顶管废泥浆固液分离技术

1概述

泥浆顶管具有适用地质范围广、开挖面有效稳定、对管道周围土地扰动小、地表沉降小等优点。，并已在多个顶管工程中得到应用。但这种施工方法是依靠泥浆压力来平衡开挖面的水土压力，以泥浆作为运输渣土的介质，不可避免地要使用大量的泥浆，这样就会产生大量的废泥浆。目前这种废泥浆一般都是通过运输的方式运到某个地方倾倒。这种方法会对排土场的土壤结构和动植物生长造成很大的危害，在运输过程中也会造成二次污染。而且如果用泥罐车运输，运输效率低，成本高。顶管废泥浆成分复杂，是由水、膨润土颗粒、粘性土颗粒和添加剂组成的悬浮体系，还混有一些来自不同地层的土颗粒。一般来说，水占体积的70 & # 12316；80%，其中固体颗粒占20% & # 12316；30%，pH 2.5 & # 1231612，甚至13及以上，属于碱性。废泥浆还具有颗粒细、级配差、粘流状态、脱水困难的特点，自然干燥脱水过程极其缓慢。如果不进行环保处理，废泥浆中的有害物质会污染倾倒场的土壤和水体，从而威胁人和动植物的健康和安全。因此，研究泥水平衡顶管施工中废弃泥浆的绿色无害化处理技术迫在眉睫。

废泥浆处理方法及设备选型研究

2.1处理方法的选择

目前，废泥浆的处理方法很多。近年来，关于废弃泥浆处理技术和方法的研究很多，各有优缺点。以及絮凝剂和固化剂的处理方法。通过在废泥浆中加入絮凝剂和固化剂，使其发生物理化学反应，转化为类似土壤结构的固体，然后填埋或用作建筑材料。固化剂用量大，处理成本高，性价比低。机械脱水采用加压等物理方法，利用脱水机对废泥浆进行固液分离，达到废泥浆减量化的目的。而单纯的机械脱水，能耗高，效率低，成本高。单一的泥浆处理技术在处理施工现场的大量废泥浆时仍有一定的局限性。化学絮凝将泥浆从液体中分离出来，但沉淀分离出来的固体含水量仍然较高，固相不能直接堆积运输。因此，分离出的固相被机械脱水，以进一步减小体积和便于运输。基于此，结合各种技术的优势，以资源化、减量化和无害化为目标，提出了化学物理相结合的处理方法，即化学絮凝和机械脱水。

2.2处理设备的选择在施工现场处理废泥浆时，需要综合考虑废泥浆处理设备的特点和管道布置、设备占用的场地、单位时间的处理能力、废泥浆的浓度以及相关测量仪器和操作人员的熟练程度等因素。根据现场的具体情况，选择可连续运行、自动化程度高、设备价格低、占地面积小的处理设备。基于泥水平衡顶管施工中废泥浆的特点，要求所选设备系统处理能力强，装机功率低，系统能耗低，处理后的土方含水率可达到44%以下，过滤后的水可循环使用。通过对几种泥浆处理设备的对比分析，发现苏尔-0泥浆压滤机分离设备在效率、节能和环保方面具有优越性。因此，选择苏尔-3泥浆分离设备(如图1所示)作为背景工程泥水平衡顶管废泥浆的固液分离处理设备。

废泥浆处理关键技术研究

本文所述的废浆处理方法首先收集废浆，根据废浆的理化性质配制絮凝剂溶液，按比例加入到设备箱中进行均匀搅拌混合。均质后自动进入自动絮凝装置进行絮凝。污泥絮凝后，浓缩装置利用重力原理脱水，将水排入接水盘，并将污泥送入下部压滤机。浓缩后的泥浆进入压滤装置后，自动进行渐进式蠕动过程，水再次被挤出。挤出的污泥进入高压压滤机再次脱水。之后，泥浆被压成泥饼，然后进入出泥口吐出，由皮带机运送到指定的集土坑。整个工艺过程一次连续完成，没有间歇操作。整个处理过程的关键是絮凝剂的应用和脱水过程的控制。技术要点描述如下。

3.1絮凝剂的应用

不同种类的絮凝剂有各自的最佳用量。在一定范围内偏离最佳投加量，不仅浪费絮凝剂材料，还会导致絮凝效率下降。用量不足会导致絮凝不充分，用量过多会导致待絮凝液体的“再稳定”，即随着絮凝剂用量的增加，浊度(絮凝效果的体现因子)在降低到一定程度后不再继续降低，而是随着絮凝剂用量的增加而增加，典型表现为液体胶体颗粒吸附成团后的失稳。不同种类的絮凝剂具有不同的絮凝效果。无机絮凝剂或有机高分子絮凝剂处理废泥浆时，需要根据适合絮凝剂发挥作用的化学和物理环境，确定合适的应用方式。本文通过实验和现场应用试验，对不同处理条件下适用的絮凝剂品种和用量进行了研究和分析。经过材料比较，本论文的背景工程选择聚丙烯酰胺作为絮凝剂材料。絮凝箱配制合适的絮凝溶液，絮凝箱由配制絮凝剂溶液的第一搅拌箱、第二搅拌箱和储存絮凝剂溶液的储存箱组成，第一搅拌箱、第二搅拌箱和储存箱按上、中、下位置依次排列。本文选用的聚丙烯酰胺材料预先在第一搅拌罐中配制成一定浓度的聚丙烯酰胺溶液，浓缩液通过计量管道流入第二搅拌罐。此时加入一定量的清水混合搅拌，得到给定工况下所需浓度的聚丙烯酰胺溶液，然后溶液在阀门的控制下流入储槽备用。

3.2脱水过程控制

加入絮凝剂后，泥浆开始进入脱水过程。脱水分为重力脱水段和压滤脱水段。重力脱水段可将废泥浆的含水率降至66% & # 12316；重力脱水工段的脱水效果对后续压滤工段的脱水和处理能力影响很大。重力脱水效果显著，脱水后的残渣含水率会更低，相应后续压滤工序的脱水效果和处理能力会更高。压滤段主要控制过滤带的效率。滤带速度快，处理量不变时，压滤后的污泥层厚度薄。如果滤带速度慢，压滤后的泥层厚度就会厚，泥层厚度过厚就会出现漏泥。过滤带的速度越快，处理能力越大。但速度过快时，待处理的残渣在过滤带上停留时间过短，压滤脱水效果无法保证。皮带张力也是一个重要因素。张力过大不仅会导致跑泥，影响处理效率，还会影响机械设备的使用寿命。如果张力过小，压滤处理不彻底，处理后的污泥含水率会过高。另外，在压滤脱水过程中，为了保证滤布的过滤性能，需要准备高压水枪定期冲洗滤布，防止污泥堵塞滤布的孔隙。压滤脱水的下一道工序是反压辊脱水阶段，此时压力高。如果上一工序脱水后污泥含水率仍然较高，启动反压辊脱水，确保污泥含水率降至40%以下。通过以上脱水过程控制，保证了含水率在40%以下的泥浆可以直接装车外运，压滤后的过滤水可以回用。

4工程应用

上海黄浦江上游民丰原水支线C2标段工程采用了本文所述的废浆分离技术。本标段为民丰引水点至奉贤现有黄浦江取水泵站附近新建调节池原水管道的一部分。顶管段长448625米，采用DN5000钢管接头和DN3600JPCCP管接头，采用泥水平衡式顶管机施工。因此，必须解决废泥浆的处理问题。应用本文提出的泥浆固液分离技术，在现场对100m3废泥浆进行了20多次定量分析研究。图2显示了处理过的土壤和排放的水的数量统计。

从图2中可以看出，分离出的土与水的比例基本在1: 1左右，分离出的干土(如图3所示)可以直接装车外运，外运的土比泥浆体积减少80%，处理后的水引入水箱循环使用。但由于分离出的干土体积较泥浆体积大大减小，不仅大大减少了施工场地的面积，而且有效地减少了运输量，从经济效益上讲，对项目大有裨益。

5结论

随着我国城市化进程中对环境保护要求的不断提高，城市建设过程中污泥处置标准不断提高，泥水分离技术不断优化。开发节地、节能、高效的污泥处理新技术和设备已成为新的热点和发展趋势。本文研究的泥浆技术能够较好地处理废弃泥浆，减少环境污染，节约施工场地，有效减少运输量，具有显著的经济效益和社会效益。

(来源:上海基础工程集团有限公司)

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