頂管廢泥漿固液分離技術(shù)
1概述
泥漿頂管具有適用地質(zhì)范圍廣、開挖面有效穩(wěn)定、對管道周圍土地?cái)_動(dòng)小、地表沉降小等優(yōu)點(diǎn)。，并已在多個(gè)頂管工程中得到應(yīng)用。但這種施工方法是依靠泥漿壓力來平衡開挖面的水土壓力，以泥漿作為運(yùn)輸渣土的介質(zhì)，不可避免地要使用大量的泥漿，這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的廢泥漿。目前這種廢泥漿一般都是通過運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)到某個(gè)地方傾倒。這種方法會(huì)對排土場的土壤結(jié)構(gòu)和動(dòng)植物生長造成很大的危害，在運(yùn)輸過程中也會(huì)造成二次污染。而且如果用泥罐車運(yùn)輸，運(yùn)輸效率低，成本高。頂管廢泥漿成分復(fù)雜，是由水、膨潤土顆粒、粘性土顆粒和添加劑組成的懸浮體系，還混有一些來自不同地層的土顆粒。一般來說，水占體積的70 & # 12316；80%，其中固體顆粒占20% & # 12316；30%，pH 2.5 & # 1231612，甚至13及以上，屬于堿性。廢泥漿還具有顆粒細(xì)、級配差、粘流狀態(tài)、脫水困難的特點(diǎn)，自然干燥脫水過程極其緩慢。如果不進(jìn)行環(huán)保處理，廢泥漿中的有害物質(zhì)會(huì)污染傾倒場的土壤和水體，從而威脅人和動(dòng)植物的健康和安全。因此，研究泥水平衡頂管施工中廢棄泥漿的綠色無害化處理技術(shù)迫在眉睫。
廢泥漿處理方法及設(shè)備選型研究
2.1處理方法的選擇
目前，廢泥漿的處理方法很多。近年來，關(guān)于廢棄泥漿處理技術(shù)和方法的研究很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。以及絮凝劑和固化劑的處理方法。通過在廢泥漿中加入絮凝劑和固化劑，使其發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為類似土壤結(jié)構(gòu)的固體，然后填埋或用作建筑材料。固化劑用量大，處理成本高，性價(jià)比低。機(jī)械脫水采用加壓等物理方法，利用脫水機(jī)對廢泥漿進(jìn)行固液分離，達(dá)到廢泥漿減量化的目的。而單純的機(jī)械脫水，能耗高，效率低，成本高。單一的泥漿處理技術(shù)在處理施工現(xiàn)場的大量廢泥漿時(shí)仍有一定的局限性?；瘜W(xué)絮凝將泥漿從液體中分離出來，但沉淀分離出來的固體含水量仍然較高，固相不能直接堆積運(yùn)輸。因此，分離出的固相被機(jī)械脫水，以進(jìn)一步減小體積和便于運(yùn)輸。基于此，結(jié)合各種技術(shù)的優(yōu)勢，以資源化、減量化和無害化為目標(biāo)，提出了化學(xué)物理相結(jié)合的處理方法，即化學(xué)絮凝和機(jī)械脫水。
2.2處理設(shè)備的選擇在施工現(xiàn)場處理廢泥漿時(shí)，需要綜合考慮廢泥漿處理設(shè)備的特點(diǎn)和管道布置、設(shè)備占用的場地、單位時(shí)間的處理能力、廢泥漿的濃度以及相關(guān)測量儀器和操作人員的熟練程度等因素。根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，選擇可連續(xù)運(yùn)行、自動(dòng)化程度高、設(shè)備價(jià)格低、占地面積小的處理設(shè)備?；谀嗨胶忭敼苁┕ぶ袕U泥漿的特點(diǎn)，要求所選設(shè)備系統(tǒng)處理能力強(qiáng)，裝機(jī)功率低，系統(tǒng)能耗低，處理后的土方含水率可達(dá)到44%以下，過濾后的水可循環(huán)使用。通過對幾種泥漿處理設(shè)備的對比分析，發(fā)現(xiàn)蘇爾-0泥漿壓濾機(jī)分離設(shè)備在效率、節(jié)能和環(huán)保方面具有優(yōu)越性。因此，選擇蘇爾-3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泥漿的固液分離處理設(shè)備。
廢泥漿處理關(guān)鍵技術(shù)研究
本文所述的廢漿處理方法首先收集廢漿，根據(jù)廢漿的理化性質(zhì)配制絮凝劑溶液，按比例加入到設(shè)備箱中進(jìn)行均勻攪拌混合。均質(zhì)后自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)絮凝裝置進(jìn)行絮凝。污泥絮凝后，濃縮裝置利用重力原理脫水，將水排入接水盤，并將污泥送入下部壓濾機(jī)。濃縮后的泥漿進(jìn)入壓濾裝置后，自動(dòng)進(jìn)行漸進(jìn)式蠕動(dòng)過程，水再次被擠出。擠出的污泥進(jìn)入高壓壓濾機(jī)再次脫水。之后，泥漿被壓成泥餅，然后進(jìn)入出泥口吐出，由皮帶機(jī)運(yùn)送到指定的集土坑。整個(gè)工藝過程一次連續(xù)完成，沒有間歇操作。整個(gè)處理過程的關(guān)鍵是絮凝劑的應(yīng)用和脫水過程的控制。技術(shù)要點(diǎn)描述如下。
3.1絮凝劑的應(yīng)用
不同種類的絮凝劑有各自的最佳用量。在一定范圍內(nèi)偏離最佳投加量，不僅浪費(fèi)絮凝劑材料，還會(huì)導(dǎo)致絮凝效率下降。用量不足會(huì)導(dǎo)致絮凝不充分，用量過多會(huì)導(dǎo)致待絮凝液體的“再穩(wěn)定”，即隨著絮凝劑用量的增加，濁度(絮凝效果的體現(xiàn)因子)在降低到一定程度后不再繼續(xù)降低，而是隨著絮凝劑用量的增加而增加，典型表現(xiàn)為液體膠體顆粒吸附成團(tuán)后的失穩(wěn)。不同種類的絮凝劑具有不同的絮凝效果。無機(jī)絮凝劑或有機(jī)高分子絮凝劑處理廢泥漿時(shí)，需要根據(jù)適合絮凝劑發(fā)揮作用的化學(xué)和物理環(huán)境，確定合適的應(yīng)用方式。本文通過實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)，對不同處理?xiàng)l件下適用的絮凝劑品種和用量進(jìn)行了研究和分析。經(jīng)過材料比較，本論文的背景工程選擇聚丙烯酰胺作為絮凝劑材料。絮凝箱配制合適的絮凝溶液，絮凝箱由配制絮凝劑溶液的第一攪拌箱、第二攪拌箱和儲(chǔ)存絮凝劑溶液的儲(chǔ)存箱組成，第一攪拌箱、第二攪拌箱和儲(chǔ)存箱按上、中、下位置依次排列。本文選用的聚丙烯酰胺材料預(yù)先在第一攪拌罐中配制成一定濃度的聚丙烯酰胺溶液，濃縮液通過計(jì)量管道流入第二攪拌罐。此時(shí)加入一定量的清水混合攪拌，得到給定工況下所需濃度的聚丙烯酰胺溶液，然后溶液在閥門的控制下流入儲(chǔ)槽備用。
3.2脫水過程控制
加入絮凝劑后，泥漿開始進(jìn)入脫水過程。脫水分為重力脫水段和壓濾脫水段。重力脫水段可將廢泥漿的含水率降至66% & # 12316；重力脫水工段的脫水效果對后續(xù)壓濾工段的脫水和處理能力影響很大。重力脫水效果顯著，脫水后的殘?jiān)蕰?huì)更低，相應(yīng)后續(xù)壓濾工序的脫水效果和處理能力會(huì)更高。壓濾段主要控制過濾帶的效率。濾帶速度快，處理量不變時(shí)，壓濾后的污泥層厚度薄。如果濾帶速度慢，壓濾后的泥層厚度就會(huì)厚，泥層厚度過厚就會(huì)出現(xiàn)漏泥。過濾帶的速度越快，處理能力越大。但速度過快時(shí)，待處理的殘?jiān)谶^濾帶上停留時(shí)間過短，壓濾脫水效果無法保證。皮帶張力也是一個(gè)重要因素。張力過大不僅會(huì)導(dǎo)致跑泥，影響處理效率，還會(huì)影響機(jī)械設(shè)備的使用壽命。如果張力過小，壓濾處理不徹底，處理后的污泥含水率會(huì)過高。另外，在壓濾脫水過程中，為了保證濾布的過濾性能，需要準(zhǔn)備高壓水槍定期沖洗濾布，防止污泥堵塞濾布的孔隙。壓濾脫水的下一道工序是反壓輥脫水階段，此時(shí)壓力高。如果上一工序脫水后污泥含水率仍然較高，啟動(dòng)反壓輥脫水，確保污泥含水率降至40%以下。通過以上脫水過程控制，保證了含水率在40%以下的泥漿可以直接裝車外運(yùn)，壓濾后的過濾水可以回用。
4工程應(yīng)用
上海黃浦江上游民豐原水支線C2標(biāo)段工程采用了本文所述的廢漿分離技術(shù)。本標(biāo)段為民豐引水點(diǎn)至奉賢現(xiàn)有黃浦江取水泵站附近新建調(diào)節(jié)池原水管道的一部分。頂管段長448625米，采用DN5000鋼管接頭和DN3600JPCCP管接頭，采用泥水平衡式頂管機(jī)施工。因此，必須解決廢泥漿的處理問題。應(yīng)用本文提出的泥漿固液分離技術(shù)，在現(xiàn)場對100m3廢泥漿進(jìn)行了20多次定量分析研究。圖2顯示了處理過的土壤和排放的水的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。
從圖2中可以看出，分離出的土與水的比例基本在1: 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)的土比泥漿體積減少80%，處理后的水引入水箱循環(huán)使用。但由于分離出的干土體積較泥漿體積大大減小，不僅大大減少了施工場地的面積，而且有效地減少了運(yùn)輸量，從經(jīng)濟(jì)效益上講，對項(xiàng)目大有裨益。
5結(jié)論
隨著我國城市化進(jìn)程中對環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，城市建設(shè)過程中污泥處置標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，泥水分離技術(shù)不斷優(yōu)化。開發(fā)節(jié)地、節(jié)能、高效的污泥處理新技術(shù)和設(shè)備已成為新的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。本文研究的泥漿技術(shù)能夠較好地處理廢棄泥漿，減少環(huán)境污染，節(jié)約施工場地，有效減少運(yùn)輸量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
(來源:上?；A(chǔ)工程集團(tuán)有限公司)
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