专利名称：软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及脱水处理技术领域，特别是一种对软土、淤泥进行电渗脱水处理的方法及 其装置。
背景技术：
目前对软土、淤泥的脱水处理方法有采用电渗方法进行处理的，其主要应用在软土、 淤泥降水方面，但这种处理方法主要存两个方面的问题1、 现有电渗方法未能围绕电渗排水作用是在毛细管结构中产生最大排水效应这一核心 原理来实施，并未能根据这一原理来营建或维持软土、淤泥中毛细管结构以对软土、淤泥 进行电渗排水。2、 现有电渗方法采用的电源为稳压直流电渗，水的电离化效果差，能耗大，处理成本 高；而且在电渗排水过程中采用土体挤密装置维持毛细管结构时效果不够理想，导致未能 产生最大排水效应，造成脱水效率低、速度慢。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种脱水效率高、处理成本低的软土或淤泥脱水处 理方法以及实施该方法所用的装置。本发明以如下技术方案解决上述技术问题本发明软土、淤泥脱水处理方法按以下工 艺歩骤进行操作1) .将软土、淤泥放入载体中或在软土、淤泥现场四周设置竖向封闭系统；2) .在载体或现场设置由脉冲式电渗电源装置提供电源的电渗装置、毛细管结构维持装 置及真空抽水装置；3) .脱水时首先通过真空抽水装置排出载体或现场中的软土、淤泥中的非毛细管水，使 得软土、淤泥中剩余的水为毛细管水；当真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置进 行脉冲式电渗，电渗过程中同时进行真空抽水；当电渗作用不明显时，同时启动毛细管结 构维持装置，以维持毛细管结构；若脱水效果未符合处理要求，则重复以上操作直至脱水 符合要求。所述给电渗装置提供电源的脉冲式电渗电源装置是由变压器、整流器、脉冲转化器及散 热器构成，变压器和散热器的输入端共接交流电输入端，变压器的输出端与整流器的输入 端连接，整流器的输出端与脉冲转化器输入端连接，整流器输出直流电电流通过脉冲转化 器输出脉冲电流，供给电渗装置进行脉冲式电渗。其电压、电流大小、频率、振幅可调，以适应各种形态的软土、淤泥脱水处理所需的最有效的电流。当在现场进行脱水处理时，电渗过程中维持毛细管结构的方法是采用真空预压装置和 低中能量强夯器械维持毛细管结构；其现场的软土或淤泥上盖有带连接器的网状帽眼真空 膜或网状帽眼膜或开孔冗余膜。实施本发明软土、淤泥脱水处理方法所用的装置可为一容器，容器的形状可为空心圆 形柱体或空心正方形柱体或空心矩形柱体，容器的上部有活塞式顶盖，底部有活动底门， 容器的内部中心与内壁或者容器的顶部与底部设有阴极和阳极对，阴极与排水装置、真空 预压装置集成为一体或与相关装置组合成阴极排水真空预压系统；电渗过程中维持毛细管 结构的装置有真空预压装置和静载装置，静载装置即是在活塞式顶盖上加载静载物。所述容器的形状为空心矩形柱体时，阴极和阳极对也可设置在相对的两内侧壁上；当容器壁设置为阴极时，容器壁的结构由内向外依次设有渗滤层、阴极网层、导流层、 外壳，导流层上丌有小孔，连接阴极网层的连通管经小孔穿出外壳后与集水管连接，其端 头有阴极接头，阳极接头和阴极接头分别接脉冲式电渗电源的正、负极，阴极接头又通过 管道连接真空泵。实施本发明软土、淤泥脱水处理方法所用的载体也可以是开口向上的槽，槽口盖有带 连接器的网状帽眼真空膜或网状帽眼膜或开孔冗余膜，槽的上方设有防水拱棚，槽中设置 有电渗装置和真空预压装置，电渗装置采用复合管作阴、阳电极，复合管接水平排水管， 水平排水管接集水管，集水管接真空泵；电渗过程中维持毛细管结构的装置有真空预压装 置、静载装置、低中能量强夯器械。在容器、槽等处理载体中，阴极和阳极上的电渗部位可以根据处理需要进行调节。所述复合管是集排水、负压传递与电极为一体的复合电极排水管，其管体上布有很多 小孔，外裹渗滤膜，既作电极，又作排水通道，还作负压传递通道。 所述电渗装置中的阳极有可增加水分子极性的物质。所述带连接器的网状帽眼真空膜是由帽筒、网状真空膜和连接器构成，帽筒安放在网 状真空膜的网眼上，形成网状帽眼膜，连接器放在帽筒内，它与内外管道连接并密封，网 眼的间距根据工程需要设定。该真空膜已向中国国家知识产权局申请专利，专利申请号为200720082017. 1。所述网状帽眼膜是由帽筒和网状真空膜构成，帽筒装在网状真空膜的网眼上，网眼的 间距根据工程需要设定。该真空膜已向中国国家知识产权局申请专利，专利申请号为200720082018. 6。所述开孔冗余膜，是指用来盖在槽口或现场上的整块真空膜，其在阴、阳电极的位置 上预留一定面积的冗余，并使此冗余部分裹住电极上部外壁，再箍以弹性箍圈，使真空膜 将电极外壁密封，再将真空膜位于电极上的位置开孔，使电极伸出膜外，即为开孔冗余膜。本发明方法采用脉冲式电渗，利用电渗装置能在毛细管结构中产生最大排水效应的作 用进行脱水，因此首先通过辅助的真空抽水排出软土、淤泥中中连通的非毛细管水在电渗作用下形成短路，无法在毛细管中产生有效电场，使经真空抽 水后软土、淤泥中剩余的水尽量为毛细管水，然后在脉冲电流的作用下，浓差极化降低， 从而电耗降低，而且电渗装置中的阳极有可增加水分子极性的物质，可促使水分子的极性 更大，使软土、淤泥体毛细管结构中被电离化的水向阴极移动，形成移向阴极的渗流，并 汇集到阴极，从而达到软土、淤泥脱水的目的。电渗过程中以真空预压、静载、动力挤密 等辅助方法来营建或维持软土、游泥中的毛细管结构，可进一歩提高电渗脱水效率。本发明方法主要应用于淤泥环保处理及循环再利用、淤泥造土、围海造地、软土地基 加固处理等，也适用于以容器、槽作软土、淤泥的脱水处理载体或直接在软土、淤泥现场 进行脱水处理等各种方式和形式下的软土、淤泥脱水处理。本发明方法与传统相关软土、淤泥电渗脱水处理方法相比，具有以下明显优点1、 脉冲式电渗比稳定的直流电渗更省电，能耗更低。2、 脉冲电荷可使软土、淤泥中的毛细管水的电离化效果更好，提高电渗效果。3、 用真空预压、静载、动力挤密等维持软土、淤泥毛细管方法来辅助电渗的进行，更 有效的增大了脱水效果，大大降低了软土、淤泥中的含水率，使处理后的软土、淤泥能直 接用于填埋、造地等用途。
图1是给电渗装置提供电源的脉冲式电渗电源的线路结构示意图。图2是实施例1使用的容器结构示意图。图3是图2中容器壁局部剖开后的结构示意图。图4是图2的俯视示意图。图5是实施例2使用的槽结构示意图。图6是图5中将防水拱棚取下后的俯视示意图。图7是实施例3现场布置结构示意图。图8是图7中纵向剖视示意图。图中交流电输入端1、交流电输入端2、变压器3、整流器4、脉冲转化器5、散热 器6、底门活拴7、集水管8、连通管9、活塞式顶盖10、阳极接头11、阳极棒12、进料 槽13、底门紧固器14、阴极接头15、活动底门16、导流层17、阴极网层18、渗滤层19、 小孔20、外壳21、防水拱棚22、槽23、通电线路24、水平排水管25、复合管26、网状 帽眼膜27、临时孔28、真空泵29、脉冲式电渗电源30、开孔冗余膜31。
具体实施方式
下面对本发明方法的工艺流程作进一歩详细描述1) 构建软土、淤泥脱水处理的载体或其现场即准备相对应的容器，将软土、淤泥装入固定的容器内，或准备相对应的槽，将软土、 淤泥装入固定的槽中，或在将要进行脱水处理的软土、淤泥场四周设置竖向封闭系统。2) 布置电渗装置，其操作要求有以下几点① 在被处理软土、淤泥体系布置阴极和阳极，其布置形式根据处理要求设置；② 作阴极和阳极的器材根据软土、淤泥脱水处理的需求设定和制造，且阴极与排水装 置集成为一体或与相关装置组合成阴极排水系统；③ 将阴极、阳极分别接脉冲式电渗电源的负、正极。3) 布置毛细管结构维持装置当用容器作软土、淤泥的脱水处理载体时，采用真空预压装置和静载装置作毛细管结 构维持装置；当以槽作软土、淤泥的脱水处理载体时，采用真空预压装置、静载装置和低中能量强 夯器械作毛细管结构维持装置；当是直接在现场对软土、淤泥进行封闭时，以真空预压装置、低中能量强夯器械作毛 细管结构维持装置。4) 布置真空抽水装置即将与阴极集成为一体或与阴极相组合的排水装置连接真空泵。5) 首先进行真空抽水，排出软土、淤泥中主要的非毛细管水；当直接真空抽水效果不 明显时，启动由脉冲式电渗电源供电的电渗装置，进行脉冲式电渗，电渗过程中同时进行 真空抽水。6) 当电渗作用不明显时，启动毛细管结构维持装置当用容器作软土、淤泥的脱水处理载体时，进行真空预压及静载维持毛细管结构； 当以槽作软土、淤泥的脱水处理载体时，进行真空预压、静载以及低中能量强夯维持 毛细管结构；当是直接在现场对软土、淤泥进行处理时，进行真空预压和低中能量强夯维持毛细管 结构。通过上述毛细管结构维持操作，以增强软土、淤泥中的毛细管效应，增强电渗脱水效率。7) 重复真空抽水、电渗及维持毛细管结构操作，直至脱水完毕。处理完成时间一般仅 需1 30天。所述电渗装置是由脉冲式电渗电源装置提供电源，脉冲式电渗电源装置的线路结构如 图1所示，它是由变压器3、整流器4、脉冲转化器5及散热器6构成，变压器3和散热器 6的输入端共接交流电输出端1或2，交流电输出端的电压有两组， 一组是380V，另一组 是220V。整流器4的输出端与脉冲转化器5的输入端连接，整流器4输出直流电电流通过 脉冲转化器5输出脉冲电流，供给电渗装置进行脉冲式电渗。脉冲式电渗电源装置的电压、 电流大小、频率、振幅可调，以适应各种形态的软土、淤泥脱水处理所需的最有效的电流。实施例1:实施本发明软土、淤泥脱水处理方法所用的容器结构如图2、图3、图4所示，容器的 形状可为空心圆形柱体或空心正方形柱体或空心矩形柱体，容器的上部有进料槽13，底部有卸料用的活动底门16，活动底门16由底门紧固器14固定在容器上，活动底门16上有 作开关用的底门活栓7，容器的上部有活塞式顶盖10，容器的内部中心设有阳极棒12，容 器壁由内向外依次设有渗滤层19、阴极网层18、导流层17、外壳21，导流层上开有小孔 20，连接阴极网层的连通管9经小孔穿出外壳后与集水管8连接，其端头有阴极接头15， 阳极棒12的阳极接头11和阴极接头15分别接脉冲式电渗电源的正、负极，阴极接头15 又通过管道连接真空泵。使用时，先将淤泥从进料槽放入容器中，然后进行真空抽水，排出淤泥中主要的非毛 细管水；当直接真空抽水效果不明显时，启动电渗装置，进行脉冲式电渗，电渗过程中进 行真空预压和静载，以维持淤泥中的毛细管结构；电渗过程中也同时进行真空抽水；24小 吋后，脱水处理至符合要求，打开活动底门，卸下干土。实施例2:在浙江某试验基地，用槽对淤泥进行处理，槽深3米，宽5米，长20米。槽的结构如 图5和图6所示槽23的上方有盖住槽口的网状帽眼膜27，膜的上方设有防水拱棚22， 电渗装置采用多排复合管26作阴、阳电极，复合管26接水平排水管25，水平排水管25 接集水管8，集水管8接真空泵29，阳极、阴极复合管通过通电线路24连接脉冲式电渗电 源30的正、负极，电渗过程中维持毛细管结构的装置采用真空预压装置和静载装置及低中 能量强夯器械。脱水处理按以下操作歩骤进行1) 将淤泥堆入槽23中，并沿槽口将淤泥整平。2) 在槽中布置阴极和阳极，阴极和阳极皆采用复合管24，复合管长3.2米，复合管之 间的间距为0.5米，将阴极、阳极复合管分别接脉冲式电渗电源的负、正极，脉冲式电渗 电源输出电压0—200V、电流0—40A、频率50Hz—20KHz的动态电流。3) 在槽口上方铺设网状帽眼膜27，将膜在现场拼成一个大于槽口面积的整块膜，再将 膜盖在槽口上，从一头开始逐渐使复合管伸出膜的帽眼；铺膜过程中随铺随时固定膜，防 止起风将铺好的膜巻走或撕裂；将帽筒与复合管外壁密封；检查搭接缝、帽筒的密封性， 并及时修补；基本完成铺膜后，在膜上开临时孔28，并将已接上真空泵的连通管9伸入临 时孔内，并密封连通管外壁与膜的结合部，然后启动真空泵以维持膜少量的真空状态，以 保证铺设好的膜能被稳定吸在泥面上。4) 连接真空排水系统，进行真空抽水，排出淤泥中主要的非毛细管水。5) 当直接真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置，进行电渗，电渗过程中同时 进行真空抽水。6) 当电渗作用不明显时，启动真空泵对网状帽眼膜下抽真空进行正向真空预压，以维 持淤泥体中的毛细管结构。7) 8天后，出水量明显减少，软土、淤泥脱水处理工作结束，经检测，淤泥含水率在28%以下。实施例3:在浙江某工地，要求处理深度6米的软土场。场地及设备的排布如图7和图8所示。 操作歩骤如下1) 大致整平软土场，并在软土场周围设置6米深的灌浆围幕，防止场外水体渗入场区。2) 按实施例2的规格、模式布置电渗装置的阴极和阳极，阴极和阳极采用复合管26， 复合管长6米，复合管之间的间距为0.5米，将阴极、阳极复合管通过通电线路24分别接 脉冲式电渗电源30的负、正极，脉冲电渗电源输出电压0—200V，输出电流0—40A， 频率50Hz—20KHz的动态电流。3) 布置毛细管结构维持装置① 在软土场上铺设开孔冗余膜31，且在每一复合管的位置预留一定面积的冗余，使此 冗余面积裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合 管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外，然后检查搭接缝、膜与复合管的密封性，并及时 修补；禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防将膜刮破；基本完成铺膜后，在膜 上丌临时孔28，并将已接上真空泵29的连通管9伸入临时孔28内，并密封连通管外壁与 膜的结合部，启动真空泵并维持膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在地面 上，并在场区周围挖密封沟，将膜的周边压在密封沟下；② 准备吊车、夯锤等低能量强夯器械，以便实施低能量强夯操作以维持毛细管结构。4) 连接真空排水系统，即将复合管26接水平排水管25，水平排水管25接集水管8， 集水管接真空泵29。5) 进行真空抽水，排出软土中主要的非毛细管水。6) 当直接真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置，进行电渗，电渗过程中同时 进行真空抽水。7) 当电渗作用不明显时，启动真空泵对开孔冗余膜下抽真空进行正向真空预压，然后 拔出复合管，进行2 3轮低中能量强夯，操作按以下几点进行①先点夯后满夯；②从低 能量强夯至高能量强夯，即逐渐从500kN m加能到1500kN m;③点夯的间距一般3 7m， 呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束 第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实，以通过这些辅助方法维持软土中 毛细管结构。8) 25天后，出水量明显减少，软土脱水处理脉冲式电渗脱水工作结束，经检测，软土 含水率在30%以下，其承载力达120KPa以上。
权利要求
1.软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，其特征在于它按以下工艺步骤进行操作1).将软土、淤泥放入载体中或在软土、淤泥现场四周设置竖向封闭系统；2).在载体或现场设置由脉冲式电渗电源装置提供电源的电渗装置、毛细管结构维持装置及真空抽水装置；3).脱水时首先通过真空抽水装置排出载体或现场中的软土、淤泥中的非毛细管水，使得软土、淤泥中剩余的水为毛细管水；当真空抽水效果不明显时，启动脉冲式电渗装置进行脉冲式电渗，电渗过程中同时进行真空抽水；当电渗作用不明显时，同时启动毛细管结构维持装置，以维持毛细管结构；若脱水效果未符合处理要求，则重复以上操作直至脱水符合要求。
2. 根据权利要求1所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，其特征在于给电渗 装置提供电源的脉冲式电渗电源装置是由变压器、整流器、脉冲转化器及散热器构成，变 压器和散热器的输入端共接交流电输入端，变压器的输出端与整流器的输入端连接，整流 器的输出端与脉冲转化器输入端连接，整流器输出直流电电流通过脉冲转化器输出脉冲电 流，供给电渗装置进行脉冲式电渗。
3. 根据权利要求1或2所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，其特征在于在 现场进行脱水处理时，电渗过程中维持毛细管结构的方法是采用真空预压和低中能量强夯 维持毛细管结构；其现场的软土或淤泥上盖有带连接器的网状帽眼真空膜或网状帽眼膜或 丌孔冗余膜。
4. -种权利要求1或2所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特 征在于所述载体为一容器，容器的形状为空心圆形柱体或空心正方形柱体或空心矩形柱 体，其内部中心处设有阴/阳极，容器的上部有活塞式顶盖，底部有活动底门，容器的内部 中心与内壁或者容器的顶部与底部设有阴极和阳极对，阴极与排水装置、真空预压装置集 成为一体或与相关装置组合成阴极排水真空预压系统；电渗过程中维持毛细管结构的装置 有真空预压装置和静载装置，静载装置即是在活塞式顶盖上加载静载物。
5. 根据权利要求4所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在 于容器的形状为空心矩形柱体，其相对的两内侧壁上设有阴极和阳极。
6. 根据权利要求4所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在于容器壁设覽为阴极时，容器壁的结构由内向外依次设有渗滤层、阴极网层、导流层、 外壳，导流层上丌有小孔，连接阴极网层的连通管经小孔穿出外壳后与集水管连接，其端 头有阴极接头，阳极接头和阴极接头分别接脉冲式电渗电源的正、负极，阴极接头又通过管道连接真空泵。
7. —种权利要求1或2所述的软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法采用的装置，其特征在于所述载体为开口向上的槽，其上方设有防水拱棚，槽中设置有电渗装置和真空预 压装置，电渗装置采用复合管作阴、阳电极，复合管接水平排水管，水平排水管接集水管， 集水管接真空泵；电渗过程中维持毛细管结构的装置有真空预压装置、静载装置、低中能 量强夯器械。
全文摘要
本发明涉及一种软土、淤泥脉冲式电渗脱水处理方法，该方法采用脉冲式电渗脱水，并以真空预压、静载、动力挤密等辅助方法来营建或维持软土、淤泥中的毛细管结构，然后在脉冲电流的作用下，浓差极化降低，从而降低电耗，水的电离化比率增大，使软土、淤泥体毛细管结构中被电离化的水向阴极移动，形成移向阴极的渗流，并汇集到阴极，再经真空抽水系统排放出去，从而达到软土、淤泥脱水的目的。
文档编号C02F11/12GK101224942SQ200810073429
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月21日 优先权日2008年1月21日
发明者陈江涛 申请人:陈江涛