藥劑真空預壓法處理工程廢棄泥漿

王 棟

(上海大學土木工程系，上海 200072)

藥劑真空預壓法處理工程廢棄泥漿

王 棟

(上海大學土木工程系，上海 200072)

針對浙江溫州某工地的廢棄泥漿的含水率、pH值、顆粒組成及礦物成分進行研究，通過最佳絮凝試驗確定了最佳絮凝劑添加量，并采用了一種新型處理方法——藥劑真空預壓法處理該地區的廢漿。試驗結果表明：(1)試驗泥漿以粘粉顆粒為主,其礦物成分主要為石英、伊利石還含有少量的高嶺石、斜長石、堿性長石及方解石；(2)不同APAM絮凝劑添加量下，廢棄泥漿的濁度隨時間增加而減小，且初始濁度最低時對應的添加量為最佳添加量；(3)藥劑真空預壓法能夠有效壓縮廢漿體積、減低廢棄泥漿的含水率。

藥劑真空預壓；濁度；模型試驗

1 最佳絮凝試驗

廢棄泥漿含水率、pH值、顆粒組成及礦物成分是影響泥漿處理效果的重要因素，對于泥漿的基本性質的研究很有必要。絮凝沉淀法是藥劑真空預壓法的第一個步驟，目的是通過絮凝劑的絮凝作用快速降低原始泥漿的含水率，以提高處理效率。由于陰離子聚丙烯酰胺(Anionic Polyacrylamide，簡稱APAM)在處理泥漿時具有絮凝速度快、添加量少且效果明顯的優點，所以本文選取APAM(分子量2 000萬)作為絮凝沉淀階段的藥劑。通過沉降柱試驗測試出泥漿最佳絮凝狀態下的添加量。

1.1 廢漿試樣特性

試驗所取泥漿為浙江省溫州市某鉆孔灌注樁施工工地的廢棄泥漿。泥漿含水率為156.1%、pH值為8.0呈弱堿性、泥漿密度1.326 g/cm3。礦物成分見表1，試驗泥漿主要礦物成分為石英和伊利石，還含有少量的高嶺石、斜長石、堿性長石及方解石。

溫州泥漿的顆粒組成見圖1，從中可以看出原始泥漿以粉粘細顆粒為主，含大于0.075 mm的砂顆粒約19%，0.005～0.075 mm 粉粒約占44.6%，小于0.005 mm的粘粒約占46.4%。

圖1 原狀廢漿顆粒分布曲線

表1 泥漿礦物成分

1.2 沉降柱試驗

上清液濁度(單位：NTU)反映了絮凝后上清液含有小顆粒的多少，是反映絮凝效果優劣的評價標準之一。為了確定絮凝劑的最佳添加量，選取上清液的濁度為標準，通過沉降柱試驗研究絮凝劑添加量與絮凝后上清液濁度的關系，確定最佳絮凝添加量，并研究了上清液濁度與絮凝沉降時間變化關系。

試驗器材：500 ml燒杯、500 ml量筒、玻璃棒、滴定管、移液管、電子天平、計時器和SGZ-200AS型濁度儀等。

試驗過程：將APAM先配制成質量溶度為2‰的絮凝劑溶液，分別將不同添加量(25 ml、30 ml、35 ml及40 ml)的溶液倒入裝有200 ml廢漿的燒杯中充分攪拌均勻，然后將絮體轉移至500 ml量筒中，按時間測定并記錄固液分離后上清液濁度。

1.3 試驗結果分析

濁度隨時間變化關系曲線見圖2，從中可以看出：(1)加入25 ml APAM溶液濁度值初始值最高，由此可以看出加入25 ml絮凝劑溶液，仍有較多的微小顆粒懸浮在上清液中，故濁度值最高。(2)加入35 ml及40 ml APAM溶液上清液初始濁度反而高于加入30 mlAPAM溶液，說明加入35 ml及40 ml絮凝劑已經過量。上清液中的微顆粒被過量的絮凝劑包裹，顆粒表面無空白表面供絮凝劑進行吸附架橋作用形成更大的顆粒，從而懸浮在上清液中。(3)加入30 ml絮凝劑初始濁度最低，30 ml為最佳添加量。(4)從濁度與時間變化曲線的斜率來看，絮凝沉降初期斜率較大，24 h后逐漸趨于平緩，這主要是由于上清液里的微小顆粒在絮凝沉淀前24 h仍在不斷被絮凝劑形成的網狀結構籠絡，24 h以后絮體趨于穩定。

圖2 濁度隨時間變化關系曲線

2 藥劑真空預壓固液分離試驗

2.1 試驗器材

自制有機玻璃模型箱、密封圈、自制透水管(等效孔徑為180 μm)、土工布、真空表、真空管、真空泵、抽濾瓶(標好刻度)、電子稱、標準篩、烘箱及美國麥克AutoPore IV 9500壓汞儀等。模型試驗裝置簡圖見圖3。

圖3 模型試驗裝置圖

2.2 試驗過程

(1)連接、組合真空預壓裝置。

(2)取62.4 L泥漿，按最佳絮凝劑添加量(30 ml/200 ml)添加9.36L2‰APAM溶液、攪拌均勻，攪拌速率為120 r/min，攪拌時間10 min。

(3)泥漿絮凝后靜置24 h，吸出上清液，并記錄上清液體積。

(4)真空試驗過程中真空度保持在85 kPa左右，過程中記錄真空度、出水量、沉降量(水液面、土面對應刻度)。

(5)真空試驗持續時間136 h，卸載后打開模型箱測試不同位置處土樣進行含水率試驗及壓汞試驗測定其含水率及孔隙率。

2.3 試驗結果及數據分析

(1)真空預壓過程中出水量

真空預壓過程中出水量見圖4。從圖中可以看出真空預壓前期出水速度較快，前24 h出水量達到了11 900 ml，約占真空預壓階段總出水量25 680的46.3%。出水曲線在真空預壓136 h后趨于平緩，但出水量仍有40 ml/h左右，泥漿含水率仍可進一步降低。

圖4 出水量及真空預壓時間關系曲線

(2)真空預壓過程中的廢漿面高度變化量

真空預壓過程中廢漿液面高度隨時間變化曲線如圖5所示，圖中廢漿面的高度為模型箱標注刻度的讀數，模型箱高為50 cm。從圖5中可以看出加入絮凝劑后泥漿液面初始刻度為8.7 cm,絮凝沉降24 h后排出上清液17 930 ml后，廢漿面高度為19 cm，真空預壓136 h后廢漿面高度下降至33.65 cm。藥劑真空法處理后根據廢漿的高度，換算成廢漿體積約為28.4 L，約占處理前廢棄泥漿體積62.4 L的45.5%，藥劑真空預壓法能夠有效減少廢漿體積。

圖5 溫州泥漿廢漿面高度

(3)含水率測定

真空預壓處理后從模型箱內按距離中心不同距離(1.5 cm、3 cm、6 cm、9 cm、12 cm、18 cm和21.5 cm)取土樣做含水率測試，廢漿的含水率如圖6所示。從圖6中可以看出，絮凝沉降24 h后，廢漿含水率從156.1%降到了129.57%，真空預壓136 h后含水率從129.57%降至50.09%。試驗后距離中心位置越近含水量越低，這是由于本試驗裝置是從中心施加真空的，真空度首先到達中心位置，真空度隨著距離的增加逐漸遞減，所以距離中心越近越易出水。各個位置含水率在37.8%～55%范圍內，藥劑真空法能夠大幅度降低廢漿的含水率。

圖6 含水率與位置關系曲線

3 結 論

通過最佳絮凝實驗確定了最佳絮凝劑添加量并探究了濁度隨時間變化關系，通過藥劑真空預壓室內模型試驗研究了廢棄泥漿的固液分離特性，結論如下：(1)溫州地區某工地的工程廢棄泥漿以粘粉細顆粒為主，其礦物成主要為石英、伊利石，還含有少量的高嶺石、斜長石、堿性長石及方解石；(2)不同APAM絮凝劑添加量下，廢棄泥漿的濁度隨時間增加而減小，且初始濁度最低時對應的添加量為最佳添加量。(3)藥劑真空預壓法能夠有效壓縮廢漿體積、減低廢棄泥漿的含水率。

[1] 房凱, 張忠苗, 劉興旺,等. 工程廢棄泥漿污染及其防治措施研究[J].巖土工程學報, 2011, 33(S2): 238-241.

[2] 答治華,李剛,劉建華,等. 鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工泥漿處理設備的研制[J].鐵道建筑,2009,(10):30-32.

[3] 武亞軍,陸逸天,牛坤,等. 藥劑真空預壓法處理工程廢漿試驗[J].巖土工程學報,2015,1435(16):1-9.

The treatment of construction waste slurry with additive agent combined vacuum preloading

WANG Dong

(Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072，China)

In this paper, the water content, pH value, particle composition,and mineral composition of Wenzhou construction waste mud has been studied . The best flocculation condition has been studied to find the best addition amount for waste slurry . And the additive agent vacuum preloading model tests has also been performed to handle slurry . It was found that: (1)the particle composition of the test mud consists mainly of silt and clay, the mud mainly consists of quartz and illite and a small quantity of kaolinite , plagioclase and alkali feldspar.(2)turbidity of the mud decreased with increasing time in different adding amount .And the lowest turbidity match the best addition amount for waste slurry . (3)the method of the additive agent vacuum preloading can reduced slurry volume and reducing the moisture content of the mud.

additive agent combined vacuum preloading;turbidity;model test

2016-05-13

王棟(1990-)，男，江蘇揚州高郵人，研究方向：巖土工程。

TU449

C

1008-3383(2017)02-0005-03