鐵路橋梁施工廢棄泥漿實(shí)用處理技術(shù)研究

王雨露

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210000)

1 工程概述

某高鐵在修建橋梁施工前，區(qū)域內(nèi)土質(zhì)為黏土，采取回旋鉆孔機(jī)鉆孔，泥漿通過(guò)鉆機(jī)的空心鉆桿從鉆桿底部射出。在本項(xiàng)目中泥漿用量為3 000 m3，施工結(jié)束后產(chǎn)生大量廢棄泥漿，為減少對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞與污染，決定對(duì)合適的廢棄泥漿進(jìn)行處理采用。

2 鐵路橋梁施工廢棄泥漿的性質(zhì)特征與危害

2.1 性質(zhì)特征

鐵路橋梁施工中，泥漿即按照一定比例將水(油）、黏土(膨脹土）、添加劑(純堿、石灰等）混合在一起的混合物?；旌线^(guò)程中要確保泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)與參數(shù)符合要求。細(xì)分散水基泥漿是鐵路橋梁鉆孔中所使用的泥漿。鐵路橋梁施工中廢棄泥漿的性質(zhì)特性：(1）污染成分單一，處理難度小。在施工泥漿配置期間并未添加各類有毒有害物質(zhì)或者試劑，施工期間泥漿的物理性質(zhì)并不會(huì)發(fā)生變化，所以，在處理時(shí)整體難度較低。(2）膠體穩(wěn)定性強(qiáng)，難以自然沉淀分離，且超細(xì)顆粒與水一起組成水基泥漿，其直徑一般在20 μm 以內(nèi)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，廢棄泥漿的膠體性質(zhì)并不會(huì)發(fā)生改變，沉淀時(shí)需要沉淀池的面積較大，會(huì)占用大量土地，且整個(gè)沉淀周期較長(zhǎng)[1]。

2.2 危害

雖然廢棄泥漿的成分比較單一，但如果不對(duì)其進(jìn)行處理，直接排放到自然中，也會(huì)給生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的影響與破壞。比如，將其排入水體中，會(huì)增加水體的泥沙含量，產(chǎn)生河道淤積問(wèn)題，遇到洪澇災(zāi)害會(huì)加重災(zāi)害程度[2]；如果將廢棄泥漿直接填埋，會(huì)對(duì)土地上的作物以及周邊土壤產(chǎn)生危害與影響；如果將廢棄泥漿排放到城鎮(zhèn)環(huán)境中，會(huì)對(duì)城市環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)生影響。由此可見(jiàn)，鐵路橋梁施工廢棄泥漿對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的危害較大，因此，需對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行科學(xué)處理，確保在處理合格后排放到自然環(huán)境中[3]。

3 鐵路橋梁施工廢棄泥漿實(shí)用處理技術(shù)

鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理中，比較常見(jiàn)的技術(shù)有自然沉淀法、化學(xué)絮凝法與土地耕作法。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，化學(xué)絮凝法開(kāi)始得到人們的重視與廣泛使用。本文對(duì)這3 種技術(shù)進(jìn)行介紹。

3.1 自然沉淀法

自然沉淀法在鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理中比較常見(jiàn)，將廢棄泥漿放置到低洼地或者簡(jiǎn)易沉淀池中，在靜止一段時(shí)間后將上面的上清液排去，就可以填埋復(fù)墾沉淀底泥[4]。如果當(dāng)?shù)貙?duì)環(huán)境比較敏感，則要在自然沉淀結(jié)束后，將底泥運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢眠M(jìn)行填埋。這種方式在具體應(yīng)用中操作簡(jiǎn)單，成本較低，但由于廢棄泥漿膠體穩(wěn)定性較強(qiáng)，使用自然沉淀法無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)固液分離，且沉淀周期較長(zhǎng)，臨時(shí)沉淀時(shí)需占用大面積土地，一旦遇到雨季就會(huì)讓沉淀池中的廢棄污泥發(fā)生外溢情況，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。所以，在使用自然沉淀法時(shí)，要求做好沉淀池位置、周期等各項(xiàng)參數(shù)的控制，并對(duì)沉淀全過(guò)程做好監(jiān)督與檢查。

在設(shè)置儲(chǔ)泥池時(shí)要與沉淀池分開(kāi)，并聯(lián)設(shè)置，儲(chǔ)泥池溢流進(jìn)入沉淀池。按照淤泥循環(huán)利用工藝需求設(shè)置儲(chǔ)泥池容積，按照孔體的1～2 倍估算容積，按照孔體2～3 倍估算沉淀池容積[5]；有效深度與超高需要分別控制在3.0 m 以內(nèi)與0.5 m 以上；當(dāng)儲(chǔ)泥池兼作沉淀池時(shí)，要按照孔體的3～5 倍估算其容積。由于泥漿具有防滲效果，池底無(wú)須再做防滲處理。

3.2 化學(xué)絮凝法

化學(xué)絮凝法能克服自然沉淀法的各項(xiàng)缺點(diǎn)，將絮凝劑加入廢棄泥漿中，可對(duì)泥漿體系的化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行破壞，水與固體顆粒能快速分離；排除上清液，讓泥漿減量與干化，并運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢眠M(jìn)行填埋。這種方法處理廢棄泥漿周期短，臨時(shí)占地面積小，但整個(gè)操作過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，且需使用絮凝劑，投入成本高，同時(shí)要求絮凝劑無(wú)毒害，不會(huì)再次造成污染[6]?；瘜W(xué)絮凝處理法中絮凝劑的選擇是關(guān)鍵所在，不同絮凝劑的機(jī)理與性能各不相同。常見(jiàn)的絮凝劑及其機(jī)理如表1所示。

表1 常見(jiàn)的絮凝劑及其機(jī)理

在施工結(jié)束之后需一次性完成處理，儲(chǔ)泥池可兼作沉淀池，按照孔體的3～5 倍設(shè)計(jì)其容積；有效深度與超高需要分別控制為3.5 m 以內(nèi)與0.5 m 以上； 當(dāng)在施工過(guò)程中處理時(shí)，要將儲(chǔ)泥池與沉淀池分開(kāi)，按照孔體積的1～2 倍估算沉淀池容積；有效深度與超高需分別控制在3.0 m 以上與0.5 m 以上。

3.2.1 絮凝池的作用

在廢棄污泥處理中，絮凝池發(fā)揮著重要作用。將混凝劑加入污泥中，與污泥混合在一起，可讓污泥膠體雜質(zhì)的穩(wěn)定性被破壞，再在絮凝池中讓較穩(wěn)定的膠體顆粒產(chǎn)生碰撞、凝聚，然后用沉淀方法將絮體去除。

3.2.2 反應(yīng)條件

微小顆粒接觸與碰撞使絮體長(zhǎng)大，高分子絡(luò)合物、微小顆粒碰撞是影響絮凝效果的兩個(gè)因素。高分子絡(luò)合物會(huì)在混凝劑水解后產(chǎn)生，然后形成吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力[7]；微小顆粒相互之間的碰撞可由碰撞概率決定，增加速度梯度是增加碰撞概率的有效手段，通過(guò)水體能耗的增加，可讓絮凝池的流速增加。

3.2.3 投加要求

在絮凝池中投加混凝劑，需要藥劑與污水碰觸的機(jī)會(huì)要高，為增加碰觸機(jī)會(huì)，可利用攪拌或者增加水流流速的方式。流速增加可依靠水流與折板碰撞實(shí)現(xiàn)，水中顆粒碰撞機(jī)會(huì)增加絮體下實(shí)現(xiàn)凝聚；攪拌時(shí)長(zhǎng)為5 min，將添加的水溫控制在20 ℃，確保絮凝效果。

3.2.4 絮凝劑的配制

使用自來(lái)水將PAM 配制為形態(tài)為0.1%～0.2%水溶液，在水中加入PAM 后需不斷攪拌，確保PAM 能均勻落在水中，讓PAM 在入水后能保持分散的單獨(dú)顆粒，配制好的溶液必須當(dāng)天用完。在廢棄污泥中加入PAM，要求PAM 與污泥得到充分混合，混合時(shí)間為10～30 s，最長(zhǎng)不宜超過(guò)2 min。污泥中的膠體、懸浮物的濃度等會(huì)影響PAM 的使用量[8]。

3.3 土地耕作法

在土壤表層撒上廢棄泥漿，在機(jī)械耕作方式下讓其與土壤混合在一起，通過(guò)突然微生物的作用，可將有害物質(zhì)吸收與降解。在處理時(shí)需選擇合適的土壤結(jié)構(gòu)與土地資源，這樣才能確保良好的處理效果與較低的成本。但是當(dāng)在土壤中一次性加入太多量的泥漿，會(huì)影響土壤的透氣性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)讓土壤出現(xiàn)板結(jié)與鹽堿化[9]。將廢棄污泥與草木灰等農(nóng)家肥一起投放，能讓土壤透氣性得到改善，土地肥力也會(huì)增加。

4 廢棄泥漿實(shí)用處理技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 處理工藝

該項(xiàng)目在對(duì)廢棄污泥處理期間，由于泥漿污染物含量不高，所以，采取的方式為混凝沉淀固液分離+ 排除上清液+ 回填廢棄泥漿的工藝流程。對(duì)泥漿池進(jìn)行測(cè)量，對(duì)泥漿的體積進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)泥漿密度進(jìn)行測(cè)定，并按照科學(xué)的方式確定加藥量，采取自動(dòng)加藥的方式投加絮凝劑，并使用泥漿泵進(jìn)行攪拌，形成絮團(tuán)后靜止一段時(shí)間排放上清液，直接將底泥覆土填埋，底泥經(jīng)過(guò)處理不會(huì)對(duì)土壤和農(nóng)作物產(chǎn)生影響。

4.2 絮凝劑選擇

聚丙烯酰胺3 型、明礬等是當(dāng)下市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的幾種絮凝劑。聚丙烯酰胺3 型中AP-120(陰）、AP-80(非離子）、CP8530(陽(yáng)）適應(yīng)的泥漿顆粒度分別為細(xì)、粗、細(xì)；可堆放性分別為好、一般、較好；固液分離分別為0.8、0.9、0.9。明礬與硫酸鋇適應(yīng)的泥漿顆粒度均為細(xì)，可堆放性分別為一般、一般、不可；固液分離分別為0.9、1.1、1。針對(duì)實(shí)際情況選擇合適的絮凝劑，能起到良好的處理效果。

4.3 做好上清液溢出處理

在廢棄污泥處理期間，為避免上清液溢出，需做好各項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施：(1）將全部上清液及時(shí)排出[10]；(2）填埋時(shí)所選擇的土要求含水率較低；(3）在泥漿池中部進(jìn)行填埋，并適當(dāng)攪拌；(4）泥漿處理密度在1.3 g/cm3以上時(shí)可在泥漿池四周做好圍擋工作；(5）地面會(huì)在水蒸發(fā)后可能出現(xiàn)塌陷情況，所以，要適當(dāng)增加填土高度。

4.4 廢棄泥漿處理裝置

在泥漿池中廢棄泥漿裝置可懸浮在上面，能實(shí)現(xiàn)固體藥劑的定量添加；可對(duì)泥漿進(jìn)行攪拌；同時(shí)也能將上清液及時(shí)排出。廢棄泥漿處理裝置的主要部件：(1）加藥系統(tǒng)。儲(chǔ)藥斗與加藥電機(jī)是其組成部分。加料機(jī)加藥可在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的作用下實(shí)現(xiàn)，并能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與加藥量。(2）泥漿循環(huán)泵系統(tǒng)。循環(huán)水箱、循環(huán)泵等共同組成該系統(tǒng)，在循環(huán)水箱中進(jìn)入藥劑后，可與泥漿共同進(jìn)入循環(huán)泵，藥劑與液體可混合在一起，在水池內(nèi)進(jìn)入水管，泥漿環(huán)流在池內(nèi)形成，這樣能讓藥劑與泥漿充分進(jìn)行反應(yīng)。(3）清水泵系統(tǒng)。絮團(tuán)生成并沉淀一段時(shí)間后需將清水泵開(kāi)啟，讓清水排出。(4）浮筒系統(tǒng)。在液面上可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的懸浮。(5）控制箱。對(duì)加藥進(jìn)行控制，啟停循環(huán)泵與清水泵。(6）螺旋離心機(jī)。能在高速旋轉(zhuǎn)期間，實(shí)現(xiàn)固液分離。廢棄泥漿處理裝置需符合廢棄污泥的處理需求，且各項(xiàng)性能均能符合要求，確保污泥處理的有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵路橋梁施工廢棄泥漿實(shí)用處理技術(shù)的有效應(yīng)用，能確保污泥處理后實(shí)現(xiàn)無(wú)害化。目前較為有效的處理技術(shù)為化學(xué)絮凝法，也是當(dāng)下研究的主要方向。在使用化學(xué)絮凝法時(shí)，要合理選擇絮凝劑，做好工藝流程控制，提升污泥處理效果。隨著科技的不斷發(fā)展，廢棄污泥的處理質(zhì)量會(huì)不斷上升，推動(dòng)綠色鐵路建設(shè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。