一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法

1.本发明涉及底泥治理技术领域，特别涉及一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法。


背景技术：

2.底泥是水体环境各种污染物质的最终储存场所，是影响水环境质量状况的重要因素。随着全球社会经济快速发展，工业污水、生活污水大量排放，污水泵站溢流排放，导致底泥中污染物质不断富集，底泥污染越发严重。
3.河道清淤是防治底泥污染和河道治理的重要措施之一，是水环境综合治理中的重要一环。清淤过程中会产生大量高含水率泥浆，这些疏浚底泥体积庞大，沉降性能差，且污染成分复杂，具有严重的生态风险。如何实现泥水快速分离，并降低污染物对环境的危害，是目前疏浚底泥处理领域亟需解决的难题之一。
4.目前疏浚底泥的处理方法主要为通过环保绞吸将底泥抽吸出并输送到固定的泥浆处理站进行后期处理。清淤出的泥浆需要通过管道长距离输送，增加了输送成本，同时专门的泥浆处理站存在处理时间相对长、占地面积相对较大、设备投资占比大等不足。
5.清淤出的泥浆沉降性能差，难以在自然条件下实现泥水分离，通常采用添加化学助滤药剂的方式提高泥水分离效果。现有的助滤药剂调理疏浚底泥时，药剂与泥浆所形成的絮体颗粒粒度较小，在过滤时易堵塞过滤介质和滤饼的空隙，导致机械脱水效率较低。此外，现有药剂处理后脱水液仍存在污染，需要专门的余水处理环节，大大增加了处理的成本和操作难度。
6.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

7.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，以提升疏浚底泥脱水效率，缩短处理周期，提高余水水质。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，包括步骤：
10.通过绞吸泵对河岸底泥进行切割、搅动形成泥浆，并通过泵力将泥浆输出；
11.将输出的泥浆通过管道运输，在靠近河岸的管道上通过第一支路投加低分子量阳离子聚合物对泥浆进行一级絮凝，所述低分子量阳离子聚合物为聚电解质和多糖-甜菜碱阳离子聚合物的一种或多种；
12.在靠近管道末端的位置通过第二支路投加高分子量絮凝剂对泥浆进行二级絮凝，所述高分子量絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种；
13.将管道的末端与土工布袋相连，使从管道流出的絮体直接注入土工布袋中进行沉降过滤，过滤出的清水直接排出。
14.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述低分子量阳离子聚合物的分子量小于28万。
15.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述低分子量阳离子聚合物的投加量为0.3-1.2g/kg。
16.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述高分子量絮凝剂的分子量大于800万。
17.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述高分子量絮凝剂的投加量为0.2-0.8g/kg。
18.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述聚电解质为以二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺氧乙基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种为单体，通过均聚或共聚合得到的阳离子型聚合物；所述多糖-甜菜碱阳离子聚合物为以壳聚糖或淀粉为母体，通过与无水甜菜碱和甜菜碱酸盐中的至少一种发生酯化反应后得到的聚合物。
19.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述第一支路到第二支路的距离设为s1，所述第二支路到管道末端的距离设为s2，所述s1和s2满足如下条件：
20.s1＝s
1混合
+s
1反应
，其中，s
1混合
为低分子量阳离子聚合物与泥浆充分混合时间内管道泥浆流动的距离，s
1反应
为低分子量阳离子聚合物与泥浆进行絮凝反应时间内管道泥浆流动的距离；
21.s2＝s
2混合
+s
2反应
，其中，s
2混合
为高分子量絮凝剂与泥浆充分混合时间内管道泥浆流动的距离，s
2反应
为高分子量絮凝剂与泥浆进行絮凝反应时间内管道泥浆流动的距离。
22.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，泥浆经过s1的距离所需的时间为1-10min；泥浆经过s2的距离所需的时间为30s-5min。
23.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述低分子量阳离子聚合物的质量浓度为0.1-1wt％，所述高分子量絮凝剂的质量浓度为0.1-0.3wt％。
24.所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其中，所述土工布袋的等效孔径o
95
为0.5mm，渗透性q
50
为25l/m2/s，宽条抗拉强度为90kn/m。
25.有益效果：本发明提出的用于疏浚底泥快速清洁脱水的处理方法，利用管道二级絮凝技术，显著提高了泥浆颗粒粒径，脱水效率及脱水速度大大提高，同时脱水液符合环保要求。该技术具有处理时间短、现场可操作性强、设备费用低、能耗低和脱水液水质稳定的优势，在疏浚底泥脱水领域具有广阔的应用前景。
附图说明
26.图1为本发明提供的一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法流程图。
具体实施方式
27.本发明提供一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.请参阅图1，图1为本发明提供的一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法流程图，
如图所示，其包括步骤：
29.s10、通过绞吸泵对河岸底泥进行切割、搅动形成泥浆，并通过泵力将泥浆输出；
30.s20、将输出的泥浆通过管道运输，在靠近河岸的管道上通过第一支路投加低分子量阳离子聚合物对泥浆进行一级絮凝，所述低分子量阳离子聚合物为聚电解质和多糖-甜菜碱阳离子聚合物的一种或多种；
31.s30、在靠近管道末端的位置通过第二支路投加高分子量絮凝剂对泥浆进行二级絮凝，所述高分子量絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种；
32.s40、将管道的末端与土工布袋相连，使从管道流出的絮体直接注入土工布袋中进行沉降过滤，过滤出的清水直接排出。
33.具体来讲，本发明提出将泥浆的运输管道作为反应器，充分利用管道空间和水体流动产生的水力条件实现药剂对泥浆的调理，省去了后续加药混合反应过程，减少占地，节约处理时间；本发明还提出了管道二级絮凝技术，其包括低分子量阳离子聚合物的一级絮凝过程和高分子量絮凝剂的二级絮凝过程，与现有技术相比，本发明形成的絮体颗粒粒度增大了1.5-7倍，极大提高后续机械脱水效率，土工布袋过滤脱水速度可提高2-100倍，本发明技术中微絮体的产生是核心，即在一级絮凝过程中，低分子量阳离子聚合物通过电中和、弱架桥作用与泥浆形成悬浮的微絮体，该微絮体与高分子量的絮凝剂进一步发生二级絮凝过程，絮体间碰撞、聚集成团，迅速成长为粒径为50-300μm的粗大絮体；本发明提出的管道二级絮凝技术还可将水中污染物一起卷扫于微絮体内或吸附于微絮体表面以及微絮体所聚集形成的大聚集体内或吸附于大聚集体表面，可实现对水中细颗粒以及溶解性污染物的高效捕捉，与现有技术相比，该技术处理后无需再进行尾水处理，脱水液水质清澈，cod低于40mg/l，实现清洁脱水。
34.本发明提供的用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，脱水效率高，处理时间短，现场可操作性强，对过滤设备要求低，而且脱水液水质稳定，符合环保要求，在疏浚底泥脱水领域具有广阔的应用前景。
35.在一些实施方式中，所述低分子量阳离子聚合物的分子量小于28万，所述低分子量阳离子聚合物的投加量为0.3-1.2g/kg。
36.在本实施例中，分子量小于28万的低分子量阳离子聚合物可通过电中和、弱架桥作用与泥浆形成悬浮的微絮体，所述微絮体可将水中污染物进行吸附至其表面，从而可实现对泥浆水中细颗粒以及溶解性污染物的高效捕捉，即实现泥浆清洁脱水。在本实施例中，每1kg的泥浆中只需要投加0.3-1.2g的低分子量阳离子聚合物，就可完成泥浆的一级絮凝过程。
37.在一些实施方式中，所述低分子量阳离子聚合物为聚电解质和多糖-甜菜碱阳离子聚合物的一种或多种，其中，聚电解质为以二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺氧乙基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种为单体，通过均聚或共聚合得到的阳离子型聚合物；所述多糖-甜菜碱阳离子聚合物为以壳聚糖或淀粉为母体，通过与无水甜菜碱和甜菜碱酸盐中的至少一种发生酯化反应后得到的聚合物。
38.在一些实施方式中，所述高分子量絮凝剂的分子量大于800万，所述高分子量絮凝剂的投加量为0.2-0.8g/kg。
39.在本实施例中，分子量大于800万的高分子量絮凝剂可以与经过一级絮凝得到的微絮体进一步发生二级絮凝过程，微絮体间相互碰撞、聚集成团，迅速成长为粒径为50-300μm的粗大絮体。本实施例形成的絮体颗粒粒度相对微絮体增大了1.5-7倍，可极大提高后续机械脱水效率，布袋过滤脱水速度可提高2-100倍。在本实施例中，每1kg的泥浆中只需要投加0.2-0.8g的高分子量絮凝剂，就可完成泥浆的二级絮凝过程。
40.在一些实施方式中，所述第一支路到第二支路的距离设为s1，所述第二支路到管道末端的距离设为s2，所述s1和s2满足如下条件：s1＝s
1混合
+s
1反应
，其中，s
1混合
为低分子量阳离子聚合物与泥浆充分混合时间内管道泥浆流动的距离，s
1反应
为低分子量阳离子聚合物与泥浆进行絮凝反应时间内管道泥浆流动的距离；s2＝s
2混合
+s
2反应
，其中，s
2混合
为高分子量絮凝剂与泥浆充分混合时间内管道泥浆流动的距离，s
2反应
为高分子量絮凝剂与泥浆进行絮凝反应时间内管道泥浆流动的距离。
41.在本实施例中，泥浆在管道中的流速v1固定，当泥浆经过s1的距离所耗时间t1为1-10min，则s1的距离＝v1*t1，s1的距离应当满足泥浆与低分子量阳离子聚合物充分混合并完成一级絮凝反应；当泥浆经过s2的距离所耗时间t2为30s-5min，则s2的距离＝v1*t2，s2的距离应当满足泥浆与高分子量絮凝剂充分混合并完成二级絮凝反应。
42.在一些实施方式中，所述低分子量阳离子聚合物的质量浓度为0.1-1wt％，所述高分子量絮凝剂的质量浓度为0.1-0.3wt％。
43.在一些实施方式中，所述土工布袋的等效孔径o
95
为0.5mm，渗透性q
50
为25l/m2/s，宽条抗拉强度为90kn/m。采用本实施例选定参数的土工布袋能够对絮体进行有效脱水，所述土工布袋的过滤脱水速度可提高2-100倍。
44.下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明：
45.实施例1
46.本实施例中采样的疏浚底泥为马鞍山洋河底泥，具体清洁脱水处理流程如下：
47.s1-绞吸：通过绞吸泵从河底吸取底泥，管道直径0.2m，管道流速1.10m/s；
48.s2-管道一级絮凝：步骤s1中输送出的泥浆含水率约为95％，通过加药泵将分子量为11.3万的聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(1wt％)泵入管道，投加量为0.3g/kg，该段传输距离为70米，此时聚二甲基二烯丙基氯化铵通过电中和、弱架桥作用与泥浆形成悬浮的微絮体；
49.s3-管道二级絮凝：通过加药泵将分子量为1000万的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液(0.3wt％)泵入管道，投加量为0.25g/kg，该段传输距离为30米，此时微絮体与高分子量的阴离子型聚丙烯酰胺发生二级絮凝过程，絮体间碰撞、聚集成团，迅速成长为粒径为50-300μm的粗大絮体；
50.s4-管道末端与土工布袋相连，土工布袋为等效孔径o
95
为0.5mm的聚丙烯编织布，总过滤面积为36m2，步骤s3中输出的粗大絮体流经土工布袋，将过滤后的水液水质清澈，cod低于40mg/l，可实现清洁脱水。
51.实施例2
52.本实施例中采样的疏浚底泥为马鞍山洋河底泥，具体清洁脱水处理流程如下：
53.s1-绞吸：通过绞吸泵从河底吸取底泥，管道直径0.2m，管道流速1.10m/s；
54.s2-管道一级絮凝：步骤s1中输送出的泥浆含水率约为95％，通过加药泵将分子量
为11.3万的聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(1wt％)，药剂投加量为0.75g/kg，该段传输距离为70米，此时聚二甲基二烯丙基氯化铵通过电中和、弱架桥作用与泥浆形成悬浮的微絮体；
55.s3-管道二级絮凝：通过加药泵将分子量为1000万的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液(0.3wt％)泵入管道，投加量为0.25g/kg，该段传输距离为30米，此时微絮体与高分子量的阴离子型聚丙烯酰胺发生二级絮凝过程，絮体间碰撞、聚集成团，迅速成长为粒径为50-300μm的粗大絮体；
56.s4-管道末端与土工布袋相连，土工布袋为等效孔径o
95
为0.5mm的聚丙烯编织布，步骤s3中输出的粗大絮体流经土工布袋，将过滤后的水液水质清澈，cod低于40mg/l，可实现清洁脱水。
57.实施例3
58.本实施例中采样的疏浚底泥为马鞍山洋河底泥，具体清洁脱水处理流程如下：
59.s1-绞吸：通过绞吸泵从河底吸取底泥，管道直径0.2m，管道流速1.10m/s；
60.s2-管道一级絮凝：步骤s1中输送出的泥浆含水率约为95％，通过加药泵将分子量为11.3万的聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(1wt％)，药剂投加量为1.2g/kg，该段传输距离为70米，此时聚二甲基二烯丙基氯化铵通过电中和、弱架桥作用与泥浆形成悬浮的微絮体；
61.s3-管道二级絮凝：通过加药泵将分子量为1000万的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液(0.3wt％)泵入管道，投加量为0.25g/kg，该段传输距离为30米，此时微絮体与高分子量的阴离子型聚丙烯酰胺发生二级絮凝过程，絮体间碰撞、聚集成团，迅速成长为粒径为50-300μm的粗大絮体；
62.s4-管道末端与土工布袋相连，土工布袋为等效孔径o
95
为0.5mm的聚丙烯编织布，步骤s3中输出的粗大絮体流经土工布袋，将过滤后的水液水质清澈，cod低于40mg/l，可实现清洁脱水。
63.实施例4
64.本实施例中采样的疏浚底泥为马鞍山洋河底泥，具体清洁脱水处理流程如下：
65.s1-绞吸：通过绞吸泵从河底吸取底泥，管道直径0.2m，管道流速1.10m/s；
66.s2-管道一级絮凝：步骤s1中输送出的泥浆含水率约为95％，通过加药泵将分子量为27.8万的淀粉-甜菜碱阳离子聚合物水溶液(0.6wt％)，药剂为投加量为0.75g/kg，该段传输距离为70米，此时聚二甲基二烯丙基氯化铵通过电中和、弱架桥作用与泥浆形成悬浮的微絮体；
67.s3-管道二级絮凝：通过加药泵将分子量为1000万的阴离子型聚丙烯酰胺水溶液(0.3wt％)泵入管道，投加量为0.25g/kg，该段传输距离为30米，此时微絮体与高分子量的阴离子型聚丙烯酰胺发生二级絮凝过程，絮体间碰撞、聚集成团，迅速成长为粒径为50-300μm的粗大絮体；
68.s4-管道末端与土工布袋相连，土工布袋为等效孔径o
95
为0.5mm的聚丙烯编织布，步骤s3中输出的粗大絮体流经土工布袋，将过滤后的水液水质清澈，cod低于40mg/l，可实现清洁脱水。
69.对比例1
70.本对比例1中采样的疏浚底泥为马鞍山洋河底泥，具体清洁脱水处理流程如下:对比例1在s-2管道一级絮凝投加的药剂和用量为空白，其他阶段过程同实施例2。
71.对比例2
72.本对比例1中采样的疏浚底泥为马鞍山洋河底泥，具体清洁脱水处理流程如下:对比例2在s-3管道一级絮凝投加的药剂和用量为空白，其他阶段过程同实施例2。
73.对实施例1-4以及对比例1-2中的马鞍山洋河底泥清洁脱水过程进行性能评估，结果如表1所示。
74.表1测试结果
[0075][0076]
从表1结果可以看出，本发明实施例1-4的过滤速度相比对比例1-2提高了10-100倍，且透过滤布的颗粒质量微乎其微。相比之下，对比例1-2的透过的颗粒质量较多，过滤效率较低。
[0077]
造成过滤脱水速度差距较大的原因是本技术采用的二级絮凝工艺，利用电荷密度高而分子量相对较低的聚电解质或多糖-甜菜碱阳离子聚合物先与泥浆细颗粒形成微小絮体，该微絮体与高分子量的絮凝剂进一步絮凝架桥、网捕迅速成长为粗大絮体。由于絮体颗粒粗大，在过滤初始阶段迅速在滤布的网孔中形成滤饼层，且滤饼层孔隙率高，大量的水可以迅速通过滤饼层。而现有技术调理得到的絮团粒度小，在过滤时堵塞滤布以及滤饼层中的空隙，导致脱水速度缓慢。此外，实施例1-4的滤液的浊度和cod都较小，滤液清澈，而对比例1的滤液则相对较脏，对比例2虽然滤液较干净，但由于过滤初期透过的泥浆颗粒过多，这些透过的泥浆仍需回流处理，脱水效率降低。
[0078]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，包括步骤：通过绞吸泵对河岸底泥进行切割、搅动形成泥浆，并通过泵力将泥浆输出；将输出的泥浆通过管道运输，在靠近河岸的管道上通过第一支路投加低分子量阳离子聚合物对泥浆进行一级絮凝，所述低分子量阳离子聚合物为聚电解质和多糖-甜菜碱阳离子聚合物的一种或多种；在靠近管道末端的位置通过第二支路投加高分子量絮凝剂对泥浆进行二级絮凝，所述高分子量絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种；将管道的末端与土工布袋相连，使从管道流出的絮体直接注入土工布袋中进行沉降过滤，过滤出的清水直接排出。2.根据权利要求1所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述低分子量阳离子聚合物的分子量小于28万。3.根据权利要求2所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述低分子量阳离子聚合物的投加量为0.3-1.2g/kg。4.根据权利要求1所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述高分子量絮凝剂的分子量大于800万。5.根据权利要求4所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述高分子量絮凝剂的投加量为0.2-0.8g/kg。6.根据权利要求1所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述聚电解质为以二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺氧乙基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种为单体，通过均聚或共聚合得到的阳离子型聚合物；所述多糖-甜菜碱阳离子聚合物为以壳聚糖或淀粉为母体，通过与无水甜菜碱和甜菜碱酸盐中的至少一种发生酯化反应后得到的聚合物。7.根据权利要求1所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述第一支路到第二支路的距离设为s1，所述第二支路到管道末端的距离设为s2，所述s1和s2满足如下条件：s1＝s
1混合
+s
1反应
，其中，s
1混合
为低分子量阳离子聚合物与泥浆充分混合时间内管道泥浆流动的距离，s
1反应
为低分子量阳离子聚合物与泥浆进行絮凝反应时间内管道泥浆流动的距离；s2＝s
2混合
+s
2反应
，其中，s
2混合
为高分子量絮凝剂与泥浆充分混合时间内管道泥浆流动的距离，s
2反应
为高分子量絮凝剂与泥浆进行絮凝反应时间内管道泥浆流动的距离。8.根据权利要求7所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，泥浆经过s1的距离所需的时间为1-10min；泥浆经过s2的距离所需的时间为30s-5min。9.根据权利要求1所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述低分子量阳离子聚合物的质量浓度为0.1-1wt％，所述高分子量絮凝剂的质量浓度为0.1-0.3wt％。10.根据权利要求1所述用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其特征在于，所述土工布袋的等效孔径o
95
为0.5mm，渗透性q
50
为25l/m2/s，宽条抗拉强度为90kn/m。

技术总结
本发明涉及底泥治理技术领域，具体为一种用于疏浚底泥快速清洁脱水的方法，其包括步骤：通过绞吸泵对河岸底泥进行切割、搅动形成泥浆，并通过泵力将泥浆输出；将输出的泥浆通过管道运输，在靠近河岸的管道上通过第一支路投加低分子量阳离子聚合物对泥浆进行一级絮凝；在靠近管道末端的位置通过第二支路投加高分子量絮凝剂对泥浆进行二级絮凝；将管道的末端与土工布袋相连，使从管道流出的絮体直接注入土工布袋中进行沉降过滤，过滤出的清水直接排出。本发明利用管道二级絮凝技术，显著提高了泥浆颗粒粒径，脱水效率及脱水速度大大提高，同时脱水液符合环保要求；该技术具有处理时间短、能耗低和脱水液水质稳定的优势。能耗低和脱水液水质稳定的优势。能耗低和脱水液水质稳定的优势。


技术研发人员：陆纯 徐祖信 董滨
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/24