一种盾构渣土无害化处理方法与流程

本发明涉及盾构渣土处理领域，特别涉及一种盾构渣土无害化处理方法。

背景技术：

随着城市的大力建设，城乡一体化的发展，城市隧道和地铁的建设，在建设过程中形成大量的盾构渣土、建筑垃圾、盾构渣土产量大幅度增加。现有处理设施数量和库容已经不能满足现阶段盾构渣土、建筑垃圾、盾构渣土处置的要求，违章弃土现象依然存在。为了解决城市盾构渣土产量急剧增长，现有处理设施数量和库容不足，为了全面贯彻科学发展观，齐心协力共建“两型引领城市”，处置城市盾构渣土成为现阶段难题。

在城市隧道和地铁行业，盾构施工法作为软土地层修建隧道的专用方法，存在着大量的工程盾构渣土。目前，盾构渣土的处理技术主要有自然沉淀法、干土混合法。自然沉淀法是利用泥、水密度的不同，通过自然沉淀的方法使泥和水进行分离的方法。自然沉淀法不需要任何机械设备，只需通过静置沉淀作用即可达到泥、水分离的目的；但是自然沉淀法处理时间较长、且无法完全做到泥水分离，并且需要的场地较大。这种处置方法简单、易行、成本低，泥浆又不需要高度脱水，适应性强。但是泥浆填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和堆土安全问题。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。此外，需要处理的盾构渣土含有乳化剂，泥和水在乳化剂的作用下混合在一起，泥浆中的水分难以自然挥发，自然沉淀法中常是表层土壤干燥开裂而其下方的泥仍泥质松散含水率高甚至成浆状，易形成滑坡，从而影响堆土场的安全堆放。干土混合法是在盾构泥浆中加入干土，从而使得土的整体含水率降低；干土混合法需要大量的土料资源，且需要用机械设备将 干土与盾构泥浆进行充分搅拌。此外，盾构泥浆的含水率通常在80％以上，如果需要使整体出土达到直埋标准，需要加入6倍以上的干土。此法施工成本较高，同时还会占用大量的场地。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种盾构渣土无害化处理方法，以解决的盾构渣土处理难题，盾构渣土处理后形成的物质都有利用价值，砾石颗粒物可以用于混凝土骨料，泥块烧制的砖块质量好，水可以再次利用，使盾构渣土资源化、减量化、无害化、减少土地消耗。

一方面，本发明提供了一种盾构渣土无害化处理方法，盾构渣土经渣浆分离设备水力冲洗分离出泥浆和洗净的砾石颗粒物；将泥浆进行泥浆处理工艺形成的泥水和泥块，泥水再经过泥水处理系统进行净化处理。

进一步地，泥浆处理工艺如下：

将泥浆输入泥浆贮存池内，泥浆贮存池内的泥浆泵送至泥浆预处理池的第一搅拌池内进行快速搅拌，在第一搅拌池内加入絮凝剂和破乳剂；泥浆经过第一搅拌池处理完成后输入至泥浆预处理池的第二搅拌池内进行慢速搅拌备用；泥浆经过第二搅拌池后输入至泥浆脱水设备，处理后形成泥块和泥水。

进一步地，泥水处理系统包括一级反应池和二级反应池及沉淀池，在一级反应池内加入絮凝剂，在二级反应池内加入破乳剂；泥水再经过一级反应池后，再经过二反应池内，最后进入沉淀池内，沉淀池内的水经过沉淀后一部水用于渣浆分离设备用水。

进一步地，盾构渣土首先输入至渣浆分离池内，在渣浆分离池内加入水使泥浆流动性增大，然后经过输送设备输入至渣浆分离设备中经水力冲洗和滚筒筛网分离出泥浆和砾石颗粒物。

进一步地，泥浆经过泥浆脱水设备压滤后形成的泥块含水率约40％。

本发明盾构渣土经过处理后形成的砾石颗粒物可以用于混凝土骨料，变废为宝，提高了经济价值；泥块的含沙量和含水率低可以作为制砖材料，烧制的砖块质量好；泥水经过处理后可以再次利用。盾构渣土处理后形成的物质都有利用价值，砾石颗粒物可以用于混凝土骨料，泥块烧制的砖块质量好，水可以再次利用，使盾构渣土资源化、减量化、无害化、减少土地消耗。

在泥浆处理工艺中，首先在第一搅拌池内采用快速搅拌使絮凝剂和泥浆快速均匀混合，然后在第二搅拌池内采用慢速搅拌，防止絮凝体沉淀，且不会破坏絮凝体，聚团时间短和絮凝体密度高，絮凝体处于悬浮状态，方便排出。

泥浆经过处理后，泥浆脱水效果好，泥含水量低，较为干燥，有一定的强度，对泥浆的堆土安全有极大的促进。泥块含沙量极低，含水率低于40％是烧制砖块的最佳材料，泥块烧制的砖块质量好。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的盾构渣土无害化处理方法示意图；

图2为本发明泥水处理系统示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在城市隧道和地铁行业，盾构施工法作为软土地层修建隧道的专用方法，在盾构施工过程中会产生大量的盾构渣土，大量的盾构渣土带有碎石和较大颗粒物，大量的盾构渣土存在很难处置的问题。为了解决盾构渣土处理难道，如图1至图2所示，本发明优选了一种盾构渣土无害化处理方法，如图1所示，具体步骤如下：

1、轨道交通施工期间产生的盾构渣土送入渣浆分离设备进行冲洗分离，分离出盾构泥浆和砾石颗粒物；

2、砾石颗粒物由皮带运输机运出以作他用，盾构泥浆进入泥浆贮存池内暂存；

3、贮存池内的泥浆通过泥浆泵送入泥浆预处理池内，在泥浆预处理池内完成盾构泥浆与絮凝剂和破乳剂混合；

4、盾构泥浆经预处理完成后，通过高压泥浆泵将泥浆输送至泥浆脱水设备内进行处理，在此完成泥浆的泥水分离，形成泥块和泥水。

5、经处理后的泥块运送至受纳场填埋处置或用于烧制砖块；

6、经泥浆脱水设备处理过程中产生的泥水经化学反应和物理沉降处理合格后，大部分水回用于生产(例如渣浆分离设备用水)，少部分外排。

盾构渣土处理总共包括渣浆分离工艺和泥浆处理工艺及泥水处理工艺，现针对各处理工艺进行详细说明：

一、渣浆分离

1、处理工艺

带有碎石和较大颗粒物的盾构渣土进入处理场地后，经装载机运输进入渣浆分离池，加入水使盾构渣土流动性增大，经链斗式提升机将盾构渣土提升至滚筒筛中，滚筒筛为渣浆分离设备，经水力冲洗和筛网分离等处理方式，将泥浆和砾石颗粒物分离，泥土经冲刷稀释而成的泥浆经管道流至泥浆贮存池，进行下一步的泥浆处理；分选出的洗净的砾石颗粒物则经皮带传输机运出堆置，经砂石分选设备进行分选再利用。分离出的砾石颗粒物受到充分的冲洗不会带有药剂，砾石颗粒物为碎石和卵石，经进一步的筛选分离分类之后，大颗粒的可以被用于四合料水稳料的原料，小颗粒的可以用于混凝土等原料，或者不经分离直接进入盾构渣土受纳场填埋消纳。

二、泥浆处理

1、处理工艺

由于在盾构施工过程中，使用了发泡剂、稳定剂等试剂(现在盾构施工中 使用的发泡剂多为表面活性材料，也有在发泡剂中加入高分子类水溶性聚合物的发泡添加剂)，使土体具有较好的塑性流动性。导致泥浆中会存在表面活性剂等污染物，使泥浆成乳化状态。表面活性剂发泡会随时间自然消失，发泡剂本身具有生物降解性对环境不产生污染。但是泥浆中的发泡剂易产生飞沫，造成民众恐慌，药剂的降解消失也需要时间，所以须对泥浆进行处理。泥浆处理的目的是去除发泡剂、破除乳化状态，达到泥水分离目的。根据盾构泥浆的特点及泥浆处理经验，盾构渣土处理项目拟采用破乳法及絮凝沉淀法对盾构泥浆进行处理。

破乳法即在水中添加药剂，与泥浆中的乳化剂反应，破除其乳化状态。由于受盾构施工中所穿地层不同影响，施工过程中加入的其他试剂也会有所不同，所以泥浆处理中添加的其他试剂则由现场实验室检测决定添加中和反应试剂的种类。破乳反应不会对环境产生二次污染。

絮凝沉淀法是指在泥浆中投加絮凝剂后，其中悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下快速生成絮状体，且在沉降过程中它们互相碰撞凝聚，其尺寸和质量不断变大，沉速不断增加，最终通过沉淀的方法将悬浮物去除。盾构渣土泥浆处理中絮凝法的主要作用是改善出水水质、增大絮团使脱水后的泥土流动性减弱等。

将泥浆输入泥浆贮存池内，泥浆贮存池内的泥浆泵送至泥浆预处理池的第一搅拌池内进行快速搅拌，在第一搅拌池内加入试剂1、2，试剂1、2为絮凝剂和破乳剂；泥浆经过第一搅拌池处理完成后输入至泥浆预处理池的第二搅拌池内进行慢速搅拌备用；泥浆经过第二搅拌池后输入至泥浆脱水设备，处理后形成泥块和泥水。泥浆脱水设备可以采用带式压滤机，真空带式压滤机，卧式离心机等过滤设备。

在泥浆处理工艺中，首先在第一搅拌池内采用快速搅拌使絮凝剂和泥浆快速均匀混合，一般是越快越好，使絮凝剂和泥浆快速絮凝。然后在第二搅拌池内采用慢速搅拌，慢速搅拌原则是指使第二搅拌池内泥浆不产生沉淀就可以了。慢速搅拌可以防止絮凝体沉淀，且不会破坏絮凝体，聚团时间短和絮凝体密度 高，絮凝体处于悬浮状态，方便排出。

为了产生较大的颗粒状絮凝物，使絮凝体密度高，分界明显，沉淀迅速，絮凝效果好。根据现有的隧道泥浆特点，本发明配制了专用的絮凝剂。絮凝剂是由水和阴离子聚丙烯酰胺及非离子聚丙烯酰胺混合而成。非离子型聚丙烯酰胺的浓度为0.03％～0.01％，即1升水中加入加入300毫克～100毫克的非离子型聚丙烯酰胺粉剂。阴离子型聚丙烯酰胺的浓度为0.02％～0.01％，即1升水中加入200毫克～100毫克的阴离子型聚丙烯酰胺粉剂。阴离子聚丙烯酰胺的分子量为1200万，非离子型聚丙烯酰胺的分子量为600万。

本发明配制的絮凝剂试验数据如下：

2、泥块处理

由于泥浆为地铁线施工过程中所产生，经处理降低含水率后，泥质较好，无沙石，可将其用于路基、地面回填材料及烧制砖的原料。泥块烧制砖是将压滤后产生的干泥块处理后，首先在受场地内进行临时堆置，然后根据其性状与各成分含量，与其他原料(如粘土)按一定比例混合，加压成型，焙烧后制成砖。通过将泥块烧制砖不仅节约了填埋用地、缓解了砖瓦厂土源紧张，还在一定程度上解决了泥浆终端化、资源化、无害化处理一大难题，实现了资源循环、节能减排的环境目标。泥块烧制的砖质量好，强度高。

三、泥水处理

1、泥水处理工艺，如图2所示：

泥水处理系统包括一级反应池和二级反应池及沉淀池，在一级反应池内加入试剂3，试剂3为絮凝剂，在二级反应池内加入试剂4，试剂4为破乳剂；泥水再经过一级反应池后，再经过二反应池内，最后进入沉淀池内，沉淀池内的水经过沉淀后可以循环使用或无害化排放。

由于在泥浆处理过程中对泥和水同时进行了处理，为防止泥浆处理过程中存在对水质处理不彻底的问题，在水处理区采用药剂布水方式进行强化处理，依旧采用破乳消泡法、絮凝沉淀法对压滤出水水质进行处理，达到降低泥水中SS的浓度和破除乳化状态的目的。

絮凝沉淀法是指在水中投加水质处理专用絮凝剂后，让其中悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下生成絮状体，且在沉降过程中它们互相碰撞凝聚，其尺寸和质量不断变大，沉速不断增加，最终悬浮物通过沉淀的方法将其去除。

破乳消泡法即在水中添加药剂，与乳化剂、阴离子表面活性剂等反应，破除其乳化及产生泡沫的状态。

以上俩类处理药剂在泥浆处理过程中就已添加，水处理过程中为辅助及后备处理。且此过程不会对环境产生二次污染。

本发明方案与旧有的盾构渣土处理方法相比有如下几点优点：

1、分离出盾构渣土中的砂石，减少盾构渣土体积，减少泥浆含沙量，提高泥浆品质。回收利用了砂石产生了效益。

2、与原本不对盾构渣土进行处理相比，经过处理后的盾构渣土体积进一步减小，节省了填埋所需的土地资源。

3、处理后的泥块含水率少，较为干燥，有一定的强度，对泥块的堆土安全上有极大的促进。

4、处理后的泥块含沙量少、泥块品质好可以作为材料有烧制砖等用途。泥块烧制的砖质量好，强度高。

5、盾构渣土无害化处理方法用水量少，处理后的少量水也达标排放，对场地及周边的环境保护有极大的促进。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。