泥水頂管廢棄泥漿固液分離技術(shù)

　　1概述

　　泥水平衡頂管以其具有適用地質(zhì)范圍廣，可有效保持開(kāi)挖面穩(wěn)定,對(duì)管周土地?cái)_動(dòng)較小,地表沉降較小等諸多優(yōu)點(diǎn),而應(yīng)用于眾多頂管工程中。但這種施工方法依靠泥漿壓力來(lái)平衡開(kāi)挖面水土壓力和泥漿來(lái)作為輸運(yùn)攜帶渣土的介質(zhì)，不可避免的會(huì)使用到大量的泥漿，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄泥漿。目前對(duì)這種廢棄泥漿的處理方式一般是用交通工具輸運(yùn)至某地傾倒。這種方式會(huì)對(duì)傾倒地土壤結(jié)構(gòu)和動(dòng)植物生長(zhǎng)造成極大危害，在輸運(yùn)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生二次污染,且若采用泥漿罐車輸運(yùn)排放輸運(yùn)效率低且造價(jià)高。泥水頂管廢棄泥漿組成復(fù)雜，是一種由水、膨潤(rùn)土顆粒、黏性土顆粒以及外加劑組成的一種懸濁體系，還摻雜一些不同地層土壤顆粒，一般來(lái)說(shuō)，按體積比計(jì)算水占70%?80%，固體顆粒占20%?30%,pH值2.5?12,甚至13及以上，呈堿性。廢棄泥漿還具有顆粒細(xì)小、級(jí)配差、呈粘稠流態(tài)、不易脫水等特點(diǎn)，自然干化脫水過(guò)程極其緩慢。如果不予以環(huán)保處理，廢棄泥漿中的有害物質(zhì)會(huì)污染傾倒地土體和水體，進(jìn)而威脅到人和動(dòng)植物的健康安全，因此亟待研究泥水平衡頂管施工廢棄泥漿綠色無(wú)害化的處理技術(shù)。

　　2廢棄泥漿處理方法與設(shè)備選型研究

　　2.1處理方法選型

　　目前廢棄泥漿處理方式有多種,近年來(lái)對(duì)廢棄泥漿處理技術(shù)、方法的研究也較多，且都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。絮凝劑和固化劑處理法通過(guò)向廢棄泥漿中添加絮凝劑、固化劑等,使之發(fā)生物理一化學(xué)反應(yīng),轉(zhuǎn)化為類似于土壤結(jié)構(gòu)的固體,然后進(jìn)行填埋或用作建筑材料，固化劑用量大，處理成本高,性價(jià)比較低。機(jī)械脫水處理法采用加壓等物理方法，使用脫水機(jī)進(jìn)行廢棄泥漿固液分離作業(yè)，達(dá)到廢棄泥漿減量化處理的目的，但純機(jī)械脫水處理運(yùn)轉(zhuǎn)能耗高、效率低、成本高。單一泥漿處理技術(shù)解決施工現(xiàn)場(chǎng)大量廢棄泥漿的處置還存在一定的局限性，化學(xué)絮凝將泥漿進(jìn)行固液分離，但沉淀分離出的固體含水率還是較高，固相還不能堆放和直接運(yùn)輸,因此對(duì)分離出的固相進(jìn)行機(jī)械脫水,達(dá)到進(jìn)一步縮減體積，便于運(yùn)輸?shù)哪康摹；诖?，綜合各技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以資源化、減量化、無(wú)害化為目標(biāo)，提出一種化學(xué)物理相結(jié)合的處理方式，即化學(xué)絮凝與機(jī)械脫水相結(jié)合的廢棄泥漿處理方法。

　　2.2處理設(shè)備選型在施工現(xiàn)場(chǎng)處理廢棄泥漿時(shí)，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，綜合考慮廢棄泥漿處理設(shè)備特性和管線布置、設(shè)備所占的場(chǎng)地、單位時(shí)間處理能力、廢棄泥漿濃度以及相關(guān)的測(cè)量?jī)x器和操作工人的熟練程度等，以此來(lái)選擇能夠連續(xù)操作且自動(dòng)化程度高、設(shè)備價(jià)格低廉、占用場(chǎng)地小的處理設(shè)備。基于泥水平衡頂管施工廢棄泥漿特點(diǎn),要求選擇的設(shè)備系統(tǒng)處理能力強(qiáng)、裝機(jī)功率低、系統(tǒng)能耗低，處理后土方含水率達(dá)到44%以下，濾水能循環(huán)再利用等。通過(guò)對(duì)若干泥漿處理設(shè)備進(jìn)行比選分析研究，發(fā)現(xiàn)ERSU-0型泥漿壓濾分離設(shè)備功效、能效和綠色環(huán)保皆較優(yōu)，因此選擇ERSU3型泥漿分離設(shè)備(如圖1所示)作為背景工程泥水平衡頂管廢棄泥漿固液分離處理設(shè)備。

　　3廢棄泥漿處理關(guān)鍵工藝研究

　　本文所闡述的廢棄泥漿處理方法首先是收集廢漿并根據(jù)廢漿理化性質(zhì)制備絮凝劑溶液，按比例加入到設(shè)備箱進(jìn)行勻質(zhì)攪拌混合。勻質(zhì)后自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)絮凝裝置,進(jìn)行絮凝。泥漿絮凝后，濃縮裝置采用重力原理進(jìn)行脫水，將水排入接水盤(pán)，將泥送入下層壓濾裝置。濃縮后的泥進(jìn)入壓濾裝置后自動(dòng)進(jìn)行漸進(jìn)式蠕動(dòng)工藝，再次將水?dāng)D出。擠出后的泥進(jìn)入高壓壓濾裝置，再次脫水。最后把泥壓成泥餅后進(jìn)入排泥口吐出，用皮帶輸送機(jī)輸送到指定的集土坑。整個(gè)工藝流程一次連續(xù)性完成，不需間斷操作。整個(gè)處理工藝的關(guān)鍵是絮凝劑應(yīng)用和脫水工序管控，下面對(duì)其技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

　　3.1絮凝劑應(yīng)用

　　不同種類的絮凝劑有契合自身?xiàng)l件下的最優(yōu)摻加量,偏離最優(yōu)摻加量一定范圍不但會(huì)造成絮凝劑材料浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致絮凝功效下降。欠量會(huì)導(dǎo)致絮凝作用不足,過(guò)量會(huì)導(dǎo)致需絮凝處理液體呈“再穩(wěn)”現(xiàn)象，即隨著絮凝劑摻加量的加大，濁度(絮凝效果的體現(xiàn)因素)在減小到某種程度后就不再繼續(xù)減小，反而會(huì)出現(xiàn)隨著絮凝劑摻加量的增加而增加，典型表現(xiàn)就是液體膠體顆粒吸附成團(tuán)脫穩(wěn)而發(fā)生再穩(wěn)的特征。不同種類絮凝劑其最優(yōu)絮凝效果的發(fā)揮環(huán)境也不一樣，無(wú)機(jī)絮凝劑或有機(jī)高分子絮凝劑處理廢棄泥漿時(shí)，都需要根據(jù)絮凝劑所適宜發(fā)揮的化學(xué)物理環(huán)境來(lái)確定適當(dāng)?shù)膽?yīng)用方式。本文通過(guò)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，研究分析了不同處理工況下適宜的絮凝劑的品種和摻量，經(jīng)材料比選，本文背景工程選用聚丙烯酰胺作為絮凝劑材料。絮凝劑通過(guò)絮凝箱制備成適宜的絮凝溶液，絮凝箱由用于制備絮凝劑溶液的第一攪拌箱、第二攪拌箱和存儲(chǔ)絮凝劑溶液的儲(chǔ)存箱構(gòu)成，第一攪拌箱、第二攪拌箱和儲(chǔ)存箱依次按照上、中、下位置設(shè)置。采用本文選取的聚丙烯酰胺材料，先在第一攪拌箱中預(yù)先制備成一定濃度的聚丙烯酰胺溶液，將濃溶液通過(guò)計(jì)量管道流入第二攪拌箱中，此時(shí)加入一定量的清水混合攪拌得到既定工況需要濃度的聚丙烯酰胺溶液，然后溶液通過(guò)閥門的控制流入到儲(chǔ)存箱中備用。

　　3.2脫水工序管控

　　添加絮凝劑后泥漿開(kāi)始進(jìn)入脫水工序。脫水分為重力脫水段和壓濾脫水段。重力脫水段能將廢棄泥漿含水率降至66%?65%，重力脫水段脫水效果對(duì)后續(xù)壓濾段脫水和處理量影響較大。重力段脫水效果顯著，脫水后的殘積物含水率就會(huì)比較低，相應(yīng)的后續(xù)壓濾工序脫水效果和處理量都會(huì)更高。壓濾脫水段主要控制濾帶工效。濾帶速度快,在處理量一定時(shí)，壓濾后的泥渣層厚度薄。濾帶速度慢則壓濾后的泥渣層厚度厚，當(dāng)泥渣層厚度過(guò)厚時(shí)還會(huì)出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象。濾帶速度快其處理量也會(huì)變大，但當(dāng)速度過(guò)快時(shí)又會(huì)導(dǎo)致待處理殘積物在濾帶上停留時(shí)間過(guò)短而無(wú)法保證壓濾脫水效果。濾帶張緊力也是一個(gè)重要影響因素，張緊力過(guò)大不但會(huì)出現(xiàn)跑泥進(jìn)而影響處理效率，還會(huì)影響機(jī)械設(shè)備的使用壽命。張緊力過(guò)小，壓濾處理不徹底會(huì)導(dǎo)致處理后的泥渣含水率過(guò)高。此外在壓濾脫水處理工序中，為確保濾布過(guò)濾性能，需要準(zhǔn)備高壓水槍定期沖洗濾布，以防止泥渣堵塞濾布孔隙。壓濾脫水最后一道工序是對(duì)壓輥脫水段，此時(shí)壓力最大，如前述工序脫水處理后的泥渣含水率還是較高，則開(kāi)啟對(duì)壓輥脫水確保泥渣含水率降至40%以下。通過(guò)以上脫水工序管控，確保泥漿含水率在40%以下可直接裝車外運(yùn)，壓濾后的濾水可重復(fù)利用。

　　4工程應(yīng)用

　　本文所述廢棄泥漿分離技術(shù)應(yīng)用于上海黃浦江上游閔奉原水支線C2標(biāo)工程，該標(biāo)段為閔奉分水點(diǎn)至奉賢現(xiàn)有黃浦江取水泵站附近新建調(diào)節(jié)池的原水管道中一部分，頂管區(qū)間長(zhǎng)度448625m,采用DN5000鋼管節(jié)和DN3600JPCCP管節(jié)，采用泥水平衡式頂管機(jī)施工，必須要解決廢棄泥漿處理的問(wèn)題。應(yīng)用本文提出的泥漿固液分離技術(shù),在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了20余次每次進(jìn)料100m3廢棄泥漿的定量分析研究，對(duì)排出的經(jīng)過(guò)處理后土與水方量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

　　由圖2可以看出分離后的土、水比例基本在1：左右,分離出的干土(如圖3所示)可以直接裝車外運(yùn),外運(yùn)量相對(duì)于泥漿減量80%，處理后的水通入水箱，循環(huán)使用，而分離后的干土由于相對(duì)于泥水方量大大減少，不僅占用施工場(chǎng)地面積大幅減少，同時(shí)也有效的減少了運(yùn)輸量，從經(jīng)濟(jì)效益上對(duì)工程大有裨益。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　隨著我國(guó)城市化進(jìn)程中對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高,城市建設(shè)施工過(guò)程中泥漿處置標(biāo)準(zhǔn)的提升，優(yōu)化泥水分離技術(shù)。開(kāi)發(fā)節(jié)地節(jié)能高效泥漿處理新技術(shù)及裝備已成為新的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。本文所研究闡述的泥漿技術(shù)能較好的處理廢棄泥漿，減少環(huán)境污染,節(jié)省施工場(chǎng)地并有效減少運(yùn)輸量,經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

（來(lái)源：上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司）