药剂真空预压法处理工程废弃泥浆

王 栋

(上海大学土木工程系，上海 200072)

药剂真空预压法处理工程废弃泥浆

王 栋

(上海大学土木工程系，上海 200072)

针对浙江温州某工地的废弃泥浆的含水率、pH值、颗粒组成及矿物成分进行研究，通过最佳絮凝试验确定了最佳絮凝剂添加量，并采用了一种新型处理方法——药剂真空预压法处理该地区的废浆。试验结果表明：(1)试验泥浆以粘粉颗粒为主,其矿物成分主要为石英、伊利石还含有少量的高岭石、斜长石、碱性长石及方解石；(2)不同APAM絮凝剂添加量下，废弃泥浆的浊度随时间增加而减小，且初始浊度最低时对应的添加量为最佳添加量；(3)药剂真空预压法能够有效压缩废浆体积、减低废弃泥浆的含水率。

药剂真空预压；浊度；模型试验

1 最佳絮凝试验

废弃泥浆含水率、pH值、颗粒组成及矿物成分是影响泥浆处理效果的重要因素，对于泥浆的基本性质的研究很有必要。絮凝沉淀法是药剂真空预压法的第一个步骤，目的是通过絮凝剂的絮凝作用快速降低原始泥浆的含水率，以提高处理效率。由于阴离子聚丙烯酰胺(Anionic Polyacrylamide，简称APAM)在处理泥浆时具有絮凝速度快、添加量少且效果明显的优点，所以本文选取APAM(分子量2 000万)作为絮凝沉淀阶段的药剂。通过沉降柱试验测试出泥浆最佳絮凝状态下的添加量。

1.1 废浆试样特性

试验所取泥浆为浙江省温州市某钻孔灌注桩施工工地的废弃泥浆。泥浆含水率为156.1%、pH值为8.0呈弱碱性、泥浆密度1.326 g/cm3。矿物成分见表1，试验泥浆主要矿物成分为石英和伊利石，还含有少量的高岭石、斜长石、碱性长石及方解石。

温州泥浆的颗粒组成见图1，从中可以看出原始泥浆以粉粘细颗粒为主，含大于0.075 mm的砂颗粒约19%，0.005～0.075 mm 粉粒约占44.6%，小于0.005 mm的粘粒约占46.4%。

图1 原状废浆颗粒分布曲线

表1 泥浆矿物成分

1.2 沉降柱试验

上清液浊度(单位：NTU)反映了絮凝后上清液含有小颗粒的多少，是反映絮凝效果优劣的评价标准之一。为了确定絮凝剂的最佳添加量，选取上清液的浊度为标准，通过沉降柱试验研究絮凝剂添加量与絮凝后上清液浊度的关系，确定最佳絮凝添加量，并研究了上清液浊度与絮凝沉降时间变化关系。

试验器材：500 ml烧杯、500 ml量筒、玻璃棒、滴定管、移液管、电子天平、计时器和SGZ-200AS型浊度仪等。

试验过程：将APAM先配制成质量溶度为2‰的絮凝剂溶液，分别将不同添加量(25 ml、30 ml、35 ml及40 ml)的溶液倒入装有200 ml废浆的烧杯中充分搅拌均匀，然后将絮体转移至500 ml量筒中，按时间测定并记录固液分离后上清液浊度。

1.3 试验结果分析

浊度随时间变化关系曲线见图2，从中可以看出：(1)加入25 ml APAM溶液浊度值初始值最高，由此可以看出加入25 ml絮凝剂溶液，仍有较多的微小颗粒悬浮在上清液中，故浊度值最高。(2)加入35 ml及40 ml APAM溶液上清液初始浊度反而高于加入30 mlAPAM溶液，说明加入35 ml及40 ml絮凝剂已经过量。上清液中的微颗粒被过量的絮凝剂包裹，颗粒表面无空白表面供絮凝剂进行吸附架桥作用形成更大的颗粒，从而悬浮在上清液中。(3)加入30 ml絮凝剂初始浊度最低，30 ml为最佳添加量。(4)从浊度与时间变化曲线的斜率来看，絮凝沉降初期斜率较大，24 h后逐渐趋于平缓，这主要是由于上清液里的微小颗粒在絮凝沉淀前24 h仍在不断被絮凝剂形成的网状结构笼络，24 h以后絮体趋于稳定。

图2 浊度随时间变化关系曲线

2 药剂真空预压固液分离试验

2.1 试验器材

自制有机玻璃模型箱、密封圈、自制透水管(等效孔径为180 μm)、土工布、真空表、真空管、真空泵、抽滤瓶(标好刻度)、电子称、标准筛、烘箱及美国麦克AutoPore IV 9500压汞仪等。模型试验装置简图见图3。

图3 模型试验装置图

2.2 试验过程

(1)连接、组合真空预压装置。

(2)取62.4 L泥浆，按最佳絮凝剂添加量(30 ml/200 ml)添加9.36L2‰APAM溶液、搅拌均匀，搅拌速率为120 r/min，搅拌时间10 min。

(3)泥浆絮凝后静置24 h，吸出上清液，并记录上清液体积。

(4)真空试验过程中真空度保持在85 kPa左右，过程中记录真空度、出水量、沉降量(水液面、土面对应刻度)。

(5)真空试验持续时间136 h，卸载后打开模型箱测试不同位置处土样进行含水率试验及压汞试验测定其含水率及孔隙率。

2.3 试验结果及数据分析

(1)真空预压过程中出水量

真空预压过程中出水量见图4。从图中可以看出真空预压前期出水速度较快，前24 h出水量达到了11 900 ml，约占真空预压阶段总出水量25 680的46.3%。出水曲线在真空预压136 h后趋于平缓，但出水量仍有40 ml/h左右，泥浆含水率仍可进一步降低。

图4 出水量及真空预压时间关系曲线

(2)真空预压过程中的废浆面高度变化量

真空预压过程中废浆液面高度随时间变化曲线如图5所示，图中废浆面的高度为模型箱标注刻度的读数，模型箱高为50 cm。从图5中可以看出加入絮凝剂后泥浆液面初始刻度为8.7 cm,絮凝沉降24 h后排出上清液17 930 ml后，废浆面高度为19 cm，真空预压136 h后废浆面高度下降至33.65 cm。药剂真空法处理后根据废浆的高度，换算成废浆体积约为28.4 L，约占处理前废弃泥浆体积62.4 L的45.5%，药剂真空预压法能够有效减少废浆体积。

图5 温州泥浆废浆面高度

(3)含水率测定

真空预压处理后从模型箱内按距离中心不同距离(1.5 cm、3 cm、6 cm、9 cm、12 cm、18 cm和21.5 cm)取土样做含水率测试，废浆的含水率如图6所示。从图6中可以看出，絮凝沉降24 h后，废浆含水率从156.1%降到了129.57%，真空预压136 h后含水率从129.57%降至50.09%。试验后距离中心位置越近含水量越低，这是由于本试验装置是从中心施加真空的，真空度首先到达中心位置，真空度随着距离的增加逐渐递减，所以距离中心越近越易出水。各个位置含水率在37.8%～55%范围内，药剂真空法能够大幅度降低废浆的含水率。

图6 含水率与位置关系曲线

3 结 论

通过最佳絮凝实验确定了最佳絮凝剂添加量并探究了浊度随时间变化关系，通过药剂真空预压室内模型试验研究了废弃泥浆的固液分离特性，结论如下：(1)温州地区某工地的工程废弃泥浆以粘粉细颗粒为主，其矿物成主要为石英、伊利石，还含有少量的高岭石、斜长石、碱性长石及方解石；(2)不同APAM絮凝剂添加量下，废弃泥浆的浊度随时间增加而减小，且初始浊度最低时对应的添加量为最佳添加量。(3)药剂真空预压法能够有效压缩废浆体积、减低废弃泥浆的含水率。

[1] 房凯, 张忠苗, 刘兴旺,等. 工程废弃泥浆污染及其防治措施研究[J].岩土工程学报, 2011, 33(S2): 238-241.

[2] 答治华,李刚,刘建华,等. 铁路桥梁钻孔灌注桩施工泥浆处理设备的研制[J].铁道建筑,2009,(10):30-32.

[3] 武亚军,陆逸天,牛坤,等. 药剂真空预压法处理工程废浆试验[J].岩土工程学报,2015,1435(16):1-9.

The treatment of construction waste slurry with additive agent combined vacuum preloading

WANG Dong

(Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072，China)

In this paper, the water content, pH value, particle composition,and mineral composition of Wenzhou construction waste mud has been studied . The best flocculation condition has been studied to find the best addition amount for waste slurry . And the additive agent vacuum preloading model tests has also been performed to handle slurry . It was found that: (1)the particle composition of the test mud consists mainly of silt and clay, the mud mainly consists of quartz and illite and a small quantity of kaolinite , plagioclase and alkali feldspar.(2)turbidity of the mud decreased with increasing time in different adding amount .And the lowest turbidity match the best addition amount for waste slurry . (3)the method of the additive agent vacuum preloading can reduced slurry volume and reducing the moisture content of the mud.

additive agent combined vacuum preloading;turbidity;model test

2016-05-13

王栋(1990-)，男，江苏扬州高邮人，研究方向：岩土工程。

TU449

C

1008-3383(2017)02-0005-03