1概述
泥水平衡頂管以其具有適用地質范圍廣，可有效保持開挖面穩(wěn)定,對管周土地擾動較小,地表沉降較小等諸多優(yōu)點,而應用于眾多頂管工程中。但這種施工方法依靠泥漿壓力來平衡開挖面水土壓力和泥漿來作為輸運攜帶渣土的介質，不可避免的會使用到大量的泥漿，進而會產(chǎn)生大量的廢棄泥漿。目前對這種廢棄泥漿的處理方式一般是用交通工具輸運至某地傾倒。這種方式會對傾倒地土壤結構和動植物生長造成極大危害，在輸運過程中還會產(chǎn)生二次污染,且若采用泥漿罐車輸運排放輸運效率低且造價高。泥水頂管廢棄泥漿組成復雜，是一種由水、膨潤土顆粒、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，一般來說，按體積比計算水占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小、級配差、呈粘稠流態(tài)、不易脫水等特點，自然干化脫水過程極其緩慢。如果不予以環(huán)保處理，廢棄泥漿中的有害物質會污染傾倒地土體和水體，進而威脅到人和動植物的健康安全，因此亟待研究泥水平衡頂管施工廢棄泥漿綠色無害化的處理技術。
2廢棄泥漿處理方法與設備選型研究
2.1處理方法選型
目前廢棄泥漿處理方式有多種,近年來對廢棄泥漿處理技術、方法的研究也較多，且都有各自的優(yōu)缺點。絮凝劑和固化劑處理法通過向廢棄泥漿中添加絮凝劑、固化劑等,使之發(fā)生物理一化學反應,轉化為類似于土壤結構的固體,然后進行填埋或用作建筑材料，固化劑用量大，處理成本高,性價比較低。機械脫水處理法采用加壓等物理方法，使用脫水機進行廢棄泥漿固液分離作業(yè)，達到廢棄泥漿減量化處理的目的，但純機械脫水處理運轉能耗高、效率低、成本高。單一泥漿處理技術解決施工現(xiàn)場大量廢棄泥漿的處置還存在一定的局限性，化學絮凝將泥漿進行固液分離，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輸,因此對分離出的固相進行機械脫水,達到進一步縮減體積，便于運輸?shù)哪康??；诖耍C合各技術優(yōu)勢，以資源化、減量化、無害化為目標，提出一種化學物理相結合的處理方式，即化學絮凝與機械脫水相結合的廢棄泥漿處理方法。
2.2處理設備選型在施工現(xiàn)場處理廢棄泥漿時，需根據(jù)現(xiàn)場具體情況，綜合考慮廢棄泥漿處理設備特性和管線布置、設備所占的場地、單位時間處理能力、廢棄泥漿濃度以及相關的測量儀器和操作工人的熟練程度等，以此來選擇能夠連續(xù)操作且自動化程度高、設備價格低廉、占用場地小的處理設備?；谀嗨胶忭敼苁┕U棄泥漿特點,要求選擇的設備系統(tǒng)處理能力強、裝機功率低、系統(tǒng)能耗低，處理后土方含水率達到44%以下，濾水能循環(huán)再利用等。通過對若干泥漿處理設備進行比選分析研究，發(fā)現(xiàn)ERSU-0型泥漿壓濾分離設備功效、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備。
3廢棄泥漿處理關鍵工藝研究
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)廢漿理化性質制備絮凝劑溶液，按比例加入到設備箱進行勻質攪拌混合。勻質后自動進入自動絮凝裝置,進行絮凝。泥漿絮凝后，濃縮裝置采用重力原理進行脫水，將水排入接水盤，將泥送入下層壓濾裝置。濃縮后的泥進入壓濾裝置后自動進行漸進式蠕動工藝，再次將水擠出。擠出后的泥進入高壓壓濾裝置，再次脫水。最后把泥壓成泥餅后進入排泥口吐出，用皮帶輸送機輸送到指定的集土坑。整個工藝流程一次連續(xù)性完成，不需間斷操作。整個處理工藝的關鍵是絮凝劑應用和脫水工序管控，下面對其技術要點進行闡述。
3.1絮凝劑應用
不同種類的絮凝劑有契合自身條件下的最優(yōu)摻加量,偏離最優(yōu)摻加量一定范圍不但會造成絮凝劑材料浪費，還會導致絮凝功效下降。欠量會導致絮凝作用不足,過量會導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，無機絮凝劑或有機高分子絮凝劑處理廢棄泥漿時，都需要根據(jù)絮凝劑所適宜發(fā)揮的化學物理環(huán)境來確定適當?shù)膽梅绞?。本文通過試驗與現(xiàn)場應用測試，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、第二攪拌箱和存儲絮凝劑溶液的儲存箱構成，第一攪拌箱、第二攪拌箱和儲存箱依次按照上、中、下位置設置。采用本文選取的聚丙烯酰胺材料，先在第一攪拌箱中預先制備成一定濃度的聚丙烯酰胺溶液，將濃溶液通過計量管道流入第二攪拌箱中，此時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，然后溶液通過閥門的控制流入到儲存箱中備用。
3.2脫水工序管控
添加絮凝劑后泥漿開始進入脫水工序。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比較低，相應的后續(xù)壓濾工序脫水效果和處理量都會更高。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，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，當泥渣層厚度過厚時還會出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象。濾帶速度快其處理量也會變大，但當速度過快時又會導致待處理殘積物在濾帶上停留時間過短而無法保證壓濾脫水效果。濾帶張緊力也是一個重要影響因素，張緊力過大不但會出現(xiàn)跑泥進而影響處理效率，還會影響機械設備的使用壽命。張緊力過小，壓濾處理不徹底會導致處理后的泥渣含水率過高。此外在壓濾脫水處理工序中，為確保濾布過濾性能，需要準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壓輥脫水段，此時壓力最大，如前述工序脫水處理后的泥渣含水率還是較高，則開啟對壓輥脫水確保泥渣含水率降至40%以下。通過以上脫水工序管控，確保泥漿含水率在40%以下可直接裝車外運，壓濾后的濾水可重復利用。
4工程應用
本文所述廢棄泥漿分離技術應用于上海黃浦江上游閔奉原水支線C2標工程，該標段為閔奉分水點至奉賢現(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)間長度448625m,采用DN5000鋼管節(jié)和DN3600JPCCP管節(jié)，采用泥水平衡式頂管機施工，必須要解決廢棄泥漿處理的問題。應用本文提出的泥漿固液分離技術,在現(xiàn)場進行了20余次每次進料100m3廢棄泥漿的定量分析研究，對排出的經(jīng)過處理后土與水方量數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖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,外運量相對于泥漿減量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于泥水方量大大減少，不僅占用施工場地面積大幅減少，同時也有效的減少了運輸量，從經(jīng)濟效益上對工程大有裨益。
5結語
隨著我國城市化進程中對環(huán)保要求越來越高,城市建設施工過程中泥漿處置標準的提升，優(yōu)化泥水分離技術。開發(fā)節(jié)地節(jié)能高效泥漿處理新技術及裝備已成為新的熱點和發(fā)展趨勢。本文所研究闡述的泥漿技術能較好的處理廢棄泥漿，減少環(huán)境污染,節(jié)省施工場地并有效減少運輸量,經(jīng)濟社會效益顯著。
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