渣場建設(shè)中厚淤泥固化技術(shù)的應(yīng)用

劉化江，伍福然，龐欣榮

(廣西冶金研究院， 廣西 南寧 530023)

0 引 言

淤泥是一種由粘土礦物等細(xì)微顆粒在粒間靜電力和分子引力的作用下，在河流、湖泊或海洋地區(qū)等緩慢的流水環(huán)境中沉積所形成的絮狀和蜂窩狀結(jié)構(gòu)物。同時淤泥也是一種含水率很高的工程垃圾土，其含水率為液限含水率的1.2～2.0倍，為流動狀態(tài)，強(qiáng)度極低，不能直接被工程所用；由于顆粒細(xì)小，粘粒和有機(jī)質(zhì)含量高，滲透系數(shù)非常低，很難通過脫水固結(jié)的方法提高其強(qiáng)度[1]。

為了治理淤泥問題研究出了一種淤泥固化技術(shù)，即向淤泥中摻入固化劑使之發(fā)生反應(yīng)并短時間內(nèi)使固化淤泥的土工力學(xué)性能得到大幅提高的技術(shù)[2]。目前固化技術(shù)在國內(nèi)外已大量運用于基礎(chǔ)工程、道路工程、水利工程以及垃圾固化等方面[3]。應(yīng)用于堆渣場底部厚淤泥治理尚無文獻(xiàn)介紹，本文對此進(jìn)行了一些探索研究。

1 工程概況

某電解鎳廢渣場共分3個部分，自西向東依次為：1號渣場、2號渣場和3號渣場，渣場平面布置如圖1所示。1號渣場最終堆積標(biāo)高約+60 m，3號渣場最終堆積標(biāo)高約+40 m；2號渣場已筑壩兩座，原為泥塘，未有堆渣，其淤泥主要因1號渣場和3號渣場的廢渣滲濾液均流入該泥塘，并在此經(jīng)沉淀后外排至場外集水池所致。

為了電解鎳冶煉廠持續(xù)產(chǎn)出的廢渣有場地進(jìn)行堆放，現(xiàn)將泥塘改為2號渣場進(jìn)行堆渣，泥塘內(nèi)的水經(jīng)抽干后發(fā)現(xiàn)塘底淤泥厚約4～6 m，且淤泥部分表面有深約1 m的積水。2號渣場內(nèi)的淤泥分布情況見圖2。

圖1 渣場平面布置

圖2 2號渣場內(nèi)淤泥分布情況

2號渣場底部淤泥較厚且量大，據(jù)估算約有10萬m3，其淤泥具有粒徑小、含水量大、分布面積廣且流動性大等特征，同時原泥塘部分水由電解冶煉廠排入，雖然所排放的固體廢物滲濾水已達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)，但淤泥中仍含有一定的毒害元素。由于2號渣場底部厚淤泥的存在以及其中所含的毒害成分，在2號渣場進(jìn)行堆渣必須要對其底部的厚淤泥進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2 厚淤泥處理技術(shù)

2.1 常見的淤泥處理方法

國內(nèi)外常見的淤泥處理方法主要有脫水、熱處理以及固化處理等[1]。

(1) 脫水處理。通過自然晾曬、機(jī)械脫水等物理方法減少淤泥中多余的水分以提高其土工性質(zhì)。自然晾曬主要適用于少量淤泥處理的情況，經(jīng)濟(jì)性好，但受場地和日照等因素影響較大。機(jī)械脫水法國外應(yīng)用較多，多為工廠固定式處理，投資成本較高，但脫水效率低，為滿足工程要求一般需進(jìn)行二次處理。

(2) 熱處理。通過高溫?zé)Y(jié)或熔融的方法將淤泥中粘土粒燒制成磚瓦作為建材使用，可以燒制成陶粒作為凈化水的填料，同時也可以和鐵粉以及石灰石一起制成硅酸鹽水泥。淤泥熱處理產(chǎn)品附加值高，但需要大型固定式的處理工廠，而且其處理能力有限，不適合大量淤泥短時間處理的情況。

(3) 固化處理。通過向淤泥中摻入固化材料，經(jīng)攪拌、養(yǎng)護(hù)使之與水和淤泥發(fā)生一系列的物化反應(yīng)，固化后的淤泥其強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得到大幅提高。

2.2 渣場淤泥處理方法的選取

由于2號場地淤泥具有層厚、量大、分布面積廣、含水量高、流動性大等特點，如果對2號場直接進(jìn)行堆渣，淤泥因強(qiáng)度極低而毫無承載力，隨著尾渣不斷堆放，淤泥必會上浮流動，將給初期壩及其下游建構(gòu)物和人員造成較大的安全隱患，同時也會造成不能運輸排渣和布設(shè)排水構(gòu)筑物困難等問題，最后導(dǎo)致廢渣無處堆放進(jìn)而影響電解鎳冶煉的正常生產(chǎn)。

第三方物流正在逐步改變傳統(tǒng)的單一功能的運輸、倉儲發(fā)展方式。本文首先對第三方物流發(fā)展的意義和背景進(jìn)行探討。再根據(jù)實際情況以上海誠達(dá)物流公司為例進(jìn)行深度研究，發(fā)現(xiàn)該企業(yè)待改進(jìn)的方面。以第三方物流的特點和類型來對上海誠達(dá)物流的運輸環(huán)節(jié)來分析，提出運輸業(yè)務(wù)管理流程的優(yōu)化、路徑優(yōu)化、合理安排車輛和人員等改進(jìn)意見。根據(jù)我國現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展并綜合分析相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，得出主要結(jié)論，采用的信息化的方式才能使第三物流企業(yè)就針對運輸環(huán)節(jié)更佳專業(yè)化、個性化、信息化，能夠與客戶之間建立起長期合作關(guān)系，達(dá)到戰(zhàn)略聯(lián)盟。面向社會化的第三方物流企業(yè)，才能在激烈的競爭中，整合社會資源，充分利用。

由于電鎳冶煉企業(yè)具有連續(xù)生產(chǎn)的特點，以及目前并無其它場地來堆放不斷產(chǎn)出的廢渣，同時2號場內(nèi)淤泥取出后也無場地進(jìn)行處理等緊迫性問題，所以在處理2號場內(nèi)淤泥問題時應(yīng)選用一種處理時間短、對生產(chǎn)影響小、工藝簡單而又切合現(xiàn)場實際的處理方式。

基于固化處理主要特點：

(1)經(jīng)水化作用后淤泥中含水量有效降低；

(2)將污染物包裹在淤泥固化土中，使其不易溶出擴(kuò)散；

(3)可將大量淤泥短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為工程用土；

(4)不同固化材料的配比其固化淤泥的性質(zhì)不同，可滿足不同的工程要求。

綜合比較后選擇對該泥塘厚淤泥進(jìn)行固化處理。

2.3 淤泥固化劑及其摻入比

由于不同地區(qū)的淤泥成分以及含水量各有不同，所以2號渣場淤泥的固化劑配比應(yīng)根據(jù)實驗進(jìn)行分析確定，其主要程序如下：

(1) 測定場底淤泥的含水量、粘土成分和有機(jī)質(zhì)含量。

(2) 配制固化劑：考慮到固化劑獲取的難易程度，固化劑的主要成分為水泥和石灰，水泥與石灰的重量比為1∶1～4∶1；廢石膏用作減水劑，為水泥和石灰質(zhì)量之和的1%～8%；粉砂或粉煤灰作為膠結(jié)料(骨料)，用量為水泥和石灰質(zhì)量之和的3%～5%。

(3) 確定固化劑的摻入比：固化劑的摻入比一般控制在5%～20%，即在淤泥中分別摻入：5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%的固化劑，分別進(jìn)行制樣，測定凝固時間，并測定養(yǎng)護(hù)7、14 d和28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，按最優(yōu)性價比最終確定固化劑的摻入比。

(4) 渣場進(jìn)行淤泥固化施工之前一定要進(jìn)行固化配比實驗，找出不同養(yǎng)護(hù)齡期的固化劑的最佳摻入比，使之得到最優(yōu)固化效果。

(5) 渣場淤泥固化施工：采用噴漿機(jī)將配制好的固化材料噴射到淤泥內(nèi)進(jìn)行攪拌固化處理。

2.4 渣場淤泥固化施工

(1) 施工工序。2號渣場總體采用固化方法對淤泥進(jìn)行處理，其工序為：三面圍攏堆渣縮小淤泥范圍→淤泥滲濾脫水→拌合固化材料→噴漿注射固化材料→攪拌均勻→淤泥固化養(yǎng)護(hù)→固化淤泥之上堆渣。

(2) 施工機(jī)械。施工機(jī)械設(shè)備選用攪拌固化材料的單軸攪拌機(jī)、固化材料自動供給機(jī)、空壓機(jī)、噴漿機(jī)、淤泥固化攪拌機(jī)。噴射槍由長鋼管制作而成，一端用軟管與噴漿機(jī)相連接，另一端封閉，并在鋼管上鉆鑿不規(guī)律分布的6個直徑Φ20 mm的圓孔作注射孔。

(3) 施工工藝。為了2號場地初期壩體及其下游生產(chǎn)設(shè)施的安全，由初期壩側(cè)以堆積壩形式來堆放廢渣，當(dāng)堆積壩高出初期壩體約4 m左右時，再從2號場地北側(cè)、東側(cè)及初期壩體側(cè)三面開始向渣場內(nèi)堆渣，將渣場底部淤泥趕往渣場西側(cè)滲濾井處(每隔3 m垂距在淤泥中設(shè)一層滲濾管網(wǎng))，使得堆渣坡度為周圍高中間低，以利于渣場中廢水滲入滲濾井由深井潛水泵排出，待淤泥面積縮小到一定范圍以及淤泥中的水滲濾脫水到一定程度后，向淤泥中噴射固化材料并用攪拌機(jī)攪拌均勻，使固化材料和淤泥進(jìn)行充分混合，最后讓淤泥凝結(jié)固化并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。

3 討 論

在目前的淤泥處理方式中，一般將淤泥進(jìn)行疏浚再添加固化劑進(jìn)行攪拌固化處理，但2號渣場因限于場地、時間等因素采用了場底淤泥就地噴漿固化處理?，F(xiàn)就渣場淤泥固化處理施工中的某些做法進(jìn)行分析探討。

(1) 如何向淤泥中準(zhǔn)確噴射入最佳配比的固化材料。因渣場淤泥數(shù)量一定，只需均勻向淤泥中噴射入其總重量最佳摻入比的固化劑即可。但淤泥數(shù)量估算必然存有誤差，且考慮到噴射攪拌施工時的不均勻性，為得到更好的固化效果，可在施工中噴入大于最佳摻入比2%～3%的固化劑。

(2) 淤泥固化施工中的噴射攪拌問題。由于噴射孔不規(guī)則分布，且噴射壓力較大，淤泥噴射過程中反復(fù)旋轉(zhuǎn)噴射已使得固化材料噴射得很均勻，但為了得到最佳固化效果，還應(yīng)使用攪拌機(jī)械進(jìn)行深層、均勻攪拌。

4 結(jié) 論

2號渣場淤泥量約10萬 m3，與清淤并運至別處存放相比，固化處理每立方米淤泥可節(jié)省資金約6.5元，共節(jié)省65萬資金，此外還可解決因存放淤泥產(chǎn)生的場地費以及環(huán)保費等。由于淤泥固化具有用時短、工藝簡單、邊堆渣邊固化等優(yōu)點，對渣場堆渣和電解鎳冶煉的正常生產(chǎn)影響不大。

渣場底部厚淤泥的就地固化處理，不僅可以節(jié)省大量的清淤、運輸費用，而且也解決了淤泥存放場地的問題，又可以將淤泥中的有害成分固結(jié)在場底固化層中使其不易溶出，同時固化淤泥的低滲透性還可降低上部廢渣的滲濾水對地下水源的潛在污染危害。綜上所述，淤泥固化處理其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯。

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