工程廢棄泥漿的最佳絮凝試驗(yàn)研究

包昌財(cái) 孫清梅

摘要：廢棄泥漿的不斷出現(xiàn)既占用土地資源又污染周圍環(huán)境，為節(jié)約資源、美化環(huán)境，亟待尋求一種合理的、經(jīng)濟(jì)的處理廢棄工程泥漿的方法。對(duì)于廢棄泥漿的合理處理，極大降低工程廢棄泥漿、渣土所帶來的危害，還可以變廢為寶，循環(huán)利用地球有限的資源，對(duì)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)具有重要的意義。本文通過試驗(yàn)的方法尋找適合的絮凝劑種類，同時(shí)分析泥漿性質(zhì)對(duì)其絮凝脫水效果的影響，確定復(fù)合投加的最佳投加量。

關(guān)健詞：工程廢棄泥漿、絮凝劑

一、研究的意義

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，工程建設(shè)突飛猛進(jìn)，對(duì)文明施工的要求也越來越高，在樁基礎(chǔ)施工過程中，由于施工工藝限制的原因，必然會(huì)產(chǎn)生大量濃度高、黏度大的廢泥漿，工程廢棄泥漿的處理為當(dāng)今世界普遍面臨的難題，現(xiàn)有的工程廢棄泥漿處理技術(shù)理論普遍存在著一定的局限性，固化產(chǎn)物的抗壓強(qiáng)度較低、軟化系數(shù)低、固化土體的收縮率較大。這些工程廢棄泥漿和渣土由于工程性能差，一直得不到合理利用，且處理成本較高，逐漸成為一個(gè)棘手的問題。廢棄泥漿的不斷出現(xiàn)既占用土地資源又污染周圍環(huán)境，為節(jié)約資源、美化環(huán)境，亟待尋求一種合理的、經(jīng)濟(jì)的處理廢棄工程泥漿的方法[1]。對(duì)于廢棄泥漿的合理處理，極大降低工程廢棄泥漿、渣土所帶來的危害，還可以變廢為寶，循環(huán)利用地球有限的資源，對(duì)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)具有重要的意義。

目前，建筑泥漿的常規(guī)處理方式是用機(jī)械處理、罐裝泥漿車外運(yùn)和泥漿現(xiàn)場(chǎng)沉淀干燥，但這幾種處理方式均存在較嚴(yán)重的局限性。機(jī)械處理法需要大量的設(shè)備資金投入，且效率不高，泥漿外運(yùn)方式，由于建筑泥漿產(chǎn)生量大，含水率高極大增加了處理成本，還可能在運(yùn)輸過程中造成環(huán)境污染，外運(yùn)泥漿棄置也需要占用大量土地，填埋不當(dāng)會(huì)造成土壤板結(jié)和破壞;而且，大噸位的泥漿車對(duì)市政道路及橋梁是一種嚴(yán)重的安全隱患，占據(jù)本己擁擠的城市道路資源，頻繁引起各類交通事故?，F(xiàn)場(chǎng)沉淀干燥，需要的場(chǎng)地大、處理周期長，且易對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和儲(chǔ)漿區(qū)域造成環(huán)境影響。此外，由于泥漿的處理成本高，偷排現(xiàn)象嚴(yán)重，引起河道的污染及其與市政管網(wǎng)的堵塞甚至破壞，帶來嚴(yán)重的社會(huì)和環(huán)境問題。

通過對(duì)廢棄泥漿的絮凝研究，可以得到建筑泥漿合理的處理途徑及方法，而且可以為具體工程施工中建筑廢棄泥漿的減量化與資源化提供必要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。從而降低泥漿處理成本及其對(duì)周邊環(huán)境的污染程度，變廢為寶，減少資源浪費(fèi)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值及環(huán)保價(jià)值。

二、研究的過程和成果

（一）試驗(yàn)主要內(nèi)容

1.測(cè)定廢棄泥漿的基本性質(zhì)（包括對(duì)泥漿及其脫出的上清液進(jìn)行顆粒分析、土的礦物組成分析、含水率測(cè)定、密度測(cè)定、干密度測(cè)定、比重測(cè)定、PH測(cè)定等），根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選用三種具有代表性的土質(zhì)配置相同含水率的試驗(yàn)用泥漿。

2.采用對(duì)比試驗(yàn)法，研究了無機(jī)高分子絮凝劑及有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)泥漿絮凝脫水的影響，確定最佳絮凝劑。根據(jù)泥漿的性質(zhì)確定適合的絮凝劑種類，同時(shí)分析泥漿性質(zhì)對(duì)其絮凝脫水效果的影響。

3.采用正交試驗(yàn)法對(duì)最佳絮凝劑進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)無機(jī)高分子、及有機(jī)高分子絮凝劑之間的復(fù)合使用聯(lián)合投加進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定復(fù)合投加的最佳投加量;同時(shí)對(duì)單一和復(fù)合絮凝劑的性質(zhì)及絮凝性能進(jìn)行研究，采用微觀試驗(yàn)的方式觀察絮凝結(jié)構(gòu)、結(jié)合方式等，探索其絮凝機(jī)理。

（二）試驗(yàn)材料和試驗(yàn)儀器

從杭州下沙區(qū)及江干區(qū)鉆孔灌注樁及地下連續(xù)墻施工現(xiàn)場(chǎng)采集廢棄泥漿。

1.主要無機(jī)絮凝劑有：聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（SPFS）、聚合硫酸鋁鐵（PAFS）

2.有機(jī)絮凝劑有：陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）、陰離子型聚丙烯酰胺（CPAM）、陰離子型聚丙烯酰胺（PAM）、聚氧化乙烯（PEO）、殼聚糖等。

3.試驗(yàn)儀器有：X射線衍射儀、電子天平秤、機(jī)械式電動(dòng)攪拌器、PH測(cè)試筆、濁度計(jì)、激光粒度分析儀等。

（三）試驗(yàn)步驟

為測(cè)試自然狀態(tài)下泥漿的脫水分層能力，對(duì)淤泥質(zhì)、黏土質(zhì)和粉砂質(zhì)泥漿分別進(jìn)行自然沉降試驗(yàn)，設(shè)置三組平行試驗(yàn)。

1.單一絮凝劑對(duì)照試驗(yàn)

試驗(yàn)中以固液分離液面讀數(shù)、上清液PH、上清液濁度及清液懸濁液中殘余的顆粒級(jí)配等作為參數(shù)分析各絮凝劑的絮凝效果，試驗(yàn)操作步驟如下：

在500ml的燒杯中分別加入300ml的泥漿，分別添加20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的有機(jī)絮凝劑及1%濃度的無機(jī)絮凝劑，用機(jī)械式攪拌機(jī)以100r/min的速度攪拌5min，使絮凝劑能夠和土顆粒充分反應(yīng)。靜置泥漿樣本開始讀數(shù)并記錄初始高度，沉降開始后30min內(nèi)每5min用刻度尺緊貼燒杯外壁讀取記錄，30min至60min每15分鐘讀取記錄數(shù)據(jù)，1h后每30min讀取記錄一次數(shù)據(jù)。待燒杯內(nèi)絮團(tuán)高度不在發(fā)生變化，用膠頭滴管分別制取2份上清液于COD水質(zhì)消解管內(nèi)保存，用于測(cè)試清液濁度及懸濁液中懸浮顆粒的粒徑分布。記錄清液底面的下降高度時(shí)以mm為單位，上清液濁度以NTU為單位，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)對(duì)比分析同物質(zhì)的量條件下，各類型絮凝劑的絮凝效果。

2.各絮凝劑定量試驗(yàn)

不同絮凝劑的最佳添加量之間存在較大差異，為尋找各絮凝劑的最優(yōu)物質(zhì)的量濃度，同時(shí)能夠滿足工程經(jīng)濟(jì)性的要求，對(duì)各個(gè)絮凝劑設(shè)置了定量實(shí)驗(yàn)，確定為該種絮凝劑的最佳添加量。

三、結(jié)論

通過試驗(yàn)得出結(jié)論：最佳絮凝劑為陰離子型PAM最優(yōu)投加濃度為0.2%，陽離子型PAM最優(yōu)投加濃度為0.1%，非離子型PAM最優(yōu)投加濃度為0.1%，殼聚糖最優(yōu)投加濃度為0.5%聚氧化乙烯最優(yōu)投加濃度為0.2%，聚合氯化鋁最優(yōu)投加濃度為1%，聚合氯化鐵最優(yōu)投加濃度為2%，聚合氯化鋁鐵最優(yōu)投加濃度為2%。

參考文獻(xiàn)

[1]Sui P C，Anderle S. Optimization of contact pressure profile for performance improvement of a rotary elastomeric seal al operating in abrasive drilling environment[J].Wear， 2011，271（9-10）：2466-2470.

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[7]鄭耀林，章榮軍，鄭俊杰，董超強(qiáng)，陸展.絮凝-固化聯(lián)合處理超高含水率吹填淤泥漿的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2019，40（08）：3107-3114.

基金項(xiàng)目：浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目“工程廢棄泥漿的絮凝試驗(yàn)研究”（項(xiàng)目編號(hào)2020R448001）