殷 俊，江建斌，顧春杰，宋剛練（上海市地礦建設(shè)有限責(zé)任公司，上海 200072)

近年來(lái)，聚丙烯酰胺（PAM）因其優(yōu)異的絮凝特性，在污泥調(diào)制脫水領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。目前，國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者針對(duì)河湖淤泥、活性污泥資源化作了較多研究[4]，而建筑施工廢棄泥漿的處理主要以固液分離為主[5]，在廢棄泥漿的減量化及資源化的處理和再利用過(guò)程中仍存在較多問(wèn)題[6]。江建斌等[7]通過(guò)研究得出有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺對(duì)泥漿具有較好的絮凝沉降效果。Sloan 等人[8]曾用中試裝置對(duì)不同的脫水方式進(jìn)行過(guò)全面的比較，認(rèn)為采用壓濾機(jī)脫水，污泥含固率高，能耗低。龍莉波[9]等研究出了一種離心式泥漿凈化裝置，可以有效地降低泥漿的外運(yùn)量。

本文在參考前人的研究基礎(chǔ)上，針對(duì)目前鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理工藝在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，自行設(shè)計(jì)了一套泥漿絮凝-脫水工藝，并應(yīng)用于上海某樁基項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管控，確定設(shè)備合理的運(yùn)行參數(shù)，以期為后繼鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)廢棄泥漿的減量化處理提供理論和參數(shù)上的支持。

1 項(xiàng)目概況

周浦七號(hào)地塊建設(shè)工程位于上海市浦東新區(qū)，基坑開挖總面積 47 352 m2，總延長(zhǎng) 2 283 m。采用鉆孔灌注樁結(jié)合攪拌樁止水帷幕的形式進(jìn)行圍護(hù)，樁徑為 φ 650～900 mm，共 1 483 根，樁長(zhǎng) 12.5～23 m。施工過(guò)程中每天產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)采用該泥漿絮凝-壓濾脫水工藝對(duì)泥漿進(jìn)行處理，緩解泥漿的外排壓力，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約項(xiàng)目成本?，F(xiàn)場(chǎng)泥漿具體理化性質(zhì)見表1。

表1 初始泥漿各項(xiàng)性質(zhì)指標(biāo)

2 泥漿絮凝-壓濾脫水工藝簡(jiǎn)介

該泥漿處理工藝主要包括泥漿的輸送、絮凝劑的配制、泥漿與藥劑的混合反應(yīng)及泥漿絮體的脫水幾個(gè)步驟，其工藝流程如圖1 所示。

圖1 泥漿絮凝-壓濾脫水工藝流程

首先，將鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)泥漿池中的泥漿用泵打入泥漿箱中，泥漿箱中安裝一個(gè)攪拌裝置防止泥漿靜置過(guò)程中產(chǎn)生沉淀，攪拌均勻的泥漿由泥漿泵和管道輸送到流體混合設(shè)備中，與藥劑進(jìn)行混合。根據(jù)小試結(jié)果，在藥劑桶中配制現(xiàn)場(chǎng)泥漿所需的 295-L 型絮凝劑（聚丙烯酰胺），為保證絮凝劑的熟化時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)需配備二套藥劑箱。絮凝劑經(jīng)藥劑箱充分?jǐn)嚢枞芙夂?，由藥劑泵（螺桿泵）送到流體混合器中與泥漿充分混合，進(jìn)行絮凝沉淀反應(yīng)。絮凝劑與泥漿反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)入泥水分離設(shè)備，先經(jīng)過(guò)重力濾水區(qū)脫除產(chǎn)物中的自由水，再通過(guò)多級(jí)帶式壓濾區(qū)除去泥漿絮體中大量的結(jié)合水，最后壓濾剩余的渣土堆放在固定存放區(qū)等待外運(yùn)，濾出的水進(jìn)入三級(jí)沉淀池中，經(jīng)過(guò)一定的處理后可以循環(huán)利用。

3 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控

本次中試為保證現(xiàn)場(chǎng)泥漿的處理效果，首先對(duì)各種不同類型的絮凝劑進(jìn)行小試試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比絮凝效果及成本，得出適用于現(xiàn)場(chǎng)泥漿特性的絮凝劑及最佳的藥劑投加量，保證項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)成本及質(zhì)量的控制。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓濾產(chǎn)生的渣土和濾液進(jìn)行采樣檢測(cè)，確保在濾液循環(huán)使用和渣土處置方面的安全性及合理性。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)藥劑的選型

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)上機(jī)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，直接將絮凝劑 295-L 與泥漿混合后，產(chǎn)生的絮體在經(jīng)過(guò)壓濾脫水設(shè)備過(guò)程中，絮體的脫水效果不夠理想，導(dǎo)致壓濾后的渣土中含水量較高且不易成型。為改善上述問(wèn)題，探究向泥漿中投加一定量的助凝劑（生石灰）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泥漿絮凝效果的影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出，添加生石灰的泥漿在與絮凝劑反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)生的絮體較大，硬度較高，并且其壓濾脫水性能也明顯變好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本，最終確定按照 0.5%（按泥漿質(zhì)量計(jì)）的投加量投加生石灰可以使泥漿達(dá)到理想的絮凝-脫水效果。生石灰的投加一方面可以提高泥漿與絮凝劑反應(yīng)時(shí)的 pH，另一方面生石灰可以中和泥漿膠體微粒表面電荷，同時(shí)具有吸附-卷掃兩種效果，可以與泥漿形成小礬花來(lái)提高后續(xù)過(guò)程中的絮凝效果。

3.2 泥漿絮凝后土體粒徑的變化規(guī)律

為保證泥漿絮凝后的壓濾脫水效果，在現(xiàn)場(chǎng)采集泥漿絮凝前后的樣品，對(duì)其進(jìn)行粒徑分析測(cè)試。對(duì)測(cè)試結(jié)果匯總整理如圖2 所示。

圖2 泥漿絮凝前后粒徑分布對(duì)比

從圖2 中可以看出，泥漿與絮凝劑發(fā)生絮凝反應(yīng)之后，泥漿的粒徑有了顯著的變化。小粒徑泥漿顆粒的比例下降，大粒徑泥漿顆粒的比例明顯上升。其中，泥漿顆粒的粒徑＜2 μm 的細(xì)小顆粒所占比例從絮凝前的 20% 降至絮凝后的13%；而 20 μm以上的大顆粒所占比例從絮凝前的 28% 升至絮凝后的 54%?？梢姡?jīng)過(guò)絮凝之后泥漿中小顆粒團(tuán)聚成大顆粒效果明顯。泥漿顆粒的粒徑增大，有利于產(chǎn)生的絮體在進(jìn)一步脫水過(guò)程中的脫水效果，從而提高對(duì)泥漿的處理效果。

3.3 脫水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)試

脫水系統(tǒng)主要由帶式污泥脫水機(jī)（DYQ 2500 P1ZW-L，廣州市綠豐環(huán)保機(jī)械有限公司）及其配套設(shè)施構(gòu)成。泥漿經(jīng)絮凝后的絮體首先流入帶式污泥壓濾機(jī)的布泥器，污泥均勻分布到重力脫水區(qū)上，絮體隨著濾帶的移動(dòng)，迅速除去污泥中的游離水。翻轉(zhuǎn)下的泥漿絮體進(jìn)入預(yù)壓脫水區(qū)，使絮體中的游離水減至最低，最終進(jìn)入擠壓脫水區(qū)，泥漿絮體被夾在上、下兩層濾帶中間，經(jīng)若干個(gè)壓榨滾輪反復(fù)壓榨，將大部分殘存于絮體中的水分濾除。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，皮帶轉(zhuǎn)速過(guò)快容易導(dǎo)致絮體脫水時(shí)間不足，絮體含水量較高的問(wèn)題，濾帶張力過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致泥漿絮體從皮帶二側(cè)跑漿或泄露。因此，濾帶的轉(zhuǎn)速和張力的控制對(duì)泥漿絮體的脫水效果至關(guān)重要。不同性質(zhì)的泥漿產(chǎn)生的絮體對(duì)帶速的要求各不相同，即對(duì)任何一種特定的泥漿都存在一個(gè)最佳的帶速控制范圍，在該范圍內(nèi)，脫水系統(tǒng)既能保證一定的處理能力，又能得到高質(zhì)量（低含水率）的渣土。帶速的控制需要嚴(yán)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)控，濾帶的張力通過(guò)氣動(dòng)系統(tǒng)控制，一般控制在 0.3 ～0.7 MPa。結(jié)合本次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，最終確定壓濾機(jī)上下濾帶張緊氣壓穩(wěn)定在 0.52 MPa 附近。同時(shí)為了克服濾帶上下不對(duì)稱產(chǎn)生漏漿的問(wèn)題，濾帶糾偏氣壓穩(wěn)定在 0.22 MPa 附近。

3.4 渣土及濾液的安全處置

泥漿經(jīng)絮凝-壓濾脫水工藝處理后，為保證濾液及渣土的循環(huán)利用及安全處置。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的渣土及濾液進(jìn)行分批采樣檢查，連續(xù)采集 4 d 壓濾設(shè)備的出土和出水中污染物的濃度。其中，渣土和濾液的編號(hào)分別為 S1、S2、S3、S4和 W1、W2、W3、W4。渣土樣品的檢測(cè)結(jié)果顯示絮凝劑丙烯酰胺的量均＜0.02 mg/L 的檢出限，其他指標(biāo)和中試現(xiàn)場(chǎng)原狀土相同，因此可以用于現(xiàn)場(chǎng)溝槽的回填或者外運(yùn)處置。濾液中各檢測(cè)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同批次濾液檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

從圖3 中可以看出，不同批次的濾液樣品中 COD、NH3-N 和 pH 值隨時(shí)間的變化不大，說(shuō)明該泥漿處理工藝在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的濾液及渣土性質(zhì)都比較穩(wěn)定。其中，濾液中 COD 的含量最高為 82 mg/L，氨氮的含量最高為 18 mg/L，均低于污水排入城鎮(zhèn)下水道的污染物排放限制。從圖3中還可以看出，各濾液樣品中 pH 值均＞11，不宜直接排放，但該中試現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的濾液中 1/3 可循環(huán)用于絮凝劑的配制，其余 2/3 可用于現(xiàn)場(chǎng)鉆孔泥漿的配制，由于濾液的 pH值較高，制得的鉆孔泥漿黏稠度增加，有利于提升泥漿護(hù)壁的效果。如果仍需外排少量濾液，則可通過(guò)添加少量酸性溶液使其 pH 降低到中性，即可滿足外排標(biāo)準(zhǔn)。

4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

該泥漿絮凝-壓濾脫水處理工藝運(yùn)行過(guò)程中的費(fèi)用主要有藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、用電費(fèi)和渣土處理費(fèi)組成。其中，藥劑成本：絮凝劑：14.5 元/kg，生石灰：1 元/kg；人員工資：200 元/d（負(fù)責(zé)設(shè)備操作、維護(hù)、巡視）；電費(fèi)：51.1 kW/h（供系統(tǒng)運(yùn)行用電）；渣土處理費(fèi)：70 元/m3（渣土的收集和外運(yùn)）。該處理系統(tǒng)每日運(yùn)行各項(xiàng)成本占比為：渣土處理費(fèi) 73%；藥劑費(fèi) 17%；人工費(fèi) 4%；用電費(fèi) 6%。

渣土處理費(fèi)用是該泥漿絮凝-壓濾脫水處理工藝主要的成本組成部分，因此渣土的回收利用對(duì)于節(jié)約該工藝的成本至關(guān)重要。同時(shí)該泥漿處理工藝在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定后，平均處理泥漿為 40 m3/h ，按每日運(yùn)行時(shí)間 10 h 計(jì)算，平均能處理泥漿 400 m3/d。通過(guò)計(jì)算得出平均每處理 1 m3泥漿成本約為 28.4 元，與上海市區(qū)泥漿外運(yùn)成本 30 元/m3相比，節(jié)約費(fèi)用 1.6 元/m3。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

（1）現(xiàn)場(chǎng)濾液經(jīng)三級(jí)沉淀后可回用于絮凝劑和鉆孔泥漿的配制，渣土可用于現(xiàn)場(chǎng)樁孔的回填，從而節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)施工材料的成本。

（2）泥漿經(jīng)絮凝-壓濾脫水處理工藝處理后，大大縮減了泥漿的體積，減少了外運(yùn)泥漿的車次及外運(yùn)車輛的能源消耗，從而節(jié)約泥漿的外運(yùn)成本，緩解了泥漿外排對(duì)環(huán)境造成的壓力。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）本文結(jié)合泥漿化學(xué)絮凝沉淀和污泥脫水技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套泥漿絮凝-壓濾脫水工藝。通過(guò)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)該工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，確保項(xiàng)目施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄泥漿得到合理、安全的處置。

（2）通過(guò)對(duì)該工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性核算得到：采用泥漿絮凝-壓濾脫水工藝處理泥漿的成本要略低于泥漿外運(yùn)成本，說(shuō)明該工藝具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性。

（3）隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保行業(yè)的重視，該泥漿處理工藝具有較大的應(yīng)用潛力。根據(jù)各地區(qū)的環(huán)境地質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行最優(yōu)的藥劑選型，并通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)脫水設(shè)備加強(qiáng)管理，爭(zhēng)取獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。