一种钻孔灌注桩废弃泥浆泥水分离方法
一种钻孔灌注桩废弃泥浆泥水分离方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于钻孔灌注桩废弃泥浆的固液分离方法，其技术方案是：在钻孔灌注桩废弃泥浆中加入絮凝剂做絮凝破胶预处理。排出上层清液后在废弃泥浆两端布置电极，在两电击上通低压直流电，形成电势差，进行电动脱水。本发明具有经济性好，节能环保，操作安全方便等特点。
【专利说明】一种钻孔灌注桩废弃泥浆泥水分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻孔灌注粧废弃泥浆泥水分离新技术，属于一种新型钻孔灌注粧 废弃泥浆泥水分离技术。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济实力的不断增强，我国基建投资和房地产投资等各方面迅猛增长。 巨大投资对建筑业的快速发展起到了关键作用。在大量深基础和地基处理等地基基础施工 中，机械成孔灌注粧被大量应用。但是，由于目前机械成孔灌注粧施工过程中一般都要用泥 浆来辅助钻孔施工，因而成粧后工地现场必然要产生大量待处理的废弃泥浆。废弃泥浆中 通常含有各种有毒成份，排到环境中必然造成污染，因此废弃泥浆排放前必须进行有效的 处理。国外在对废弃泥浆处理工艺技术的研宄上较早，其中利用废弃泥浆导电性特点来处 理泥楽也有了一些研宄。在 20 世纪 90 年代，Μ. B. Kostic、· R. Radakovic、· S. Radovanovic 和.R. Tomasevic-Canovic做了用膨润土和废弃泥衆来改变接地回路电阻的实验，对于泥 浆在有电极存在的情况下具有能减小回路电阻的作用。
[0003] 我国对废弃泥浆的处理技术的研宄始于上世纪九十年代，对废弃泥浆危害环境有 了一些认识，并且开始寻找一些对环境无害的处理剂和开展废弃泥浆体系研宄。从这些研 宄中得到的一些技术，主要有固化处理、脱水回收、焚烧处理、回填处理、再循环使用、注入 安全地层等。
[0004] 为了消除污染、回收利用，国内外学者及相关从业者进行了大量工作，也取得了显 著成效，现今主要治理方法可归纳为固化处理、注入安全地层、回填处理、脱水回收、焚烧处 理、再循环使用、破乳法、机械脱水法、微生物处理、MTC(Mud To Cement)技术等处理方法。 其中破乳法、机械脱水法、微生物法和MTC技术是四种比较新的工艺方法。如今，国内已经 研制和应用了降低含水量的相关设备，主要有固液分离脱水装置和污水处理装置，如板框 式压滤机、虑带式压滤机、卧式螺旋离心机。
[0005] 无论哪种处理技术都有一定的适用范围和局限性，因此在处理工艺选择上要根据 各现场产生的废弃泥浆的性质及现场所在的地理、气候、环境等特点进行最合理的优化选 择，同时为了更有效的治理废弃泥浆的污染问题，既要强化源头与过程控制，又要开发综合 利用新技术。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种方法使之能够快速、高效的对钻孔灌注粧产生的废弃 泥浆进行处理，降低废弃泥浆的处理成本，使工地废弃泥浆的处理更加科学有效。
[0007] 为了这个目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种钻孔灌注粧废弃泥浆泥水分离方法，其特征在于：利用絮凝剂明矾对废弃泥 浆进行破胶处理；明矾加入量为泥浆质量的0. 80%?1. 0% ;排出上层清液后，在泥浆中放 置电极，形成电势差；对废弃泥浆进行脱水；最终使所处理的泥浆水率低于70%。
[0009] 当废弃泥浆中还有Na-CMC或Na2CO3，另外还需要加入明矾的量为n 3, Na-CMC化和 Na2CO3 n2与明石Ji在水溶液中反应的摩尔比分另U为η 1:n 3= 3:1，η 2:n 3= 3:2〇
[0010] 进一步，所述电极负极材料采用铁、铝或锌等金属材料。
[0011] 进一步所述电极正极材料采用铜、碳或石墨等材料。
[0012] 以废弃泥浆主要组成及初步破胶处理为基础，利用废弃泥浆的电动特性，对钻孔 灌注粧产生的废泥浆进行快速处理。
[0013] 废弃泥浆加入明矾后，反应迅速，体系中的微细胶体黏粒在絮凝剂（明矾）的作用 下聚结沉淀。整个废弃泥浆体系出现分层现象，上层为清液，下层为沉淀层。为了实现泥浆 固液尽可能彻底分离，先将上层清液排出，然后对剩下的泥浆沉淀层进行电动脱水处理。
[0014] 排出水的沉淀层含水率仍然较高，属于泥的范畴。在废弃钻井泥浆底部布置电极， 电极间通以低压直流电，电极间存在电势差。根据stern双电层模型，在外加电场作用下， 反离子的电荷会沿着外加电场的方向运动，从而也会带动液体一起运动，而固体层会随着 黏粒一起运动。最终，到达固液分离的效果，沉淀层含水率显著降低。
[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下优点及突出性效果：
[0016] (1)经济效应好。使用絮凝剂（明矾）价钱便宜，用电量少。整个泥水分离过程较 废弃泥浆外运费用节省20%。
[0017] (2)节能环保。通过絮凝-电动脱水处理废弃泥浆，避免外弃泥浆引起的环境污染 问题。
[0018] (3)操作简便安全。采用低压直流电，电极布置完成后自动运行，无需人工值守操 作。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是粘粒表面的双电层模型；
[0020] 图2是胶体粒子的Stern双电层模型；
[0021] 图3是简单电渗脱水系统示意图。
[0022]
[0023]
【专利附图】
【附图说明】：1 一底角安放的电极；2 -固液分层面；3-玻璃电极槽；4一电源导线； 5-固定电极的玻璃棒。
【具体实施方式】
[0024] 钻孔灌注粧使用泥浆钻孔前泥浆的主要成分一般包括膨润土（主要成分为蒙脱 石）、工业用碱（Na 2CO3，摩尔质量为106g/mol)、钠质羧甲基纤维素（Na-CMC，摩尔质量为 114. 115g/mol)和自来水。记单位体积泥衆质量为泥衆体积乘以泥衆比重，记为Mz。其中 钠质羧甲基纤维素（Na-CMC)的质量为Hi 1，工业用碱（Na2CO3)的质量为m2。H^m 2分别等于 泥浆总质量乘以各自质量分数。根据实验确定，废弃泥浆中Na-CMC和Na2CO 3含量无变化。
[0025] 针对钻孔灌注粧所产生的废弃泥浆，测定其参数，包括：废弃泥浆的体积V、比重 P 〇、废弃泥浆的含砂率π以及废弃泥浆的pH值。
[0026] 明矾的加入量存在最优加入量。当明矾加入量较少时，泥水分离过程中最终沉降 不明显，当明矾加入量过大时，对沉降影响不显著，过量的加入絮凝剂明矾只能增加体系 中明矾的浓度，对体系中废弃泥浆破胶絮凝不起作用。根据实验研宄，对于纯粘土制浆钻孔 灌注粧废弃泥浆泥水分离破胶聚沉过程明矾最佳加入量为泥浆质量的0. 80%?1. 0%。此 处泥浆质量为除砂后泥浆质量，计算方法为Vp 〇α-η)。此加入量使废弃泥浆破胶絮凝沉 淀彻底，并且速率最大。另外，随着明矾的加入，体系中的PH值的变化趋势和上层清液的比 重变化趋势随着明矾的加入量增加而减小。当明矾加入量为最优加入量时，体系中的pH值 为7?8,体系中上层清液的比重接近纯净水的比重，上层清液基本为清水，由于钻孔灌注 粧废弃泥浆中污染物较少，上层清液符合国家的排放标准。
[0027] 对于加入Na-CMC和Na2CO3的废弃泥浆还应加入明矾（KA1 (SO 4) 2 · 12H20,摩尔质量 为474. 3247)以与Na-CMC和Na2CO3反应。Na-CMC和Na 20)3与明矾在水溶液中反应的摩尔 比分别为n1:n 3= 3:1，η 2:n 3= 3:2。记明研^的额外加入量为Mm:
【权利要求】
1. 一种钻孔灌注粧废弃泥浆泥水分离方法，其特征在于：利用絮凝剂明矾对废弃泥浆 进行破胶处理；明矾加入量为泥浆质量的0. 80%?1. 0% ;排出上层清液后，在泥浆中放置 电极，形成电势差；对废弃泥浆进行脱水；最终使所处理的泥浆水率低于70%。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当废弃泥浆中还有Na-CMC或Na 2C03,另 外还需要加入明巩的量为n3, Na-CMC ^和Na2C03n2与明巩在水溶液中反应的摩尔比分别为 n^n 3= 3:1，n 2:n 3= 3:2〇
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极负极材料采用铁、铝或锌。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极正极材料采用铜、碳或石墨。
【文档编号】C02F11/14GK104445860SQ201410602858
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月2日 优先权日:2014年11月2日
【发明者】张钦喜, 王晓杰, 王强, 翟玉新, 陶韬, 史超栋 申请人:北京工业大学
【专利摘要】本发明公开了一种用于钻孔灌注桩废弃泥浆的固液分离方法，其技术方案是：在钻孔灌注桩废弃泥浆中加入絮凝剂做絮凝破胶预处理。排出上层清液后在废弃泥浆两端布置电极，在两电击上通低压直流电，形成电势差，进行电动脱水。本发明具有经济性好，节能环保，操作安全方便等特点。
【专利说明】一种钻孔灌注桩废弃泥浆泥水分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻孔灌注粧废弃泥浆泥水分离新技术，属于一种新型钻孔灌注粧 废弃泥浆泥水分离技术。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济实力的不断增强，我国基建投资和房地产投资等各方面迅猛增长。 巨大投资对建筑业的快速发展起到了关键作用。在大量深基础和地基处理等地基基础施工 中，机械成孔灌注粧被大量应用。但是，由于目前机械成孔灌注粧施工过程中一般都要用泥 浆来辅助钻孔施工，因而成粧后工地现场必然要产生大量待处理的废弃泥浆。废弃泥浆中 通常含有各种有毒成份，排到环境中必然造成污染，因此废弃泥浆排放前必须进行有效的 处理。国外在对废弃泥浆处理工艺技术的研宄上较早，其中利用废弃泥浆导电性特点来处 理泥楽也有了一些研宄。在 20 世纪 90 年代，Μ. B. Kostic、· R. Radakovic、· S. Radovanovic 和.R. Tomasevic-Canovic做了用膨润土和废弃泥衆来改变接地回路电阻的实验，对于泥 浆在有电极存在的情况下具有能减小回路电阻的作用。
[0003] 我国对废弃泥浆的处理技术的研宄始于上世纪九十年代，对废弃泥浆危害环境有 了一些认识，并且开始寻找一些对环境无害的处理剂和开展废弃泥浆体系研宄。从这些研 宄中得到的一些技术，主要有固化处理、脱水回收、焚烧处理、回填处理、再循环使用、注入 安全地层等。
[0004] 为了消除污染、回收利用，国内外学者及相关从业者进行了大量工作，也取得了显 著成效，现今主要治理方法可归纳为固化处理、注入安全地层、回填处理、脱水回收、焚烧处 理、再循环使用、破乳法、机械脱水法、微生物处理、MTC(Mud To Cement)技术等处理方法。 其中破乳法、机械脱水法、微生物法和MTC技术是四种比较新的工艺方法。如今，国内已经 研制和应用了降低含水量的相关设备，主要有固液分离脱水装置和污水处理装置，如板框 式压滤机、虑带式压滤机、卧式螺旋离心机。
[0005] 无论哪种处理技术都有一定的适用范围和局限性，因此在处理工艺选择上要根据 各现场产生的废弃泥浆的性质及现场所在的地理、气候、环境等特点进行最合理的优化选 择，同时为了更有效的治理废弃泥浆的污染问题，既要强化源头与过程控制，又要开发综合 利用新技术。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种方法使之能够快速、高效的对钻孔灌注粧产生的废弃 泥浆进行处理，降低废弃泥浆的处理成本，使工地废弃泥浆的处理更加科学有效。
[0007] 为了这个目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种钻孔灌注粧废弃泥浆泥水分离方法，其特征在于：利用絮凝剂明矾对废弃泥 浆进行破胶处理；明矾加入量为泥浆质量的0. 80%?1. 0% ;排出上层清液后，在泥浆中放 置电极，形成电势差；对废弃泥浆进行脱水；最终使所处理的泥浆水率低于70%。
[0009] 当废弃泥浆中还有Na-CMC或Na2CO3，另外还需要加入明矾的量为n 3, Na-CMC化和 Na2CO3 n2与明石Ji在水溶液中反应的摩尔比分另U为η 1:n 3= 3:1，η 2:n 3= 3:2〇
[0010] 进一步，所述电极负极材料采用铁、铝或锌等金属材料。
[0011] 进一步所述电极正极材料采用铜、碳或石墨等材料。
[0012] 以废弃泥浆主要组成及初步破胶处理为基础，利用废弃泥浆的电动特性，对钻孔 灌注粧产生的废泥浆进行快速处理。
[0013] 废弃泥浆加入明矾后，反应迅速，体系中的微细胶体黏粒在絮凝剂（明矾）的作用 下聚结沉淀。整个废弃泥浆体系出现分层现象，上层为清液，下层为沉淀层。为了实现泥浆 固液尽可能彻底分离，先将上层清液排出，然后对剩下的泥浆沉淀层进行电动脱水处理。
[0014] 排出水的沉淀层含水率仍然较高，属于泥的范畴。在废弃钻井泥浆底部布置电极， 电极间通以低压直流电，电极间存在电势差。根据stern双电层模型，在外加电场作用下， 反离子的电荷会沿着外加电场的方向运动，从而也会带动液体一起运动，而固体层会随着 黏粒一起运动。最终，到达固液分离的效果，沉淀层含水率显著降低。
[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下优点及突出性效果：
[0016] (1)经济效应好。使用絮凝剂（明矾）价钱便宜，用电量少。整个泥水分离过程较 废弃泥浆外运费用节省20%。
[0017] (2)节能环保。通过絮凝-电动脱水处理废弃泥浆，避免外弃泥浆引起的环境污染 问题。
[0018] (3)操作简便安全。采用低压直流电，电极布置完成后自动运行，无需人工值守操 作。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是粘粒表面的双电层模型；
[0020] 图2是胶体粒子的Stern双电层模型；
[0021] 图3是简单电渗脱水系统示意图。
[0022]
[0023]
【专利附图】
【附图说明】：1 一底角安放的电极；2 -固液分层面；3-玻璃电极槽；4一电源导线； 5-固定电极的玻璃棒。
【具体实施方式】
[0024] 钻孔灌注粧使用泥浆钻孔前泥浆的主要成分一般包括膨润土（主要成分为蒙脱 石）、工业用碱（Na 2CO3，摩尔质量为106g/mol)、钠质羧甲基纤维素（Na-CMC，摩尔质量为 114. 115g/mol)和自来水。记单位体积泥衆质量为泥衆体积乘以泥衆比重，记为Mz。其中 钠质羧甲基纤维素（Na-CMC)的质量为Hi 1，工业用碱（Na2CO3)的质量为m2。H^m 2分别等于 泥浆总质量乘以各自质量分数。根据实验确定，废弃泥浆中Na-CMC和Na2CO 3含量无变化。
[0025] 针对钻孔灌注粧所产生的废弃泥浆，测定其参数，包括：废弃泥浆的体积V、比重 P 〇、废弃泥浆的含砂率π以及废弃泥浆的pH值。
[0026] 明矾的加入量存在最优加入量。当明矾加入量较少时，泥水分离过程中最终沉降 不明显，当明矾加入量过大时，对沉降影响不显著，过量的加入絮凝剂明矾只能增加体系 中明矾的浓度，对体系中废弃泥浆破胶絮凝不起作用。根据实验研宄，对于纯粘土制浆钻孔 灌注粧废弃泥浆泥水分离破胶聚沉过程明矾最佳加入量为泥浆质量的0. 80%?1. 0%。此 处泥浆质量为除砂后泥浆质量，计算方法为Vp 〇α-η)。此加入量使废弃泥浆破胶絮凝沉 淀彻底，并且速率最大。另外，随着明矾的加入，体系中的PH值的变化趋势和上层清液的比 重变化趋势随着明矾的加入量增加而减小。当明矾加入量为最优加入量时，体系中的pH值 为7?8,体系中上层清液的比重接近纯净水的比重，上层清液基本为清水，由于钻孔灌注 粧废弃泥浆中污染物较少，上层清液符合国家的排放标准。
[0027] 对于加入Na-CMC和Na2CO3的废弃泥浆还应加入明矾（KA1 (SO 4) 2 · 12H20,摩尔质量 为474. 3247)以与Na-CMC和Na2CO3反应。Na-CMC和Na 20)3与明矾在水溶液中反应的摩尔 比分别为n1:n 3= 3:1，η 2:n 3= 3:2。记明研^的额外加入量为Mm:
【权利要求】
1. 一种钻孔灌注粧废弃泥浆泥水分离方法，其特征在于：利用絮凝剂明矾对废弃泥浆 进行破胶处理；明矾加入量为泥浆质量的0. 80%?1. 0% ;排出上层清液后，在泥浆中放置 电极，形成电势差；对废弃泥浆进行脱水；最终使所处理的泥浆水率低于70%。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当废弃泥浆中还有Na-CMC或Na 2C03,另 外还需要加入明巩的量为n3, Na-CMC ^和Na2C03n2与明巩在水溶液中反应的摩尔比分别为 n^n 3= 3:1，n 2:n 3= 3:2〇
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极负极材料采用铁、铝或锌。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极正极材料采用铜、碳或石墨。
【文档编号】C02F11/14GK104445860SQ201410602858
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月2日 优先权日:2014年11月2日
【发明者】张钦喜, 王晓杰, 王强, 翟玉新, 陶韬, 史超栋 申请人:北京工业大学
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