多功能復合式真空預壓污泥脫水減量施工技術研究及應用

周慶

（中鐵大橋局集團有限公司東北分公司，遼寧沈陽 110000）

1 引言

隨著各國對污水治理的日益重視和城市污水處理廠不斷新建，污泥的產量不斷地增長，污泥的快速有效處理已經刻不容緩。污泥中含有大量病原體和微生物等有害生物，具有含水率高、重金屬及有機物含量高等特點，若在排放前不經處理，則會對環境造成二次污染［1］。

中鐵大橋局集團有限公司東北分公司在總結前人在污泥治理領域的研究成果和存在問題的基礎上，應用生物、化學科學原理以及系統工程的理論與方法，將理論與實際相結合，采用多功能復合式真空預壓技術，對沈陽市祝家污泥儲存場污泥進行治理，該施工方法的確定可為日后類似工程提供相關數據及經驗。

2 工程概況

祝家污泥儲存場位于沈陽市渾南區祝家鎮裴家堡村轄區西部一天然山谷中。祝家污泥儲存場的污泥來源于沈陽市各市政污水處理廠。

對污泥處置前需進行脫水處理，目的是除去污泥中大量的水分，從而縮小其體積，減輕其質量，以利于污泥的運輸和進一步處理。本項目4＃，5＃污泥坑采用多功能復合式真空預壓技術進行脫水處理，其處理量大、處理周期短等特點符合本項目工期緊迫的要求。

3 施工方案

本次采用直排式防淤堵真空預壓法進行處理。真空預壓施工前應先抽取表層水體，污泥表面進行適當晾曬后，先鋪設編織布及土工格柵，以增強污泥表面強度，滿足人工插塑料排水板要求，然后進行人工插板，并完成水平排水管網的埋設工作，其上再鋪設一層無紡土工布，之后鋪設雙層密封膜，挖設密封溝，進行壓膜密封，最后進行真空預壓抽水及覆水圍堰施工工作。

4 施工工藝

施工工藝流程為鋪設編織布及土工格柵—添加DF 藥劑、鋪設防淤堵管及人工插塑料排水板—鋪設排水管網—鋪設無紡土工布—鋪設密封膜—挖密封溝—修筑覆水圍堰—安裝真空泵—真空預壓抽氣—抽真空排水。

4.1 鋪設編織布及土工格柵

編織布采用人工攤鋪，先鋪設泡沫板，施工人員站在泡沫板上，按每人3～5 m 的間距將卷好的編織布以長竹竿推動，將編織布展開鋪設，驗收合格后進行下道工序施工。

土工格柵亦采用人工鋪設，鋪設前先在鋪設區進行放線。土工格柵搭接不小于20 cm，采用尼龍絲綁扎。驗收合格后進行下道工序施工。

4.2 添加DF 藥劑

本次工程采用日本專利技術的污泥改良劑DF藥劑對污泥進行調理。DF 藥劑的主要成分為H2O2和FeSO4，通過現場試驗確定，摻配比例為7 ∶3，添加量為污泥量的2%。

本次DF 藥劑孔位行距為1 400 mm，列距為1 400 mm，正方形布置于人工插板孔位中心。DF 藥劑處理深度同塑料排水板深度，為6.5 m。施工方法為采用輕型履帶式成孔機埋設套管，推薦使用內管徑為75 mm 的螺紋套管，分節壓入污泥中，然后采用孔壓機利用高壓注漿技術將DF 藥劑高壓鼓入孔內，使DF 藥劑與污泥充分反應。灌填完畢后拔除套管，進行下一孔位施工。接近地表時，可根據實際情況減小注漿壓力。

4.3 塑料排水板施工

本項目采用防淤堵型整體板，施工方法為人工插板，塑料排水板通過手型接頭與排水管網連接。設計參數如下：排水板間距為0.7 m，正方形布置，根據勘察報告，排水板長度5.0～7.2 m，底標高進入下層粉質黏土中，以不出現回帶現象為準，排水板頂露出砂墊層頂面≥500 mm，以方便通過手型接頭與排水管網連接。排水板施工完畢后，應將排水板端頭周圍帶出的淤泥清除。

塑料排水板采用人工插板工具進行施工，人工插板工具包括桿柄、菱形鋼刀、U 字叉。將排水板端頭放置于U 字叉和菱形鋼刀之間，然后迅速下插，插到指定深度后回拔桿柄即可，桿柄長度根據所需插設深度確定。該插板工具具有施工簡單方便、效率高、塑料排水板不回帶等特點。施工安全快速，可確保在浮泥中掛住排水帶，避免出現回帶現象而影響工程質量。淺層人工插板施工時，宜從場地中央向四周插設，必須避免對已插設區域產生的人為擾動，降低冒漿程度。此外，由于本項目污泥狀態較差，對于污泥厚度≥6 m 的區域，應加密排水板間距，在原有排水板中間設置短板，短板長度不宜小于3 m。

4.4 鋪設防淤堵管與排水管網

本次為減少污泥對排水系統的淤堵效應，特設置防淤堵管。豎向管體采用φ50 鋼絲增強軟管，管體按8 cm 間距螺旋打5 mm 孔徑孔洞，孔洞外包裹土工布濾網，間距1.4 m，正方形布置于人工插板中心，深度同排水板深度，采用套管法或水沖法埋入。頂部與水平壓力管連接，外接空壓機，以提供高壓空氣輸出。水平壓力管采用φ10 壓力管，間距2.8 m，每排壓力管連接2 排防淤堵管。

本工程排水管網采用φ50 鋼絲增強軟管，管體不打濾眼，布管間距1.4 m，通過手型接頭與臨近的雙排塑料排水板連接。

4.5 鋪設無紡土工布

土工布待排水板、DF 劑、防淤堵管及水平排水管網施工完畢后鋪設，主要起到保護其上層密封膜作用。土工膜鋪設應保持一定褶皺，一般土工布面積為鋪設面積的115%。要求土工布連接強度不低于其本體強度。為確保鋪設的有效性，鋪設土工布時要有受力點，在各區鋪設的土工布都要到達回填區的邊上并用沙袋或木樁固定，避免施工期間下沉，造成淤泥拱起現象而影響正常施工作業。土工布的拼接采用手提工業縫紉機縫合，采用包縫或丁縫，縫合處或接頭處需要縫3 道（先縫1 道，折疊后再縫2 道）以保證縫合的牢固，搭接寬度≥500 mm。在現場臨時用地上將土工布縫接成滿足需要大小的大幅土工布，按選定方向依次平鋪，鋪設完畢后通知現場監理工程師進行驗收，驗收合格后方可進行下一道工序施工。

4.6 鋪設密封膜

密封膜采用2 層聚氯乙烯真空密封膜，根據各預壓區實際長度每邊各增加5.0 m 訂購密封膜，密封膜在工廠熱合一次成型。鋪設好第一層后在膜上仔細檢查有無可見破裂口，破裂處用聚氯乙烯膠水補好。檢查無缺陷后方可進行下一層密封膜鋪設。所有上膜操作人員必須光腳或穿軟底鞋，以防刺破密封膜。

4.7 密封溝施工及修筑覆水圍堰

密封溝采用PC60 小型挖掘機或人工開挖，土體軟弱處也可采用人工開挖進行輔助，以保證施工機械安全。為保證后期密封系統滿足滲流的要求及避免浮泥表層受太陽照曬產生龜裂縫影響施工，密封溝的開挖橫截面應為1 m × 1 m。密封溝即挖即填，密封膜應緊隨密封溝開挖分層埋入，埋入深度≥800 mm。如果機械無法進行開挖施工，可采用人工踩膜輔助密封。

后期真空預壓施工過程中，密封溝內應保持一定水位，并使密封溝側壁處于濕潤狀態。為了增強密封性及防止密封膜老化，在抽真空達到穩定滿載后，在加固區域四周密封墻及膜面上進行覆水防護，填筑一圈包圍加固場地的覆水圍堰，圍堰截面為底寬1.0 m、頂寬0.5 m、高0.5 m 的等腰梯形。將射流真空泵抽出的水打入圍堰，覆水厚度20 cm。圍堰采用挖掘機或袋裝砂土在密封墻內側修筑，后用真空密封膜將擬處理區域及覆水圍堰整體覆蓋，以防水的滲透、外溢。本次圍堰長度為842 m。

如果現場條件具備，可以選擇加高覆水圍堰，在圍堰安全穩定的情況下，抬高圍堰內水位，以提高對土體的壓力，縮短真空預壓固結時間。

4.8 安裝真空泵

在密封系統完成施工后，即可進行真空泵等布置并進行試抽真空。試抽真空時間為3～6 d，穩定后膜上覆水。本次真空射流泵分3 批開啟。

本次選用的真空裝置為真空射流泵系統，功率為7.5 kW，空抽時真空壓力不小于95 kPa，能滿足真空預壓的要求。按照1 000 m2設置1 套真空泵，同時準備至少6 套備用真空泵，一旦出現地質條件突變等不利狀況時，可確保抽真空效果。安裝時將真空泵水平放置在加固區上面，真空泵進水口和出膜口保持同一平面，以保證真空泵能發揮到最大功效。真空泵與排水管網連接的管路中設置止回閥和截門。

抽真空過程中，若出水量減少，可開啟防淤堵系統進行增壓3～5 d，與抽真空系統同時作用，以增加排水能力。

4.9 真空預壓抽氣

安裝好真空泵系統（將水泵、水箱、閘閥、止水閥、出膜口連接好）后，將電工房配電箱—真空泵處漏電開關盒—真空泵的電路接通后，空載調試真空射流泵，當真空射流泵上真空度達到95 kPa 以上時，試抽真空。

抽真空前幾天安排經驗豐富的人員在膜面上、壓膜溝處仔細檢查有無漏氣處，發現后及時修補。一般在抽氣時，漏氣孔眼會發出鳴叫聲，尋聲徹底檢查。如漏氣孔眼得不到及時補救，蓄水后真空度很難達到85 kPa，而且需放水檢查，難度很大。逐臺檢查真空泵系統連接處，要保證在關閉閘門的情況下，泵上真空度能達到95 kPa，以確保真空泵系統發揮最佳功效。

4.10 抽真空排水

在真空預壓階段，為防止真空預壓對加固區周圍土體造成瞬間破壞，必須嚴格控制抽真空速率，真空泵開啟速度按1/3 逐步增加，見圖1。

圖1 抽真空排水

真空預壓過程中，當真空度達到70 kPa 以上，經檢查無漏氣現象后，開始膜面蓄水，見圖2。

圖2 膜面蓄水

5 結語

多功能復合式真空預壓法在祝家污泥堆存場4＃，5＃坑污泥脫水處理中已經得到應用，在保證滿足脫水后污泥符合后期處置要求的前提下，有效地縮短了施工工期和節約了工程成本，極大地提高了施工作業效率，進而確保總體工期目標的實現。

從國內目前的污泥脫水處置來看，多功能復合式真空預壓法具有處置量大、工期短等優勢，將會在未來城市污泥脫水技術中得到廣泛的應用，本課題的研究成果可以為同類工程提供參考。