０引言

泥漿處理設備近年來應用在各大中型城市地鐵、房 地產 等 的 建 設，而建設中所產生的泥漿會對城市市容、基 本 農 田 以 及 地 下 水 等 造 成 污 染。建筑泥漿主要由以 下 幾 類 工 程 產 生：鉆孔樁基施工泥漿由旋挖鉆機、正 反 循 環 鉆 機、沖擊鉆機等鉆進成孔施工方式產生；地 下 連 續 墻 施 工 泥 漿 由 連 續 墻、雙輪銑等設備成槽施 工 方 式 產 生；泥水盾構施工泥漿由泥水平衡盾構成 隧 施 工 產 生；非開挖施工泥漿由水平定向鉆及泥水 頂 管 施 工 產 生。建 筑 泥 漿 由 液 體 和 黏 土 組 成，輔 以 添 加 劑，主 要起 保 護 孔 壁、攜 帶 鉆 渣 出 孔 的 作 用。鉆 進 過 程 中，由于 鉆 渣 不 斷 進 入 到 泥 漿 中，泥 漿 的 比 重、黏 度、含 沙量 等 發 生 變 化，不 能 滿 足 泥 漿 性 能 的 要 求，必 須 對 其進 行 凈 化，即 固 液 分 離 后 再 將 泥 漿 中 的 鉆 渣 分 離 循環使 用。目 前，在地下連續墻及樁基施工的作業循環中及結束后會產生大量廢棄泥漿，廢 泥 漿 中 含有蒙脫石等黏土礦物和巖屑，稠 度 大，既 不 能 直 接 排放，又難以在短時間內自然沉降。若 不 及 時 處 理，不但 影 響 施 工，而 且 會 造 成 環 境 污 染 或 水 質 污 染 等 二次 公 害，如廢泥漿自然狀態下難以降解，會 造 成 周 邊地區 土 壤 板 結，土 地 鹽 堿 化，植 被 大 量 破 壞；廢 泥 漿長期累積滲透到地表下水層或隨雨水外溢流入江河小 溪，污 染 水 源，危 害 人 民 身 體 健 康；廢 泥 漿 堆 積 在施 工 工 地 周 圍，占 用 大 量 耕 地 或 草 地，使 占 用 的 土 地失 去 使 用 價 值，成 為 新 的 污 染 源。目前國內對廢棄泥漿處理的研究日益增多，主要 處 理 方 法 有 化 學 固 化 處 理 法、土地耕作處理法、固液 分 離 處 理 法 等。其 中，固液分離處理法工藝相 對 簡 單，產 生 的 清 水 可 以 直 接 排 放，排 出 的 干 泥 可以 就 地 填 埋，特別適用于市政地鐵項目鉆孔泥漿的處 理。本文在廣泛調研的基礎上對國內固液分離泥漿 處 理 設 備 進 行 綜 述，同時設計一款新型移動式泥漿 處 理 設 備。

１國內常見的泥漿處理設備

目前采用固液 分 離 法 處 理 泥 漿 的 機 械 設 備 主 要有振動篩、旋流泥漿凈化器、臥式螺旋離心機等。

１．１振 動 篩振動篩是利用高頻振動作用將流經篩布上的泥漿 中 的 固 體 顆 粒 分 離。振動篩的篩布有多種孔眼型號，一 般 使 用１００目（可 分 離 粒 徑０．１５ｍｍ以 上 的顆 粒）或 更 粗 的 篩 布，使 用 最 密 的 篩 布 為２００目。振動 篩 一 般 設 置 在 處 理 工 藝 的 最 前 端，主 要 用 來 處 理大 顆 粒 固 相。

１．２旋 流 泥 漿 凈 化 器用 泵 將 泥 漿 送 入 旋 流 器 后，泥漿會受到旋流器形 狀 限 制 而 產 生 高 速 旋 流，在離心力的作用下，比 液體 密 度 高 的 固 相 會 靠 向 筒 壁，而密度相對較低的液體 則 在 筒 的 中 間，這樣就可以將較粗的顆粒從泥漿中 分 離 出 來。旋流泥漿凈化器解決了現場泥漿的循環使 用 問 題，提高了泥漿循環效率，節 約 了 成 本，但沒 有 解 決 廢 棄 泥 漿 的 處 理 問 題。

１．３臥 式 螺 旋 離 心 機離心機是惟一 能 去 除 固 相 顆 粒 表 面 自 由 液 體 的固液分離裝置。離心機的轉速越大，能分離出來的固相顆粒粒徑越小，當離心機轉速達到３２００ｒ·ｍｉｎ－１時，可 分 離 出 的 最 小 粒 徑 為２μｍ。離 心 機 一 般 設 置在 處 理 工 藝 的 末 端，主 要 用 來 處 理 小 顆 粒 固 相。依據 泥 漿 中 固 相 物 質 的 顆 粒 大 小 和 粒 徑 級 配，考 慮 處理 后 泥 漿 的 性 能 要 求，可選擇不同的處理工藝，但 須按 照 先 處 理 大 顆 粒 物 質、后處理小顆粒物質的順序進 行 處 理。由于臥式螺旋離心機的工作原理是利用質量差產 生 的 離 心 力 進 行 固 液 分 離，所以必須要對泥漿進行 預 處 理，即 加 入 絮 凝 劑 破 壞 泥 漿 的 膠 體 結 構，形 成內 部 物 質 之 間 的 質 量 差。由于絮凝劑種類繁多（陰離 子、陽 離 子、有 機 絮 凝 劑 等 三 大 類 約３０種 類 型），每一種對應的土質效果都不盡相同，且 絮 凝 劑 價 格較 高，一 般 每 噸 為２００００元，預處理的使用量也較大，約 為５ｋｇ·ｍ－３；所 以 臥 式 離 心 機 的 使 用 成 本 較高，不 利 于 推 廣。

２新型移動式泥漿處理設備的設計

２．１設 計 原 理本設備主要結構部件包括篩網過濾頭、渣 漿 泵、真 空 罐、閥 門、水 力 旋 流 器、隔 膜 式 壓 濾 機、壓 榨 系統、反 吹 系 統、自 動 拉 板 系 統、皮 帶 機。具 體 工 作 流程 如 下：首先在真空罐中充滿清水，由 操 作 人 員 開 啟渣 漿 泵 啟 動 按 鈕，真 空 罐 中 的 引 水 被 抽 空，從 而 使 真空 罐 中 產 生 負 壓，當 壓 力 足 夠 大 時 泥 漿 池 中 的 泥 漿被自動吸入真空罐中，實 現 泥 漿 的 持 續 自 吸 入；當 需要循環使用泥漿時，開 啟 水 力 旋 流 器 閥 門 入 口，泥 漿中粒徑較大的砂石等固體顆粒物被過濾，得 到 比 重約１．０８的 純 泥 漿，即 可 重 復 循 環 使 用；當 關 閉 旋 流器 閥 門、啟動隔膜壓濾機閥門時，泥 漿 通 過 隔 膜 壓 濾機中心孔道向各濾室給料，泥 漿 在 各 濾 室 內 通 過 濾布 進 行 過 濾，過 濾 出 的 清 水 通 過 出 料 口 排 出 到 清 水池 中，而固體顆粒物則在濾布上不斷沉積；工 作 一 段時 間 后，濾 布 上 濾 餅 達 到 一 定 厚 度 時，壓 榨 泵 啟 動，由過濾過程自動轉入壓榨過程，同 時 停 止 給 料；高 壓壓榨泵將壓榨水箱中的壓榨水送入到隔膜板中，隔膜板彈性內板鼓起，與 已 形 成 的 濾 餅 均 勻 擠 壓，使 濾布上泥餅的水分進一步降低；壓 榨 結 束 后，壓 榨 泵 停止，壓榨水回流到水箱，再 用 空 壓 機 壓 縮 空 氣 吹 出 殘留在中心孔道中的泥漿；啟 動 自 動 拉 板 系 統，濾 板 被一 塊 塊 依 次 拉 開，濾 餅 與 濾 布 脫 離 后 掉 落 到 底 部 的皮 帶 機 上，皮 帶 機 同 時 啟 動，帶 動 泥 餅 排 出 到 設 備 前端 事 先 挖 好 的 泥 坑 中，用 裝 載 機 鏟 走；然 后 清 理 濾布，啟 動 下 一 循 環，泥 漿 處 理 工 作 完 成。本 套 設 備 的 核 心 是 壓 濾 技 術。壓 濾 技 術 起 源于 歐 洲，在 德 國、英國被廣泛應用在石油行業、采礦 業、煤 炭 工 業、化 學 工 業、醫 療 業。經 過 上 百 年的 發 展，壓 濾 技 術 不 斷 進 步，作 為 固 液 分 離 技 術，它 具 有 分 離 效 果 好、適 應 性 廣 的 優 點，特 別 對 于 黏細混合液的分離有獨特的優越性。與 其 他 技 術 相比，壓 濾 技 術 有 以 下 特 點：單 位 過 濾 面 積 占 地 少；對 物 料 適 應 性 強；過 濾 面 積 選 擇 廣；過 濾 壓 力 高，濾 餅 含 水 率 低；結 構 簡 單，操 作 容 易，故 障 少，保 養方 便；濾 餅 過 濾 可 得 到 澄 清 的 濾 液，固 相 回 收 率高；過 濾 操 作 穩 定，沒 有 噪 聲。

２．２設 計 方 案

２．２．１整 體 式 框 架為了不超過高速公路運輸限制以及方便轉場，本設 備 整 體 尺 寸 設 計 為９．６ｍ×３ｍ×２．５ｍ，整 體式 框 架 采 用１００ｍｍ×１００ｍｍ的槽鋼焊接而成，主要 起 連 接 各 功 能 部 件 及 方 便 吊 裝 的 作 用，框 架 外 圍設 有 方 便 工 作 人 員 走 行 的 鋼 筋 網 結 構 走 道，頂 部 設有 防 曬、防 雨 棚。

２．２．２真 空 自 吸 裝 置真 空 自 吸 裝 置 包 括 真 空 罐 和 渣 漿 泵。

（１）真 空 罐。考慮到將泥漿池中的泥漿吸上來的 壓 力，所 以 真 空 罐 的 容 積 設 置 為７００Ｌ，同 時 頂 部設 置 有 補 水 口 和 排 氣 口，底部設置有排污口。

（２）渣 漿 泵。渣漿泵既要保證工作時的過濾壓力（８ｂａｒ），又要考慮入料的效率問題，故 選 擇 揚 程為８０ｍ、流 量 為１００ｍ３·ｈ－１的 離 心 泵。

２．２．３壓 緊 機 構本 設 備 壓 緊 機 構 由 液 壓 泵 站、油 缸、壓 緊 板 及 電壓 力 表 組 成。

（１）油缸。考慮到正常工作時過濾壓力為８ｂａｒ，油缸壓緊壓力應在１２～２０ｂａｒ；所以采用Φ３５０油缸。

（２）電 接 點 壓 力 表。液壓油缸壓緊時，當 壓 緊 力大 于 壓 力 傳 感 器 設 定 值（１６ｂａｒ）時，溢 流 閥 開 始 卸載，切 斷 液 壓 電 機 電 源，壓 緊 動 作 完 成。當 壓 緊 力 達到 壓 力 表 下 限 時，油 缸 電 機 啟 動，油 泵 供 油，以 此 保證 過 濾 過 程 中 的 油 缸 持 續 壓 緊。

２．２．４過 濾 機 構過 濾 機 構 由 隔 膜 式 濾 板、濾 布 組 成。

（１）過 濾 方 式。過濾方式有明流出液和暗流出液２種，為保證設備結構的緊湊和操作過程中設備的 整 潔，本 設 備 采 用 暗 流 出 液 方 式，在每個過濾板四角處 開 出 液 圓 孔，在 設 備 尾 部 用 管 道 將４個 出 液 口連 通 在 一 起。

（２）濾 布。濾布是主要的過濾介質，濾 布 的 選 擇和 使 用 對 過 濾 效 果 有 決 定 性 的 作 用，要 根 據 過 濾 物料的ｐＨ值、固 體 粒 徑、含砂率等因素選用合適的濾布 材 料，以實現較低的過濾成本和較高的過濾效率，使 用 過 程 中 要 保 證 濾 布 平 整 不 打 皺。由 于 建 筑 泥 漿主 要 呈 堿 性，并 考 慮 脫 餅 和 效 率 問 題，本 設 備 采 用 錦綸 單 絲 濾 布，透 氣 率 為８００Ｌ·ｍ－２·ｓ－１。

２．２．５壓 榨 機 構壓榨機構由壓榨泵、壓 榨 水 箱、壓 榨 細 管 組 成。

（１）壓 榨 泵。綜 合 比 較 壓 榨 力 對 泥 餅 含 水 率 的影響及目前市場上壓榨板的成本，選 擇 耐 壓１２ｂａｒ的 隔 膜 壓 榨 板，壓榨泵工作壓力設置在８ｂａｒ；壓 力表 上 限 值 設 置 在１０ｂａｒ。

（２）壓 榨 水 箱。工作時的耗水量約在３．５ｍ３，因此設置壓榨水箱容積為４ｍ３。

２．３結構設計及工藝設計

（１）根 據 設 計 方 案 對 產 品 結 構 進 行設 計。

（２）工 藝 設 計。建立泥漿最終處理的工藝流程。

３工程應用及分析評價

３．１工 程 應 用 情 況該課 題 依 托 項 目 為 濟 南 市 軌 道 交 通Ｒ２線 一 期土 建 工 程 施 工 六 標 段（圖３）。根據現場調研數據，該工程主要采用地下連續墻施工工藝，其 中 一 個 槽使 用２００～３００ｍ３泥 漿（考 慮 到 富 余 量，一 般 為４００ｍ３），作 業 中 一 般 泥 漿 循 環 使 用４～６次，一 個 槽 使用 的 泥 漿 經 過 循 環 之 后 最 終 要 產 生 的 廢 棄 泥 漿 約５５ｍ３，后 期 作 業 面 全 開 之 后 可 能 有３～４個 槽 同時 進 行 施 工。設備根據施工時間進行相應的泥漿處 理。

根 據 數 據 計 算 可 得，廢棄泥漿處理量為５５～２２０ｍ３·次－１，處 理 時 間 為２４ｈ。取 日 廢 棄 泥 漿 處 理 量平 均 值 為１４０ｍ３。根 據 現 場 情 況，本設備的應用良好，平 穩 運 行 后基 本 實 現２ｈ一 個 流 程，每 個 流 程 處 理 泥 漿２０ｍ３，處 理 后 排 出 清 水 和 固 態 的 泥 餅 含 水 率 約 為３５％左 右.

３．２影 響 處 理 效 果 的 因 素

（１）影 響 泥 餅 厚 度 的 因 素。根據處理情況可知，在進料泥漿濃度固定的情況下，干 濾 餅 的 厚 度 與 壓濾 時 間 成 正 比 關 系，但 當 壓 濾 時 間 達 到４５ｍｉｎ后，泥餅厚度增加不明顯。

（２）影響泥餅含水率的因素。泥 餅 的 含 水 量 與壓榨 壓 力 有 關，壓 榨 壓 力 越 大，含 水 率 越 低，同 時 通過試驗可確定壓榨時間宜控制在３０ｍｉｎ左 右。

３．３入料口優化設計在 實 際 處 理 中，發 現 設 備 入 料 口 經 常 發 生 堵 頭現 象，故 對 入 料 口 進 行 優 化 設 計，以 解決高濃度泥漿情況下的入料口堵塞問題。

3．４分 析 評 價

３．４．１泥漿處理量計算

（１）單 循 環 泥 漿 處 理 量。現 場 泥 漿 池 尺 寸 為３ｍ×６ｍ，單 循 環 泥 漿 池 液 面 下 降 為４０ｃｍ，單 循 環泥 漿 處 理 量 約 為７．２ｍ３。

（２）單循環排水量。根據現場泥漿處理設備自帶的流量計可知：入料 時 最 大 排 水 量 為１０．９ｍ３·ｈ－１，最 小 排 水 量 為１．２ｍ３·ｈ－１，入料時間１ｈ，入料排水時間約５０ｍｉｎ；壓榨時最大排水量為２．２ｍ３·ｈ－１，最小排 水 量 為１．０ｍ３·ｈ－１，壓 榨 時 間３０ｍｉｎ，壓 榨 排水 時 間３０ｍｉｎ。

（３）單 循 環 泥 餅 排 放 量。根據現場實際情況，泥餅尺 寸 為１ｍ×１ｍ，泥 餅 平 均 厚 度 為２．５ｃｍ，一 個循 環 排 出 泥 餅 數 量 為５９塊，單循環泥餅排放體積為１．４８ｍ３。

３．４．２泥 漿 處 理 成 本 對 比

（１）采用施工組織設計中的泥漿外運方式的成本 核 算。根 據 項 目 部 成 本 測 算，采用專業槽罐車外運 統 一 處 理，一 輛 槽 罐 車 可 運 輸２５ｍ３廢 棄 泥 漿，１輛 車 運 輸 單 價 約 為 每 次２０００元，單 位 處 理 成 本為８０元·ｍ－３。

（２）采用本設備的泥漿處理成本核算。經 初 步測 算，采用新設備進行現場廢棄泥漿處理，設 備 整 機功 率 約５０ｋＷ，按７．２ｍ３·ｈ－１的 效 率 處 理 廢 棄 泥漿，用 時 約２ｈ，耗 電１００度，按 工 業 用 電 電 費 計 算，一次 工 作 用 電 費 用 約 為１００元。泥 水 分 離 后，水 可直 接 循 環 用 于 現 場 施 工，干泥可利用渣土車外運，渣土 車 外 運 成 本 為４０元·ｍ－３，外 運 費 用 為５９．２元。據 此 計 算，采用新設備進行廢棄泥漿處理的成本為２２．１元·ｍ－３。綜 上 可 知，使 用 本 設 備 處 理１ｍ３泥 漿 的 成 本 相對 于 外 運 方 式 節 約５７．９元。

４結語

（１）本 文 對 比 重 在１．０８～１．３２的黃土泥漿均進行 了 現 場 試 驗，對 比 重 大 于１．２的泥漿需要先進行過 濾 預 處 理，去 除 其 中 的 大 顆 粒 砂 石，否 則 極 易 堵 塞入 料 口。采用篩網過濾器后未發生入料口堵塞情況，但 有 泥 餅 分 層 現 象，原因是入料過程中泥漿的比重 前 后 不 一 致，在過濾器中加入攪拌裝置后該問題得 到 了 解 決。

（２）采 用 二 次 壓 榨 及 反 吹 技 術 后，泥 餅 含 水 率 在３５％左 右，泥 漿 比 重 為１．０８時，泥漿處理的壓縮比為９∶１左 右。

（３）本文設計的設備占地２５ｍ２左 右，需 要 提 前做 好 場 地 硬 化，對于泥漿池小且較為分散的情況，可考慮對設備進行小型化設計，從 而 降 低 單 臺 設 備 成本，且更加便于轉場。

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