離心機應(yīng)用于打樁泥漿廢水處理的可行性研究
行業(yè)動態(tài)
1 概述
打樁泥漿是建筑施工過程中不可避免會產(chǎn)生的廢棄物，主要表現(xiàn)為泥漿在自然狀態(tài)下難以自然干化，造成施工現(xiàn)場泥漿滿地，泥漿水難以管理，施工現(xiàn)場混亂等問題。泥漿若直接外排，則必然會造成河道堵塞、江海淤塞，嚴重影響自然環(huán)境，對地下水和地表水產(chǎn)生不良影響，并危害周圍生態(tài)環(huán)境。若不經(jīng)處理直接外運傾倒填埋坑，直接增加車輛的運輸成本和道路安全隱患，甚至可能引起填埋坑的決堤危險。
隨著建筑業(yè)的發(fā)展越來越快，打樁泥漿的處理已經(jīng)是困擾城市建設(shè)規(guī)模發(fā)展的一個很大問題，迫切需要對泥漿進行無害化、減量化處理。如果像目前這樣不對打樁泥漿進行處理，任其隨意傾倒，則所造成的危害已經(jīng)是有目共睹的事實。本文通過在寧波地區(qū)幾個打樁泥漿工地上進行臥螺離心機的固液分離的實踐證明，無論從分離效果、運營成本，還是穩(wěn)定性、可靠性方面，臥螺離心機都是唯一能較好地處理打樁泥漿的設(shè)備。
2 處理方案的選擇
打樁泥漿廢水具有顆粒較細、懸浮率高等難處理的特點，通常采用填埋、排?；蜃匀桓稍锏确椒?，效率較低，環(huán)保壓力大。結(jié)合這一問題，根據(jù)打樁泥漿廢水的特點以及臥式螺旋卸料沉降離心機的特性，通過市場調(diào)研和現(xiàn)場分離試驗，選擇臥式螺旋卸料沉降離心機處理打樁泥漿廢水，其特點是污泥濃縮、脫水同時在一臺離心機設(shè)備中完成。
本項目擬采用臥式螺旋卸料沉降離心機（以下簡稱離心機）對打樁泥漿進行無害化、減量化處理。目前要處理的寧波象山城區(qū)的打樁泥漿為每天15000m3，也即每小時需處理625m3（臥螺離心機設(shè)備每天24h運行），采用了目前國內(nèi)的LW1000型臥螺離心機組對打樁泥漿進行無害化、減量化處理。
3 打樁泥漿處理工藝流程
本套機組為連續(xù)24h不間斷進行泥漿脫水運行。打樁泥漿從建筑工地源源不斷地排放至儲泥池中，首先在加藥裝置中配置濃度為1‰～3‰非離子聚丙烯酰胺（PAM）絮凝劑，在儲泥池中按1%的濃度添加聚氯化鋁（PAC）助凝劑并進行曝氣攪拌均勻。污泥泵將打樁泥漿廢水與絮凝劑投加裝置輸送來的絮凝劑進行絮凝后進入臥螺離心機分離。打樁泥漿廢水在臥螺離心機內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，自動進行濃縮脫水，分離出來的渣相裝車外運后制磚或采用填埋方式處理；分離后的液相回用配藥或用于市政灑水車澆路，或在達到環(huán)保排放標準的情況下排放。
4 臥螺離心機組關(guān)鍵設(shè)備的選擇與分離效果分析
4.1 臥螺離心機組的結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)
全套關(guān)鍵設(shè)備由LW1000臥螺離心機、JYZB絮凝劑配投裝置、進泥泵、加藥泵、電磁流量計和PLC全自動 控制系統(tǒng)等構(gòu)成。
臥螺離心機主要結(jié)構(gòu)：LW1000臥螺離心機主要由主副電機、差速器、螺旋體、轉(zhuǎn)鼓、左右主軸承、機座、機罩及傳動裝置等組成。
離心機主要技術(shù)參數(shù)如下：
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑：1000mm
設(shè)計轉(zhuǎn)速：1400r/min
分離因數(shù)：1098
使用工作轉(zhuǎn)速：≤1300r/min（以下無級可調(diào)）
主電機功率：200kW，380V，50Hz
副電機功率：30kW，380V，50Hz
臥螺離心機工作原理為打樁泥漿經(jīng)進料管從螺旋體出料口進入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下，比重較大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對運動的螺旋葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口。分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口溢流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋體與轉(zhuǎn)鼓之間的相對運動（即差轉(zhuǎn)速）是通過差速器來實現(xiàn)的，其大小由副電機來控制，差速器的外殼與轉(zhuǎn)鼓相連接，輸出軸與螺旋相連接，輸入軸與副電機相連接。主電機帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的同時也帶動差速器外殼的旋轉(zhuǎn)，差速器的輸入軸在副電機的控制下，驅(qū)動行星輪帶動差速器的輸出軸旋轉(zhuǎn)，輸出軸通過花鍵帶動螺旋旋轉(zhuǎn)，形成一定比例扭矩的差轉(zhuǎn)速傳遞給螺旋，實現(xiàn)了離心機對打樁泥漿的連續(xù)分離過程。
4.2 臥螺離心機電氣系統(tǒng)的組成及特性
電氣控制柜綜合控制的設(shè)備包括LW1000離心機、進泥泵、加藥泵、渣相輸送機、進泥電磁流量計、加藥電磁流量計、其他各種電磁閥等附屬設(shè)備；絮凝劑投配系統(tǒng)的所有電氣設(shè)備包括干粉投放裝置、攪拌器裝置、進水系統(tǒng)和投加系統(tǒng)等。
電氣控制系統(tǒng)采用國際上在水處理領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的可編程序控制器（PLC）為核心，以界面友好的彩色液晶觸摸屏為人機操作界面，節(jié)能優(yōu)良的雙電機雙變頻恒扭矩控制，采用一鍵式操作，初始運行參數(shù)自動設(shè)定，整個流程按照編制好的程序自動運行，無需人為干預(yù)，實現(xiàn)真正的全自動操作。在運行過程中通過恒力矩與恒差速兩種控制方式，適應(yīng)物料濃度、流量的變化，提高離心機對生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性，保證良好的分離和穩(wěn)定的運行狀態(tài)，是操作簡便、功能完備的控制系統(tǒng)。
4.3 JYZB型絮凝劑配制裝置
整套加藥裝置制備能力為4m3/h，配比濃度1‰～3‰，該系統(tǒng)包括干粉投放裝置、攪拌裝置及管路系統(tǒng)。其工作原理為：清水由進水管路進入混合器，在此與加入的絮凝劑干粉初步混合，初步配制的絮凝劑進入配制箱，在配制箱內(nèi)進行充分攪拌，整個過程需要1～1.5h。當?shù)谝粋€配制箱配制完成后由氣動蝶閥自動打開供液閥，配制好的絮凝劑與另一路供水管路在混合器內(nèi)充分混合后供給臥螺離心機。在第一個配置箱配制完成后，第二個配制箱也開始工作，工作過程同配制箱一。此后是連續(xù)的配制和投加同時進行的過程。
4.4 物料特性及分離效果分析
物料名稱：打樁泥漿；進料含固率：25%～30%；處理量：70～80m3/h。
4.4.1 不投加絮凝劑的分離效果
直接將打樁泥漿由進泥泵輸送至臥螺離心機進行分離，打樁泥漿在輸送過程中不添加任何絮凝劑和助凝劑。打樁泥漿進料濃度在25%～30%，進料密度約為1.15kg/cm3。因為打樁泥漿中沒有添加任何絮凝劑和助凝劑，所以打樁泥漿中小于10μm的顆粒就隨著液體由臥螺離心機的出液口流出（出水渾濁），而大于10μm的顆粒隨著固形物由臥螺離心機出渣口排出。經(jīng)臥螺離心機72h不間斷分離測試，分離后的渣相含水率≤30%，固體回收率約60%；泥餅?zāi)苓_到直接運輸或堆放要求。若再向由臥螺離心機出液口排出的渾濁水投加絮凝劑和助凝劑，使渾濁水中小于10μm的顆粒馬上絮成比較結(jié)實的絮團，由臥螺離心機再次分離，此時主臥螺離心機排出的液體可達到排放要求，而固形物——渣相同樣能達到直接運輸或堆放要求。使用這一處理方法的唯一好處是減少絮凝劑和助凝劑的投加總量，一方面降低打樁泥漿的處理成本，另一方面減少臥螺離心機出水中微粒的含量。
4.4.2 投加絮凝劑的分離效果
在儲泥池中添加助凝劑，在進料管路進臥螺離心機之前通過加藥泵輸送稀釋過的絮凝劑，使泥漿與絮凝劑充分混合、絮團，進入臥螺離心機后，在離心力的作用下實現(xiàn)固、液分離。經(jīng)過72h的離心機不間斷運行分離檢測，經(jīng)臥螺離心機分離后的渣相含水率≤40%，清液含固率≤0.1%，每噸絕干污泥耗藥量在3kg/tDS，固體回收率≥98%，分離后的液體達到能直接排放要求，泥餅?zāi)苓_到直接運輸或堆放要求。
5 臥螺離心機用于打樁泥漿廢水處理的可行性分析
5.1 打樁泥漿體積的減量化
根據(jù)離心機分離的數(shù)據(jù)，假設(shè)打樁泥漿經(jīng)過離心機分離脫水后的泥餅含水率從分離前的80%左右降低到分離后的35%，這樣，可使泥漿體積減少70%左右。
5.2 泥漿便于再次運輸或直接堆放干化
打樁泥漿經(jīng)過離心機分離脫水，40%以下含水率的泥餅可以用普通運輸車輛進行運輸，或在處理打樁泥漿的現(xiàn)場進行堆放干化，或直接烘制成園林建筑用磚。
5.3 提高施工效率和改善施工現(xiàn)場環(huán)境
因為打樁泥漿通過運輸車輛直接從施工現(xiàn)場運走，不存在污染施工現(xiàn)場的問題，解決了泥漿排放問題，不會出現(xiàn)泥漿橫溢導(dǎo)致道路泥濘不堪。
5.4 運行成本核算
該套脫水設(shè)備的運行成本主要由設(shè)備折舊費用、電耗成本、藥劑（PAM/PAC）成本、人工成本等組成。
（1）設(shè)備折舊費用。設(shè)備折舊費用主要是分離設(shè)備、進泥泵的折舊，其他輔助設(shè)備折舊費用可忽略；分離設(shè)備可保證8000h無故障運行，檢修時更換密封件或軸承。
（2）電耗成本。LW1000離心機配置200kW主電機、30kW副電機，副電機在正常工作狀態(tài)下為發(fā)電機的狀態(tài)，其產(chǎn)生的電能通過特有技術(shù)供主電機使用。
①設(shè)備耗電量。臥螺離心機的耗電量：（200+30）×0.8=184kW/h（雙變頻能量反饋模式，具有節(jié)能功能）。絮凝劑制備裝置的耗電量：5kW/h；污泥泵的耗電量：30kW/h；加藥泵的耗電量：3kW/h；螺旋輸送機的耗電量：3kW/h；設(shè)備耗電量合計：225kW/h，該數(shù)值為滿負荷運行的情況下。一般正常運行情況下，耗電量為滿負荷的85%，因而總耗電量為191kW/h。
②噸干泥的耗電量。若按泥漿含固率為25%計算，LW1000系列離心機的處理能力以80m3/h計，產(chǎn)生絕干泥量大約為20tDS/h，耗電量按191kW計算，則處理每噸干泥的耗電量為：191/20=9.55kW·h/tDS。
（3）絮凝劑耗藥量計算。設(shè)備耗藥量：單臺臥螺離心機消耗的干藥量約40～60kg/h。噸干泥的耗藥量：按進料泥漿濃度25%計算，LW1000離心機按處理能力絕干泥量大約為20tDS/h計算，則處理每噸干泥的耗藥量為：（40～60）/20=2～3kg/tDS。
也就是說，每生產(chǎn)一噸干泥，需耗電9.55kW·h，藥劑消耗2～3kg。以LW1000型離心機為例，每處理一噸泥漿，則耗電為9.55×20/80=2.39kW·h，藥劑消耗（2～3）×20/80=0.5～0.75kg。
6 結(jié)語
打樁泥漿取自地下30m左右的深處，一般不像地表水容易受到污染，其本身不具備有毒有害的因素，也就是說它的固體泥和液體水都沒有受到污染。在打樁時，按國家行業(yè)標準的規(guī)定，向地底下灌注的水必須是自來水，自來水本身也無污染，所以只需將打樁出來的泥漿進行泥和水的分離即可。將象山縣及周邊地區(qū)市政、商業(yè)等建設(shè)中產(chǎn)生的樁基、隧道泥漿進行集中處理，實現(xiàn)減量化、無害化、資源化。泥餅可用于制造新型的環(huán)保建材，水可直接用于市政綠化或農(nóng)業(yè)灌溉，整個過程中不產(chǎn)生新的廢水、廢物和廢氣。此舉不僅將泥漿廢棄物轉(zhuǎn)化為可利用的清潔資源，同時消除了泥漿廢棄物對環(huán)境的惡劣影響，并且緩解了建筑資源和水資源供求緊張的矛盾，對環(huán)境保護和資源的再生利用具有積極而深遠的意義。
