淺談工程廢漿的處置

張 杰，駱嘉成

（1.溫州市現(xiàn)代服務業(yè)發(fā)展集團，浙江溫州325000；2.溫州浙南地質工程有限公司，浙江溫州325000）

1 概述

隨著城鎮(zhèn)化建設高速發(fā)展，工程廢漿產出量越來越多，不僅嚴重污染環(huán)境、浪費資源，而且超過了城市對工程廢漿的處置能力，阻礙城市建設的發(fā)展。根據(jù)對工程廢漿成分檢測重量的70%～80%為水，其余為固相。廢漿中水的存在形式，主要以自由水與結合水的形式，以粘土顆粒對其作用力強弱分為強結合水與弱結合水，一般處理廢漿中的水是指其中自由水；固相成分主要為鉆屑、礫粒組、砂粒組、粉粒組、粘粒組[1-2]，詳見表1。由于地層差異及施工工藝不同，液固相含量會產生波動，固相成分中鉆屑、礫粒組、砂粒組在廢漿中極不穩(wěn)定，受重力場影響大，可以通過物理方式將其從分散體系中分離出來；粉粒組由原生礦物與次生礦物組成，粒徑范圍5～75μm，屬粘粒組過渡相，長時間靜置不穩(wěn)定，微帶負電，多以懸浮體形式分布于廢漿中，難以從分散系中分離；粘粒組由次生粘土礦物與有機質組成，粒徑小于5μm，帶負電，與水結合形成雙電層的水化膜，幾乎不受重力場影響，在廢漿中以懸浮體和膠體形式存在[3]，其穩(wěn)定性極好，用物理方法難以分離，這些特性是導致該類廢漿具有污染性、處置技術復雜、處置成本高的關鍵因素。

2 工程廢漿處置方式與技術路線

表1 固相顆粒各組分粒徑范圍

工程廢漿的處置方式總體上講分兩類：一類是直接排放，該方法是我國當前最主要的工程廢漿處置方式。另一類是改變了廢漿的成分與狀態(tài)，稱為廢漿處理，根據(jù)廢漿處理機理不同，其處理方法也不同，具體處理方法見圖1。目前市場上常采用組合方法處理廢漿，例如先沉淀后固化法[4]、先絮凝后過濾法[5]、絮凝（藥劑）真空預壓法等[6]。

3 工程廢漿直接排放

圖1 工程廢漿常用處理方法

該方式是通過專用車輛或船只將廢漿運抵指定地點，其處置效率高、處理量大、成本低，但對消納場地及運輸管理要求高，不適合高粘粒型廢漿，即以粘土為主的地層形成的廢漿。根據(jù)斯托克斯（Stokes）定律：粒子下沉速度v=2γ2（ρ固-ρ介）/9ηg，理論上懸浮在水中的土顆粒下降1cm 所需要時間見表2，在自然條件下，決定固相顆粒沉降速度是粒徑，粘土顆粒粒徑大多數(shù)小于5μm，實際上廢漿固液分離所需時間遠大于表2所示時間。

表2 懸浮在水中的土顆粒下降1cm所需時間[3]

直接排放作為廢漿處置方式本身沒有問題，只是高粘型的廢漿很少直接被利用，往往需要經處理后再利用，而低粘型的廢漿只需經過自然沉淀或簡單處理便可重復利用，故直接排放法較適合處置低粘型的廢漿。上海市在工程廢漿排放、整體規(guī)劃、循環(huán)利用方面結合得非常好，將廢漿排放到橫沙島東側預先規(guī)劃區(qū)，然后利用排水固結方法，將廢漿轉化成可利用的土地，代替從海中吹填造地。圖2 為溫州地區(qū)與上海地區(qū)典型工程廢漿顆分曲線，溫州地區(qū)粘粒含量大于30%，粉粘含量小于40%，屬典型高粘型廢漿；上海地區(qū)粘粒含量小于30%，粉粒大于50%，屬典型低粘型廢漿。

圖2 溫州地區(qū)與上海地區(qū)典型工程廢漿顆分曲線

4 工程廢漿的處理

目前國內工程廢漿處理的技術線路是直接固化與固液分離[7]，涉及到具體操作，常常是兩種或多種處理方法組合，下面分別介紹常用的幾種工程廢漿處理方法。

4.1 固化法

固化法的機理是向工程廢漿中加入合適的固化劑，使其轉化成膠結強度較大的固體。固化劑主要分為有機聚合物類與無機鹽類。有機固化劑應用范圍廣，固化效果好，但成本高，易產生二次污染。無機固化劑原料易購、成本低，施工方便，水穩(wěn)性好、解毒效果好，分為普通固化劑與高效固化劑。普通無機固化劑，一般以硅酸鹽水泥為主體配方，并輔以助凝劑和調凝劑，一般加量為廢漿重量的15%～25%，硬化時間一般小于72h，處理成本大約150 元/m3。高效固化劑又稱復合型固化劑，主要成分為石膏、石灰、礦渣微粉、激發(fā)劑及其他，加量一般為廢漿重量的5%～10%，硬化時間快，一般小于48h，處理成本大約100元/m3。

4.2 固液分離法

固液分離法的機理是在外力作用下，使得廢漿中固液兩相分開，依據(jù)外力性質不同，主要分為沉淀法（重力場作用）、機械分離法（機械力作用）、電滲法（電場作用）。

4.2.1 沉淀法

沉淀法是最簡單且成本最低的廢漿處理方法，仍被廣泛使用的廢漿處理方法，適合處理低粘型廢漿，尤其針對殘坡積地層廢漿，沉淀法往往不是單一廢漿處理方法，常常結合其他方法來加快處理速度，或者減少廢漿處理量。沉淀法的操作很簡單：將廢漿放在廢漿池中靜置，然后將上層清水排出，降低其含水率，有時為了加快固液分離速度，也會加入外添藥劑。

4.2.2 機械分離法

由圖2 可知，廢漿中80%以上為穩(wěn)定的細小顆粒，很難用過濾法直接對其進行固液分離，故在過濾前要對廢漿進行預處理[8]，預處理的目的是使廢漿中的小顆粒聚集大顆粒，破壞其穩(wěn)定性，提高滲透性，減小過濾阻力，但經過預處理后的廢漿含水率仍然很高，需要通過機械方法進行二次脫水，形成清水與濾餅，機械分離的作用機理是對預處理后的廢漿產生壓力差，提高固液分離效率。根據(jù)機械所提供力性質不同，機械分離法可分為離心分離法、壓力分離法、吸力分離法三大類，下面分別介紹常用的廢漿預處理技術和機械分離方法。

（1）有機絮凝技術。絮凝作用機理：利用某類高聚物特性，主要為聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物，其水解后能產生長分子鏈，長鏈上分布兩類基團，一類為吸附基（-CONH2），能吸附泥漿中固相顆粒，通過高聚物本身的鏈節(jié)旋轉運動，將固相顆粒聚集在一起形成大團顆粒而沉淀；另一類為親水基團（-C00-），由于其帶電能使分子鏈相互排斥而伸展開來，有利于長鏈吸附更多固相顆粒而形成“架橋”作用。

廢漿的絮凝反應一般選擇陰離子型PAM，分子量宜選用1000 萬左右，先將PAM 以濃度1‰稀釋水解，然后緩慢加入廢漿中并均勻攪拌，根據(jù)廢漿濃度及粘粒含量，一般PAM用量為廢漿的0.1‰左右，且存在最優(yōu)用量，最優(yōu)用量根據(jù)絮凝效果來判定，建議先在試驗室中測試最優(yōu)用量，如圖3 所示，有機絮凝在10min 即可完成，一般可排出上清液體積占總體積50%，絮凝劑成本約2.5元/m3。

圖3 有機絮凝與無機凝集反應效果圖

（2）無機凝集技術。無機凝集作用機理：廢漿固液分離困難的原因是其中存在較多帶負電的固相小顆粒，并且其穩(wěn)定性與顆粒表面電位大小有直接關系，詳見表3。凝集作用是向廢漿中加入無機凝集劑，降低顆粒電位，一方面使顆粒水化膜厚度減小并釋放部分弱結合水，同時因顆粒間距減小而引起分子間吸引力（范德華力）增大；另一方面使得顆粒間靜電斥力減小。由于上述原因，顆粒間力學穩(wěn)定被破壞，小顆粒便聚集成大顆粒，從體系中分離出來。

表3 顆粒表面電位與穩(wěn)定性關系〔9〕

廢漿的凝集劑一般選擇高價可溶性鹽，先將凝集劑稀釋再加入到廢漿中并攪拌均勻，也存在最優(yōu)用量，如圖所示，與有機絮凝效果不同，無機凝集效果較緩慢，一般靜置24h 后約10%～20%清水上返，其余部分呈“果凍”狀，類似為點鹵后的“豆腐腦”。從工藝上比較，無機凝集反應比有效絮凝反應更簡便，但藥劑成本略高，以Ca2+為例 ，大約5元/m3。

（3）混合絮凝?；旌闲跄菍⒂袡C絮凝與無機凝集技術結合起來，主要解決廢漿中粘粒過多、機械脫水效率低的問題，具體技術措施：先向廢漿中投入少量無機凝集劑，使得粘粒電位稍降低，穩(wěn)定性下降，再加入有機絮凝劑。由于粘?；钚越档?，有利于酰胺基團捕獲，并形成更大的絮體，絮體沉降速度更快；又由于粘粒水化膜變溥，絮體的滲透性提高，有利于提高絮體脫水速度，提高固液分離效率，經統(tǒng)計，綜合藥劑成本較單一藥劑成本還低，但處理工藝相對復雜。

（4）離心分離法。在離心作用下，物料比重不同所獲得離心力大小也不同，且比重差越大分離效果越好，廢漿離心分離即依據(jù)該原理。為了獲得更大固液比重差，故在廢漿離心分離前也要進行預處理，否則只能分離粒徑大于75μm 的砂粒。目前市場常用的離心分離設備有兩款，即水力旋流分離機和臥螺離心機。

水力旋流分離機是在外力作用下，廢漿以高流速沿切線方向進入旋流器內筒并產生離心運動，固相顆粒沿著旋流器內壁向下運動，液相由于旋流器豎向結構變化形成壓力差而向上運動，從而產生固液分離。臥螺離心機是通過電機驅動轉筒旋轉，使廢漿獲得離心條件，固相顆粒附著在轉筒內壁，內置螺旋葉片將固相物推送出來，而液相從反方向流出，實現(xiàn)固液分離。

（5）壓力分離法[10]。 壓力分離屬于過濾分離法，對預處理后的廢漿施以壓力，固相被截留在濾布上，液相快速透過濾布，形成固液分離，現(xiàn)在市場常用的廢漿分離設備有：板框壓濾機與帶式壓濾機，如圖4、圖5所示。

圖4 板框壓濾機作業(yè)現(xiàn)場

圖5 帶式壓濾機作業(yè)現(xiàn)場

①板框壓濾機：利用專用泥漿泵將預處理后廢漿壓入板框機內空腔里，由于壓力作用，液相透過泥餅與濾布被排出，固相被濾布截留形成泥餅。板框壓濾是目前市場上廢漿處理最常用的設備，泥餅含水率可低于40%，液相很清澈，一般單臺日處理量200～400m3，處理成本20～30 元/m3，但設備體積較大，占用場地面積也大。

②帶式壓濾機：廢漿絮凝后被輸送到壓濾機的濾帶上，部分自由水由濾帶直接過濾掉，絮體進入濾帶間加壓區(qū)再次被擠壓脫水形成泥餅，帶式壓濾機只適合有機絮凝或混合絮凝的廢漿，其分離效果與絮凝效果直接相關，濾餅厚度10～15mm，含水率高于板框機泥餅。與板框壓濾不同，能實現(xiàn)連續(xù)分離作業(yè)，處理成本與板框機差不多，單臺日處理量與板框機也差不多。

4.2.3 電滲法

利用土顆粒帶負電和水分子具有極性的特性，在電場作用下，土顆粒向陽極移動形成電泳，水分子向陰極移動形成電滲。電滲法用于廢漿的固液分離優(yōu)點是不用對廢漿進行預處理，而且電滲法對廢漿中的粘粒特性并不敏感，電滲法通常與真空預壓法聯(lián)合以提高排水效率，但是在實際應用過程中仍存在一些問題：能耗波動較大，后期排水效果不明顯，對不同類型的泥漿其排水效果差異性較大，目前，很少進行大規(guī)模廢漿處理應用，常用于污染土、污泥脫水處理項目，處理成本明顯比沉淀法和機械分離法高。

5 建議與期望

工程廢漿作為工程活動過程中常見排放物，但并非廢物，其中的主要成分水、砂、粘土均是可利用的寶貴資源，廢漿處置的目的是資源再利用，保護環(huán)境，而不是將廢漿轉變成另一種廢物。堅持廢漿科學處理符合我國堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，針對當前工程廢漿處量方面的不足，現(xiàn)提出如下建議：

（1）堅持科學處置：應根據(jù)廢漿性能與處置條件選擇合理的處置方法，不宜強行選擇統(tǒng)一的處置方法；鼓勵企業(yè)根據(jù)自身實力和場地條件，選擇高效、環(huán)保的處置方式，鼓勵施工單位通過對工程廢漿的凈化、改良，增加泥漿循環(huán)利用次數(shù)，盡量減少廢漿排放量；政府引導并鼓勵全社會通過技術創(chuàng)新，積極使用無泥漿或少泥漿施工技術，淘汰落后的、高污染、高排放的施工工藝。

（2）堅持資源循環(huán)利用路線：工程廢漿之所以形成社會關注問題，就是廢漿未得到充分利用，而是當作廢物存放，這種處置方法當然不可持續(xù)。工程廢漿的處置方式應與當?shù)禺a業(yè)特點相結合，鼓勵對廢漿進行多元化利用，鼓勵對廢漿中的成分進行分類利用，只有形成完整產業(yè)鏈才能保證廢漿處置可持續(xù)，這方面要通過政府引導、企業(yè)主導、社會共同參與才能解決。

（3）提高對廢漿的認識：國內有許多地區(qū)對廢漿的處置很重視，甚至成立了專門職能管理部門，他們很重視廢漿產量、運輸、結算等管理方面，關注其他地區(qū)的成功管理模式，對廢漿綜合利用很少關注。主要原因是管理者或決策者對廢漿缺乏全面認識，更談不上合理利用，故加強對本地區(qū)的廢漿的研究顯得十分必要。