CN104961270A - 一种处理工程废浆的药剂真空预压法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境保护技术领域，具体为一种处理工程废浆的药剂真空预压法。本发明的基本步骤为：首先通过在废浆中加入适当种类与数量的化学药剂使其含水量降低，并形成具有一定骨架结构的沉淀物；然后再对沉淀物施加真空荷载进行预压，使沉淀物含水量进一步降低，待降低到预定要求之后停止加载，拆除真空排水***，并将固液分离后的泥土运至需要的场地。本发明方法处理量大、处理效率高，一次性处理几万到几十万方泥浆，特别适合于集约化泥浆处理；分离后的泥土具有较低的含水量和较高的强度，可以用作建筑材料的原料，如可用于制砖或者回填的建筑场地，补充土方的不足；并且可与围海造地联合，将最终处理后的泥土回填到围圈区域，可节约工期、降低成本。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种高含水量泥浆快速固液分离方法。
背景技术
随着地下连续墙、盾构隧道和钻孔灌注桩等地下工程的日益增多，这些工程施工过程中所产生工程废弃泥浆也越来越多，废弃泥浆一般具有如下特点：1) 粘粒含量高、分散性强，自然放置短时间内或始终不难完成自重固结；2) 含水率极高，一般约为160～300%，长期处于流动状态，会对放置场所造成严重污染。
目前工程废弃泥浆（以下简称“废浆”）的常规处理方法有直接外运排放、离心过滤、机械压滤及真空过滤四种常见处理方法。(1) 外运排放是将废浆外运至郊外使其自然干化的一种处理方法。这种方法的处理效率很高，但是若排放到陆地会造成原状土壤板结而使其失去耕种能力，若排放到河道、海洋则会对所在水域产生污染；(2) 真空过滤利用真空压滤机将废浆固液分离的一种有效处理方法，不足在于处理效率低，且由于在处理粘粒含量较高的泥浆时容易产生淤堵，因此，在技术方面也面临瓶颈。(3) 离心过滤是将泥浆装入离心泵中，在高速旋转的离心泵中液体被排出，固体留下来的一种方法，不足之处是处理效率比较低；(4) 机械压滤能够在较短的时间内将废浆中固体颗粒与液体分离，分离后所产生的泥饼可用作工程材料(如烧成砖)使用，缺点是处理效率低，占用场地大，不适合在场地有限的施工现场处理废浆。
在以上四种处置技术中，目前常采用的是外运排放，这与人们的环保意识差、现有泥浆处理观技术落后和其他方法处理费用过高等原因有关。长期以来所采用的这种外运排放方式对海洋、陆地等收纳地的环境已产生污染或者即将面临潜在的严重污染威胁，并且近年来这种状况一直在加剧。随着人们环保意识逐渐增强，这种粗放的泥浆处置方式不断受到质疑和反对，迫切要求业内技术人员开发高效、环保的泥浆处置技术，本发明正是在这种背景下所开发出的一种泥浆处置(即固液分离)新方法，其特别是采用不同于真空过滤法的真空预压方法与化学添加剂相结合对泥浆进行快速、高效、集约化处置，有着广阔的应用前景及良好的社会效益。
发明内容
本发明的目的在于针对目前工程废浆处置技术中存在的诸多问题与不足，提出一种能够大批量、快速、集约化的工程废浆处理方法。
本发明提出的工程废浆处理方法，即固液分离方法，是将使泥浆中小颗粒变成大颗粒的添加化学药剂法与适合于大面积高含水量疏浚淤泥处理的真空预压法(不同于前面的真空过滤法)相结合，称为药剂真空预压法。其基本步骤为：首先通过在废浆中加入适当种类与数量的化学药剂使其含水量降低，并形成具有一定骨架结构的沉淀物；然后再对沉淀物施加真空荷载进行预压，经过一段时间的加载使沉淀物含水量进一步降低，待降低到预定要求之后停止加载，拆除真空排水***，并将固液分离后的泥土运至需要的场地。
本该发明将添加化学药剂法与真空预压法两种方法有机结合在一起，二者是相互促进与补充的关系，加入化学药剂是为防止真空预压法中的滤膜淤堵现象，大大提高真空预压的固液分离效率；真空预压法是为了达到单单加入化学药剂无法完成的预期目标。
本发明提出的药剂真空预压法进行工程废浆处理的操作步骤为：
（1）对拟处理废浆的特性进行分析，通过使泥浆中土颗粒最大化原则，确定化学药剂A和B(根据需要可添加药剂C)各自的浓度和配比，以废浆体积为基数，A、B、C的掺入比分别约为0.01%～0.06%、0.05%～0.4%，0.001%～0.005%。
（2）按照所确定的掺入量、配比，按照先加A，等待30～60min后再加B的次序在装有废浆的沉淀池中加入化学药剂A和B(根据需要可添加药剂C)，采用低速搅拌器充分搅拌混合并静置120~180min，使其完成自然沉淀。
（3）静置一定时间后从沉淀池中取样，进行含水率、颗分等试验，当各项指标达到所要求的值时，将上部液体排出，完成第一步固液分离。
（4）与废浆自然沉淀同步，按设计要求在真空固液分离池中布置真空排水网络***。
（5）第一步固液分离结束后，将沉淀物用泵抽送至已布置好真空网络排水***的固液分离池，泵送量根据设计要求而定。
（6）在沉淀物上按要求铺设土工布、密封膜等，并将真空排水网络***的总管与真空泵相连，通过真空预压（真空度控制在30~80kPa），进行第二步固液分离。
（7）在真空预压过程中，每隔一段时间取样分析沉淀物的性质，当达到设计要求的含水率和强度等指标时停止真空加载。
结束后拆除真空网络排水***，并将真空固液分离池中的沉淀物用土方车运送至所需地点，完成处理。
本发明中，所述真空排水网络***，包括：真空泵6、排水连接管7、排水总管8、横向排水管9与竖向排水管10等组成，横向排水管9与竖向排水管10各自均是平行布置，间距为0.5~1.2m，二者纵横交叉组成空间网状结构分布于真空固液分离池中；各横向排水管与竖向排水管汇合到排水连接管7，并与所述真空泵6相连接。
以上施工流程为真空固液分离的常规程序，在具体实施中，每个参数，例如排水网络***中排水管的间距和长度，滤管、主管间距以及放置形式等，都需要经过计算，同时结合工程实践经验来确定。其中，排水总管8可采用PVC管、钢管、波纹管等滤水管，横向排水管9与竖向排水管10可采用软质或硬质PVC管、波纹滤管、塑料排水板等排水通道，软式透水管外包滤膜，各排水主管汇合到排水连接管7，并与所述真空泵6相连接。
对于已经排放到场地内的泥浆，可以通过高压喷射注浆 (干剂或湿剂) 方式将药剂注入到泥浆内，使之混合并沉淀，其他步骤同上。
本发明中，所述药剂A用于吸附、网捕、电中和，以及增大土颗粒粒径等，所述药剂B起到增强药剂A的作用，所述药剂C在真空预压过程中，用于助滤、提高效率。通常药剂A采用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁或聚合硅酸铝等，药剂B采用粉煤灰、生石灰或熟石灰等，药剂C采用石膏、氢氧化钠等。
本发明所述的工程废浆，除了建筑施工过程中产生的废浆之外，还包括：围海吹填造地过程中产生的吹填淤泥、疏浚航道中产生的疏浚淤泥、矿山开采过程中的洗矿污泥、城市生活和水处理过程中产生的污泥等高含水量流态的泥水混和物等。
本发明的药剂真空预压法与现有泥浆固液分离技术相比，具有如下显著特点：
（1）本发明中的真空处理方法不同于普通的真空压滤法，而是用来处理大面积疏浚淤泥的真空预压法，具有处理量大、处理效率高的特点，可一次性处理几万到几十万方泥浆，特别适合于集约化泥浆处理。
（2）在真空预压之前添加相应的化学药剂，该化学药剂不仅是对泥浆进行初步固液分离，还具有增大泥浆中的土颗粒粒径、形成空间结构和增大沉淀物渗透性能的作用。在A、B、C三种化学药剂中，药剂A起到吸附、网捕、电中和与增大土颗粒粒径等作用，药剂B起到增强药剂A的作用，药剂C在真空预压过程中起到助滤、提高效率的作用。
（3）药剂真空预压法具有在真空预压过程中防止排水管外包滤膜淤堵的作用，能大幅度提高真空预压固液分离的效率。
本发明的意义与应用前景
（1）为废弃泥浆找到一条有效、环保的处理途径，可大大减少排放对海洋环境与陆地环境造成的污染，为子孙后代存留更大的生存空间。
（2）分离后的泥土具有较低的含水量和较高的强度，可以用作建筑材料的原料，如可用于制砖。
（3）分离后的泥土具有较低的含水量和较高的强度，可以用于需要回填的建筑场地，补充土方的不足。
（4）直接与围海造地联合，造地需要土方，处理后的泥浆需要去处，二者相互补充，可以将最终处理后的泥土回填到围圈区域；也可以将经过一定药剂处理的泥浆直接回填到圈围场地中，再进行真空预压处理，以达到变废为宝、节约工期和降低成本的目的。
附图说明
图1为药剂真空预压法的工艺流程图。
图2为药剂真空预压法的沉淀池纵剖面图。
图3为药剂真空预压法的真空固液分离池纵剖面图。
图4为图3的真空固液分离池俯视图。
图中标号：1低速搅拌机，2泡沫板，3外加剂泵送管，4废浆泵送管，5原始废浆，6真空泵，7排水连接管，8排水总管，9横向排水管，10竖向排水管，11土工布，12土工膜，13沉淀物。H1为沉淀池高度，L1为沉淀池长度， H为真空固液分离池高度，L为真空固液分离池长度，B为真空固液分离池宽度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明处理泥浆的工艺流程图，其主要步骤如下：
（1）现场采取工程废浆样品，对其含水率、颗粒组成、矿物成分、PH值、比重等特别物理、化学性质进行测定分析。
（2）根据步骤(1)的分析结果确定化学药剂A、B的添加量及配比，A、B的掺入比分别约为0.01%～0.06%、0.05%～0.4%。
（3）根据场地大小、人工、机械台班、待处理废浆量等施工现场实际情况，设计废浆沉淀池、真空固液分离池、泵送量等，如图2 ~ 4所示。
（4）布置沉淀池、真空固液分离池，沉淀池中设有低速搅拌机1，将低速搅拌机1与泡沫板2相连，将废浆5经泵送管4打入沉淀池中到一定高度。
（5）将添加剂A、B依次经泵送管3打入沉淀池中，并用低速搅拌机1进行搅拌，使废浆与添加剂充分混合均匀。
（6）将加入化学药剂后的废浆混合物静置，每隔10~30min时间采用沉淀池中的沉淀物进行分析，当含水率、颗粒分布等指标达到要求后排空上清液。
（7）在上述步骤(5) ~ (6)进行的同时，在真空固液分离池中将横向排水管9与竖向排水板10分别按间距0.5~1.2m布置在分离池中，如图3、4所示。
（8）将沉淀物即待处理废浆13用泵抽送至已布置好真空网络排水***的固液分离池，泵送量根据设计要求而定。
（9）在沉淀物上按要求铺设土工布11、密封膜12等，并将排水管与总管8相连，8由连接管7与真空泵6相连，完成布置后进行真空加载。
（10）在真空预压过程中，按要求每间隔一定时间，取样分析沉淀物的性质，当达到要求的含水率和强度时，停止真空加载。
（11）结束后拆除真空网络排水***，并将真空固液分离池中的沉淀物用土方车运送至所需地点，完成处理。
Claims (3)
1. 一种处理工程废浆的药剂真空预压法，其特征在于具体操作步骤为：
（1）对拟处理废浆的特性进行分析，通过室内沉降柱试验，按照颗粒生成最大化原则，确定化学药剂A和B各自的浓度和配比，以废浆体积为基数，化学药剂A、B的掺入比分别为0.01%～0.06%、0.05%～0.4% ；
（2）按照所确定的掺入量、配比，按照先加化学药剂A，等待30～60min后再加化学药剂B的次序，在装有废浆的沉淀池中加入化学药剂A和化学药剂B，采用低速搅拌器充分搅拌混合并静置120~180min，使其完成自然沉淀；
（3）静置一定时间后从沉淀池中取样，进行含水率、颗分等试验，当各项指标达到所要求的值时，将上部液体排出，完成第一步固液分离；
（4）与废浆自然沉淀同步，按设计要求在真空固液分离池中布置真空排水网络***；
（5）第一步固液分离结束后，将沉淀物用泵抽送至已布置好真空网络排水***的固液分离池，泵送量根据设计要求而定；
（6）在沉淀物上按要求铺设土工布、密封膜，并将真空排水网络***的总管与真空泵相连，进行真空预压，真空度控制在30~80kPa，进行第二步固液分离；
（7）在真空预压过程中，每隔一段时间取样分析沉淀物的性质，当达到设计要求的含水率和强度等指标时停止真空加载；
其中，化学药剂A选自聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硅酸铝、微生物絮凝剂 ，化学药剂B选自粉煤灰、生石灰、熟石灰、硅藻土、珍珠岩 。
2. 根据权利要求1所述的处理工程废浆的药剂真空预压法，其特征在于步骤（2）中还加入化学药剂C，化学药剂C掺入比为0.001%～0.005%；化学药剂C选自石膏、氢氧化钠。
3. 根据权利要求1所述的处理工程废浆的药剂真空预压法，其特征在于所述真空排水网络***，包括：真空泵（6）、排水连接管（7）、排水总管（8）、横向排水管（9）与竖向排水管（10），横向排水管（9）与竖向排水管（10）若干根，横向与竖向排水管分别按照0.5～1.2m间距平行布置，各横向排水管与竖向排水管汇合到排水连接管（7），并与所述真空泵（6）相连接。
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