多功能复合式真空预压污泥脱水减量施工技术研究及应用

周庆

（中铁大桥局集团有限公司东北分公司，辽宁沈阳 110000）

1 引言

随着各国对污水治理的日益重视和城市污水处理厂不断新建，污泥的产量不断地增长，污泥的快速有效处理已经刻不容缓。污泥中含有大量病原体和微生物等有害生物，具有含水率高、重金属及有机物含量高等特点，若在排放前不经处理，则会对环境造成二次污染［1］。

中铁大桥局集团有限公司东北分公司在总结前人在污泥治理领域的研究成果和存在问题的基础上，应用生物、化学科学原理以及系统工程的理论与方法，将理论与实际相结合，采用多功能复合式真空预压技术，对沈阳市祝家污泥储存场污泥进行治理，该施工方法的确定可为日后类似工程提供相关数据及经验。

2 工程概况

祝家污泥储存场位于沈阳市浑南区祝家镇裴家堡村辖区西部一天然山谷中。祝家污泥储存场的污泥来源于沈阳市各市政污水处理厂。

对污泥处置前需进行脱水处理，目的是除去污泥中大量的水分，从而缩小其体积，减轻其质量，以利于污泥的运输和进一步处理。本项目4＃，5＃污泥坑采用多功能复合式真空预压技术进行脱水处理，其处理量大、处理周期短等特点符合本项目工期紧迫的要求。

3 施工方案

本次采用直排式防淤堵真空预压法进行处理。真空预压施工前应先抽取表层水体，污泥表面进行适当晾晒后，先铺设编织布及土工格栅，以增强污泥表面强度，满足人工插塑料排水板要求，然后进行人工插板，并完成水平排水管网的埋设工作，其上再铺设一层无纺土工布，之后铺设双层密封膜，挖设密封沟，进行压膜密封，最后进行真空预压抽水及覆水围堰施工工作。

4 施工工艺

施工工艺流程为铺设编织布及土工格栅—添加DF 药剂、铺设防淤堵管及人工插塑料排水板—铺设排水管网—铺设无纺土工布—铺设密封膜—挖密封沟—修筑覆水围堰—安装真空泵—真空预压抽气—抽真空排水。

4.1 铺设编织布及土工格栅

编织布采用人工摊铺，先铺设泡沫板，施工人员站在泡沫板上，按每人3～5 m 的间距将卷好的编织布以长竹竿推动，将编织布展开铺设，验收合格后进行下道工序施工。

土工格栅亦采用人工铺设，铺设前先在铺设区进行放线。土工格栅搭接不小于20 cm，采用尼龙丝绑扎。验收合格后进行下道工序施工。

4.2 添加DF 药剂

本次工程采用日本专利技术的污泥改良剂DF药剂对污泥进行调理。DF 药剂的主要成分为H2O2和FeSO4，通过现场试验确定，掺配比例为7 ∶3，添加量为污泥量的2%。

本次DF 药剂孔位行距为1 400 mm，列距为1 400 mm，正方形布置于人工插板孔位中心。DF 药剂处理深度同塑料排水板深度，为6.5 m。施工方法为采用轻型履带式成孔机埋设套管，推荐使用内管径为75 mm 的螺纹套管，分节压入污泥中，然后采用孔压机利用高压注浆技术将DF 药剂高压鼓入孔内，使DF 药剂与污泥充分反应。灌填完毕后拔除套管，进行下一孔位施工。接近地表时，可根据实际情况减小注浆压力。

4.3 塑料排水板施工

本项目采用防淤堵型整体板，施工方法为人工插板，塑料排水板通过手型接头与排水管网连接。设计参数如下：排水板间距为0.7 m，正方形布置，根据勘察报告，排水板长度5.0～7.2 m，底标高进入下层粉质黏土中，以不出现回带现象为准，排水板顶露出砂垫层顶面≥500 mm，以方便通过手型接头与排水管网连接。排水板施工完毕后，应将排水板端头周围带出的淤泥清除。

塑料排水板采用人工插板工具进行施工，人工插板工具包括杆柄、菱形钢刀、U 字叉。将排水板端头放置于U 字叉和菱形钢刀之间，然后迅速下插，插到指定深度后回拔杆柄即可，杆柄长度根据所需插设深度确定。该插板工具具有施工简单方便、效率高、塑料排水板不回带等特点。施工安全快速，可确保在浮泥中挂住排水带，避免出现回带现象而影响工程质量。浅层人工插板施工时，宜从场地中央向四周插设，必须避免对已插设区域产生的人为扰动，降低冒浆程度。此外，由于本项目污泥状态较差，对于污泥厚度≥6 m 的区域，应加密排水板间距，在原有排水板中间设置短板，短板长度不宜小于3 m。

4.4 铺设防淤堵管与排水管网

本次为减少污泥对排水系统的淤堵效应，特设置防淤堵管。竖向管体采用φ50 钢丝增强软管，管体按8 cm 间距螺旋打5 mm 孔径孔洞，孔洞外包裹土工布滤网，间距1.4 m，正方形布置于人工插板中心，深度同排水板深度，采用套管法或水冲法埋入。顶部与水平压力管连接，外接空压机，以提供高压空气输出。水平压力管采用φ10 压力管，间距2.8 m，每排压力管连接2 排防淤堵管。

本工程排水管网采用φ50 钢丝增强软管，管体不打滤眼，布管间距1.4 m，通过手型接头与临近的双排塑料排水板连接。

4.5 铺设无纺土工布

土工布待排水板、DF 剂、防淤堵管及水平排水管网施工完毕后铺设，主要起到保护其上层密封膜作用。土工膜铺设应保持一定褶皱，一般土工布面积为铺设面积的115%。要求土工布连接强度不低于其本体强度。为确保铺设的有效性，铺设土工布时要有受力点，在各区铺设的土工布都要到达回填区的边上并用沙袋或木桩固定，避免施工期间下沉，造成淤泥拱起现象而影响正常施工作业。土工布的拼接采用手提工业缝纫机缝合，采用包缝或丁缝，缝合处或接头处需要缝3 道（先缝1 道，折叠后再缝2 道）以保证缝合的牢固，搭接宽度≥500 mm。在现场临时用地上将土工布缝接成满足需要大小的大幅土工布，按选定方向依次平铺，铺设完毕后通知现场监理工程师进行验收，验收合格后方可进行下一道工序施工。

4.6 铺设密封膜

密封膜采用2 层聚氯乙烯真空密封膜，根据各预压区实际长度每边各增加5.0 m 订购密封膜，密封膜在工厂热合一次成型。铺设好第一层后在膜上仔细检查有无可见破裂口，破裂处用聚氯乙烯胶水补好。检查无缺陷后方可进行下一层密封膜铺设。所有上膜操作人员必须光脚或穿软底鞋，以防刺破密封膜。

4.7 密封沟施工及修筑覆水围堰

密封沟采用PC60 小型挖掘机或人工开挖，土体软弱处也可采用人工开挖进行辅助，以保证施工机械安全。为保证后期密封系统满足渗流的要求及避免浮泥表层受太阳照晒产生龟裂缝影响施工，密封沟的开挖横截面应为1 m × 1 m。密封沟即挖即填，密封膜应紧随密封沟开挖分层埋入，埋入深度≥800 mm。如果机械无法进行开挖施工，可采用人工踩膜辅助密封。

后期真空预压施工过程中，密封沟内应保持一定水位，并使密封沟侧壁处于湿润状态。为了增强密封性及防止密封膜老化，在抽真空达到稳定满载后，在加固区域四周密封墙及膜面上进行覆水防护，填筑一圈包围加固场地的覆水围堰，围堰截面为底宽1.0 m、顶宽0.5 m、高0.5 m 的等腰梯形。将射流真空泵抽出的水打入围堰，覆水厚度20 cm。围堰采用挖掘机或袋装砂土在密封墙内侧修筑，后用真空密封膜将拟处理区域及覆水围堰整体覆盖，以防水的渗透、外溢。本次围堰长度为842 m。

如果现场条件具备，可以选择加高覆水围堰，在围堰安全稳定的情况下，抬高围堰内水位，以提高对土体的压力，缩短真空预压固结时间。

4.8 安装真空泵

在密封系统完成施工后，即可进行真空泵等布置并进行试抽真空。试抽真空时间为3～6 d，稳定后膜上覆水。本次真空射流泵分3 批开启。

本次选用的真空装置为真空射流泵系统，功率为7.5 kW，空抽时真空压力不小于95 kPa，能满足真空预压的要求。按照1 000 m2设置1 套真空泵，同时准备至少6 套备用真空泵，一旦出现地质条件突变等不利状况时，可确保抽真空效果。安装时将真空泵水平放置在加固区上面，真空泵进水口和出膜口保持同一平面，以保证真空泵能发挥到最大功效。真空泵与排水管网连接的管路中设置止回阀和截门。

抽真空过程中，若出水量减少，可开启防淤堵系统进行增压3～5 d，与抽真空系统同时作用，以增加排水能力。

4.9 真空预压抽气

安装好真空泵系统（将水泵、水箱、闸阀、止水阀、出膜口连接好）后，将电工房配电箱—真空泵处漏电开关盒—真空泵的电路接通后，空载调试真空射流泵，当真空射流泵上真空度达到95 kPa 以上时，试抽真空。

抽真空前几天安排经验丰富的人员在膜面上、压膜沟处仔细检查有无漏气处，发现后及时修补。一般在抽气时，漏气孔眼会发出鸣叫声，寻声彻底检查。如漏气孔眼得不到及时补救，蓄水后真空度很难达到85 kPa，而且需放水检查，难度很大。逐台检查真空泵系统连接处，要保证在关闭闸门的情况下，泵上真空度能达到95 kPa，以确保真空泵系统发挥最佳功效。

4.10 抽真空排水

在真空预压阶段，为防止真空预压对加固区周围土体造成瞬间破坏，必须严格控制抽真空速率，真空泵开启速度按1/3 逐步增加，见图1。

图1 抽真空排水

真空预压过程中，当真空度达到70 kPa 以上，经检查无漏气现象后，开始膜面蓄水，见图2。

图2 膜面蓄水

5 结语

多功能复合式真空预压法在祝家污泥堆存场4＃，5＃坑污泥脱水处理中已经得到应用，在保证满足脱水后污泥符合后期处置要求的前提下，有效地缩短了施工工期和节约了工程成本，极大地提高了施工作业效率，进而确保总体工期目标的实现。

从国内目前的污泥脱水处置来看，多功能复合式真空预压法具有处置量大、工期短等优势，将会在未来城市污泥脱水技术中得到广泛的应用，本课题的研究成果可以为同类工程提供参考。