相连，可以通过传送带调节器调节滤带的压力。

重力式脱水腔中带有反冲洗干燥装置，可以对重力式脱水腔体内的滤布进行快速的反冲洗和干燥处理。

本发明泥浆快速高效脱水处理系统包括三个主要部分，重力式脱水腔、泥土资源化改性槽和带滤传送机构。其中，重力式脱水腔是整个系统的核心和基础部分。根据泥浆的性质和处理要求，重力式脱水腔可以单独工作，也可以和其他两个部分中一个或两个组合工作。而泥土资源化槽和带滤传送机构是泥浆快速高效脱水处理系统的附属部分，根据需要与重力式脱水腔配合使用，二者在工艺过程中的工序也可以根据需求进行更换。

1、泥浆快速深度脱水及资源化系统

1）重力式脱水腔

重力式脱水腔包括泥浆进口、旋转压杆、止回阀、上盖板、真空抽滤机、导水板、滤布、脱水腔外壁、引流管、搅拌棒、集水盘、排水口、反冲洗干燥装置、刮泥板和排泥口组成。泥浆进口穿过上盖板，且安装有止回阀，泥浆只能从泥浆泵泵送至重力式脱水腔，而不能逆向流动；上盖板与旋转压杆连接，而且通过旋转压杆带动上盖板上下移动，从而给重力式脱水腔施加压力；上盖板同时安装有搅拌棒，搅拌棒可以沿着脱水腔体做圆周运动，对腔体内的泥浆进行搅动，以提高脱水效率。重力式脱水腔体外壁由两个部分或多个部分组成，各部分可以通过螺栓、卡扣等进行快速简便的组装和打开或拆分，当需要对腔体内的引流管、导水板以及滤布进行检查、清洗或更换时，直接打开重力式脱水腔体的外侧便可进行操作。

腔体的排水部分主要由真空抽滤机、导水板、滤布、引流管、集水盘和排水口组成。脱水腔内的排水主要分为两个系统，一个是沿着脱水腔的内壁和导水板排出，另一个是通过引流管和集水盘汇集后排出。导水板由一定厚度的多孔板制成，安装于重力式脱水腔外壁内侧，在导水板的内侧贴高性能的滤布，泥浆的水可以通过滤布进入导水板，然后沿着重力式脱水腔的外壁排出。引流管为多孔状一端开口管子，外面套一层滤袋，引流管的下端有螺纹，并通过螺纹安装于集水盘上；泥浆中的水通过导流管上的滤布进入导流管，然后汇集于集水盘，并通过排水口排出重力式脱水腔。同时，为了增加排水的动力，在排水系统上安装了真空抽滤机，以使排水系统内形成负压从而提高排水的动力。

重力式脱水腔的截面上大下小，由于大部分的水通过上述两套排水系统排出了腔体，所以排出的物质的量要小于进入的量，另外做成下小上大有利于进一步提高泥浆排口部分的压力，降低处理后泥土的含水率。为防止泥土粘贴在重力式脱水腔的锥形部分，在该部分安装了刮泥板。此外，重力式脱水腔下部排泥口的尺寸大小可以通过调节器进行调节。

该重力式脱水腔的另一特征是带有反冲洗及干燥装置，当系统运行一段时间后对系统进行反冲洗，可以采用高压水进行反冲洗也可以采用高压空气进行反冲洗，并能对其进行干燥处理。

2）泥土资源化改性槽

根据需要，在泥土资源化改性槽对脱水后的泥土进行资源化改性。泥土资源化改性槽的入口与重力式脱水腔的泥土出口连接，通过改性材料入口添加改性材料，并在改性槽内进行均匀搅拌和改性。

3）泥土资源化改性槽的出口直接与带滤传送机构的入口连接，通过传送带调节器调节带滤的压力，对改性后的泥土进一步压滤深度脱水，并使之初步成型后传送到储存场所。因而，带滤传送带有两个主要功能，一是通过带滤进一步深度脱水，二是将脱水和资源化处理后的泥土传送至存储地点。

2、泥浆快速深度脱水及资源化工艺

建筑泥浆的快速脱水及资源化处理工艺主要包括以下几个步骤，其中泥浆的调质和脱水是整个工艺过程的关键部分。

1）通过泥浆泵将泥浆泵送入泥浆调质池并进行调质，目的使泥浆尽量处于均质和稳定化状态，同时加入适量的无机或有机絮凝剂提高絮凝和脱水速度，如聚铝、聚硅铁等；

2）根据泥土处理后的含水率要求，调整重力式脱水腔排泥口的尺寸，排泥口的尺寸大小与处理后泥土的含水率大小有直接关系，尺寸越大脱水腔内的压力越小，则排出的泥土的含水率越高，反之则排出的泥土含水率低；

3）通过泥浆泵将调质后的泥浆泵送至重力式脱水腔体，并通过止回阀控制泥浆只能单方向流动；

4）泥浆被泵送至重力式脱水腔后启动真空抽滤机和搅拌棒，使腔体的排水管道内形成一定的负压，根据需要调节旋转压杆调节腔内的压力；

5）根据资源化用途和性能需求，在泥土资源化改性槽内加入适当的改性材料，对泥土进行改性处理，如生石灰、石膏、水泥或粉煤灰等材料提高其脱水后的力学性能，加入发泡材料等生产多孔建筑构件，或者加入腐殖材料、保水剂等生产园林绿化用土；

6）当重力式脱水腔的泥水分离速度降低到一定程度后，调整泥浆流向阀，将泥浆泵送向另一重力式脱水腔，对该腔进行反冲洗和干燥处理；

7）调节带滤传送机构的传送带调节器，施加适当的压力，对处理后的泥土进一步深度处理并进行传输。

有益效果：

系统采用物理过滤与化学絮凝脱水相结合的连续作业方式，建筑泥浆的稳定化和减量化得到了充分的实现，将泥浆的含水率从80-90%降低到50%以下，由流动状态变成固态，充分实现泥浆处理的稳定化和减量化，大幅降低了处理成本。

集成化程度高。该系统将物理过滤、化学絮凝以及机械脱水的方式有机的结合起来，将各种处理工艺设备集成在为一个完整的脱水系统，针对不同的泥浆特性和处理需求方便进行模块化组合，很好的实现了泥浆处理的一体化控制和管理。

质量轻、体积小、移动性强。系统将各级脱水设备集成基础，处理工序衔接流畅合理，每个设备的体积小，并且各个脱水设备和工艺设施均采用质量轻、耐久性好的高性能轻质材料制成，大大减小了系统的总体积和总质量，减少了占地面积，且移动性显著增强，为泥浆的现场处理提供了保证。

节能、环保及减排。系统充分借助了泥浆的重力进行脱水，不需要过多的能源消耗，降低了二氧化碳的排放，具有显著的节能特征；主要脱水工序在相对封闭的空间内进行，有效降低了泥浆对环境的污染，同时进行资源化处理可以变废为宝，实现了资源和经济的再生循环；由于将泥浆进行高效脱水和资源化利用，实现了泥浆“废弃物”的“零”甚至“负”排放。

附图说明:

图1建筑泥浆快速深度脱水系统及资源化系统图。

图2引流管结构示意图。

图3集水盘及其与引流管连接图。

图4 泥浆高效脱水及资源化工艺流程图。

图例说明：

a 重力式脱水腔；b 泥土资源化改性槽；c 带滤传送机构；d 泥浆调质池。

1 泥浆进口；2 旋转压杆；3 止回阀；4 上盖板；5 真空抽滤机；6 导水板；7 滤布；8 脱水腔外壁；9 引流管；10 搅拌棒； 11 集水盘； 12 排水口； 13 反冲洗干燥； 14 刮泥板；15 排泥口；16 改性材料入口；17 泥土资源化改性槽；18 传送带调节器；19 分泥器；20 压滤传送带；21 排泥板； 22 滤袋固定螺栓；23 连接螺纹； 24 连接螺纹；25 螺帽；26 泥浆；27 泥浆泵；28 泥浆泵；29方向阀。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明专利具体实施进行说明：

图1是建筑泥浆重力式脱水及资源化系统的示意图，整个系统由重力式脱水腔a、泥土资源化改性槽b和带滤传送机构c组成。通过特殊的结构设计，在重力式脱水腔内实现在重力作用下的快速深度脱水，其特征在于整个系统集成程度高，主要脱水过程在密闭的高效脱水腔中进行，因而环保性能高、脱水速度快且效果好，处理后的泥土可以直接进行改性和资源化利用。

重力式脱水腔是整个系统的核心和基础部分，其可以单独工作，也可以和泥土资源化改性槽b与带滤传送机构c中的一个或两个组合工作。

重力式脱水腔包括泥浆进口1、旋转压杆2、止回阀3、上盖板4、真空抽滤机5、导水板6、滤布7、脱水腔外壁8、引流管9、搅拌棒10、集水盘11、排水口12、反冲洗干燥13、刮泥板14和排泥口15组成。泥浆进口安装在上盖板4，为了防止泥浆从重力式脱水腔a回流，安装了止回阀3，只允许泥浆从泥浆泵向脱水腔单向流动，而不能逆向流动；上盖板4与旋转压杆2连接，通过旋转压杆2带动上盖板4上下移动，从而给重力式脱水腔施加压力，进一步提高脱水效果；为防止泥浆粘贴在重力式脱水腔腔壁上，在上盖板安装有搅拌棒10，搅拌棒可以沿着脱水腔体做圆周运动，对腔体内的泥浆进行搅动；重力式脱水腔外壁8主要起支撑作用，形成内部空腔，由两个部分或多个部分组成，各部分可以通过螺栓、卡扣等进行快速组装和拆卸，当需要对腔体内的导水板6、滤布7以及引流管9进行检查、清洗或更换时，直接打开重力式脱水腔体的外侧8进行操作。

导水板6是一种多孔状圆弧形板，镶嵌于脱水腔外壁内侧，可以用多孔金属板也可以用多孔聚丙烯等塑料板，孔隙具有联通性能，可以允许水从泥浆内通过导水板排出。滤布7可以采用亲水性较好的无纺布

引流管9的结构如图2所示，由一端开口的管子，管子上面有多个联通的孔隙，滤带通过滤袋固定螺栓22安装在引流管9上，泥浆里的水可以通过引流管9的外面的滤布进入引流管，最终汇集于集水盘11，经排水口12排出重力式脱水腔a。

集水盘11如图3所示，集水盘是环状形空心管，其管径大小可以根据排流量的大小而定，引流管9通过连接螺纹23与集水盘11连接。集水盘通过；23 连接螺纹；集水盘通过连接螺纹24和螺帽25与重力式脱水腔a连接。

真空抽滤机5与集水盘11及导水板6相连接，真空抽滤机启动后可以使集水盘及滤布-导水板-脱水腔壁空间形成一定的负压，负压的大小可以通过真空抽滤机的功率大小进行调节。

重力式脱水腔共设有两套排水系统，一套是专门排通过导水板排出的水，另一套是专门排通过导流管-集水盘排出的水，最终两套排水系统的水汇集后统一排出脱水腔。

脱水腔的排泥口15尺寸可以进行调节，安装有口径自动调整机构，通过调节排泥口尺寸的大小来调节腔内的压力大小和排出泥土的含水率大小。

重力式脱水腔的截面上大下小，由于大部分的水通过上述两套排水系统排出了腔体，所以排出的泥土的量要远小于进入的量，另外做成下小上大有利于进一步提高排口部分的压力，降低处理后泥土的含水率。为防止泥土粘贴在重力式脱水腔的锥形部分，在该部分安装了刮泥板。此外，重力式脱水腔下部排泥口的尺寸大小可以通过调节器进行调节。

该重力式脱水腔的另一特征是带有反冲洗及干燥装置13，当系统运行一段时间后可以对系统进行自动反冲洗，可以采用高压水进行反冲洗也可以采用高压空气进行反冲洗，并能对其进行干燥处理。

2泥土资源化改性槽

根据需要，在泥土资源化改性槽b对脱水后的泥土进行资源化改性。泥土资源化改性槽的入口与重力式脱水腔的泥土出口连接，通过改性材料入口添加改性材料，并在改性槽内进行均匀搅拌和改性。

3泥土资源化改性槽的出口直接与带滤传送机构c的入口连接，通过传送带调节器调节带滤的压力，对改性后的泥土进一步压滤深度脱水，并使之初步成型后传送到储存场所。因而，带滤传送带有两个主要功能，一是通过带滤进一步深度脱水，二是将脱水和资源化处理后的泥土传送至存储地点。

2、泥浆快速深度脱水及资源化工艺

建筑泥浆的快速脱水及资源化处理工艺路线如图4所示，主要包括以下几个步骤，其中泥浆的调质和脱水是整个工艺过程的关键部分。

8）通过泥浆泵26将泥浆26泵送入泥浆调质池d并进行调质，目的使泥浆26尽量处于均质和稳定化状态，同时加入适量的无机或有机絮凝剂提高絮凝和脱水速度，如聚铝、聚硅铁等；

9）根据泥土处理后的含水率要求，调整重力式脱水腔排泥口15的尺寸，排泥口的尺寸大小与处理后泥土的含水率大小有直接关系，尺寸越大脱水腔内的压力越小，则排出的泥土的含水率越高，反之则排出的泥土含水率低；

10）      通过泥浆泵28将调质后的泥浆泵送至重力式脱水腔体a，并通过止回阀3控制泥浆只能单方向流动；

11）      泥浆被泵送至重力式脱水腔a后启动真空抽滤机5和搅拌棒10，使腔体的排水管道内形成一定的负压，根据需要调节旋转压杆调节腔内的压力；

12）      根据资源化用途和性能需求，在泥土资源化改性槽内b加入适当的改性材料，对泥土进行改性处理，如生石灰、石膏、水泥或粉煤灰等材料提高其脱水后的力学性能，加入发泡材料等生产多孔建筑构件，或者加入腐殖材料、保水剂等生产园林绿化用土；

13）      当重力式脱水腔的泥水分离速度降低到一定程度后，调整泥浆流向阀29，将泥浆泵送向另一重力式脱水腔a’，对该腔进行反冲洗和干燥处理；

14）      调节带滤传送机构的传送带调节器，施加适当的压力，对处理后的泥土进一步深度处理并进行传输。

Claims (5)

1.一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统，其特征在于：包括重力式脱水腔（a），

所述重力式脱水腔，包括泥浆进口、旋转压杆、止回阀、上盖板、真空抽滤机、导水板、滤布、脱水腔外壁、引流管、搅拌棒、集水盘、排水口、反冲洗干燥装置、刮泥板和排泥口，泥浆进口穿过上盖板，且安装有所述止回阀；上盖板与旋转压杆连接，而且通过旋转压杆带动上盖板上下移动；上盖板下端安装所述搅拌棒；所述导水板设置在脱水腔外壁内侧，所述的滤布设置在导水板的内侧，所述的集水盘设置在导水板的内部，在集水盘上设置所述的引流管，所述集水盘和导水板连接至所述的排水口，所述的真空抽滤机连接在脱水腔外壁上并对所述重力式脱水腔抽真空，所述反冲洗干燥装置设置在重力式脱水腔下端外侧，在重力式脱水腔下端为排泥口，在排泥口上端设置所述的刮泥板。

2.根据权利要求1所述的建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统，其特征在于：还包括一资源化改性槽（b）及一带滤传送机构（c），

所述的资源化改性槽包括槽体以及设置在槽体内的改性材料，在槽体的上还设置有改性材料进口以及污泥出口；

所述带滤传送机构包括压滤传送带、传送带调节器、分泥器以及排泥板，所述的分泥器设置在所述压滤传送带的上方，所述资源化改性槽的污泥也位于所述压滤传送带的上方。

3.根据权利要求1或2所述的一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统，其特征在于：脱水腔外壁由可拆分的多个部分组成。

4.根据权利要求3所述的一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统，其特征在于：重力式脱水腔上部截面大下部截面小。

5.一种基于权利要求1所述的一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统的工艺，其特征在于，包括以下几个步骤：

对泥浆进行调质，并加入适量的无机或有机絮凝剂；

根据泥土处理后的含水率要求，调整重力式脱水腔排泥口的尺寸；

通过泥浆泵或渣浆泵将调质后的泥浆泵送至重力式脱水腔，并通过止回阀控制泥浆只能单方向流动；

泥浆被泵送至重力式脱水腔后启动真空抽滤机和搅拌棒，使腔体的排水管道内形成一定的负压，根据需要调节旋转压杆调节腔内的压力；

根据资源化用途和性能需求，在泥土资源化改性槽内加入改性材料，对泥土进行改性处理；

当重力式脱水腔的泥水分离速度降低到一定程度后，调整泥浆流向阀，将泥浆泵向另一重力式脱水腔，对该腔进行反冲洗和干燥处理；

调节带滤传送机构的传送带调节器，施加适当的压力，对处理后泥土进一步深度处理并进行传输。

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