臥螺離心機的灌注樁泥漿分離試驗研究
行業(yè)動態(tài)
隨著高層建筑的發(fā)展，樁基在建筑工程中的位置愈顯重要。而灌注樁廢棄泥漿中含有大量的粘土礦物和巖屑，稠度大，既不能直接排放，又難以自然沉降，已成為環(huán)境的一大污染源，進而成為制約城市建設進程的瓶頸。
目前，對廢棄泥漿的處理通常采用兩種方法，一種是固液分離法，另一種是固化處理法。國外主要以固液分離法為主，而國內(nèi)建筑施工廢棄泥漿的處理工作，主要采用罐車運輸至棄渣場的處理方式，該方式遺灑嚴重且費用高。因此，很有必要對廢棄泥漿進行固液分離研究，減少廢棄泥漿的體積，也減少廢棄泥漿對周邊環(huán)境的污染。文章在前期分析與研究的基礎上認為可以采用臥式螺旋卸料沉降離心機來對廢棄泥漿進行固液分離，從而達到循環(huán)利用水資源，減少廢棄物排放，降低運輸成本的目的。因此，通過離心機分離性能因素試驗獲得分離對離心性能的影響，探索分離工況是值得研究的。
1 臥螺離心機的工作原理
臥式螺旋卸料沉降離心機（簡稱臥螺離心機）具有分離性能好、適應性較強及能連續(xù)自動操作等優(yōu)點。泥漿從加料管進入，經(jīng)螺旋輸送器初步加速后通過進料孔進入轉鼓。在離心力的作用下，泥漿之后密度較大的粒子迅速地沉積到轉鼓內(nèi)壁形成沉渣，由與轉鼓方向旋轉但有一定轉速差的螺旋輸送器的葉片推向轉鼓小端，從排渣孔甩出；泥漿中密度較小的清液，在離心力的作用下，處于轉鼓液池的內(nèi)層，沿著清液通道，從位于轉鼓大端的溢流孔溢出。
2 泥漿脫水現(xiàn)場試驗
采用臥螺離心機對樁基現(xiàn)場的泥漿進行分離試驗，試驗地址位于杭州象山地區(qū)的一個樁基現(xiàn)場工地。試驗用泥漿特性分別為含固率33.6%，密度1.26×10-3kg/m3，固相真密度1.98×10-3kg/m3。經(jīng)多晶X射線衍射分析，樣品的物相組成如下：石英，高嶺土，云母和蒙脫石。試驗中，通過改變差轉速、進料流量和分離因數(shù)等參數(shù)來觀察這些參數(shù)對沉渣與清液含固率的影響，并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析研究得出合適的操作參數(shù)。
2.1 試驗用離心機參數(shù)及分離性能
試驗所用離心機型號LWJ-550*1700，轉鼓直徑550mm，轉鼓長度1700mm，長徑比3.09，差轉速2～30r/min（無級可調(diào)），分離因數(shù)Max1850（無級可調(diào)），主電機功率37～45kW，輔電機功率11～15kW。
對于離心機的分離性能主要以清液含固率、沉渣含固率、固相回收率等作為衡量標準。固相回收率是指沉渣中回收的固相在懸浮液總固相中所占的比例。
2.2 操作參數(shù)的選擇
2.2.1 分離因數(shù)的影響
離心因數(shù)是被分離物料在離心力場中所受到的離心力和它所受的重力之比。
分離因數(shù)是表示離心機性能的重要指標之一，一般情況下分離因數(shù)越大，物料受到的離心力也越大，分離效果也越好。但是分離因數(shù)也不是越大越好，其中一方面受限于離心機材料本身，允許的最大圓周線速度有一定限制；另一方面，轉鼓轉速越高，沉渣對轉鼓的磨損也就越大，會降低離心機的使用壽命。因此在分離過程中需要選擇合適的轉速。試驗中，在流量為8.2m3/h保持不變的情況下，同步提高主機轉速與輔機轉速，且保持差轉速為16.7r/min，測得數(shù)據(jù)如下：
| 主機轉速（r/min） | 分離因數(shù) | 清液含固率（%） | 沉渣含固率（%） | 固相回收率（%） |
1170 | 422 | 14.26 | 69.61 | 72.39 |
1430 | 630 | 12.49 | 71.85 | 76.05 |
1560 | 750 | 12.04 | 72.33 | 76.98 |
1690 | 880 | 11.63 | 72.59 | 77.87 |
1810 | 1020 | 11.30 | 72.60 | 78.60 |
1950 | 1171 | 10.94 | 72.88 | 79.34 |
由上表可知，分離因數(shù)達到一定值以后沉渣之后的含固率緩慢提高，而清液中的含固率緩慢下降。為了取得較好的分離效果，分離因數(shù)的取值應大于700，在該流量與差轉速下，對應的分離效果較好，且回收率較高。
2.2.2 差轉速的影響
差轉速是轉鼓轉速與螺旋輸送器轉速之差，也即兩者的相對轉速。差轉速的增大將減小物料在轉鼓內(nèi)的停留時間，從而提高分離液的含固率。另外，差轉速的增大還會加大物料在轉鼓內(nèi)的攪動，使得離心機的分離效果降低。但是差轉速也不是越低越好，差轉速越低，泥漿在轉鼓中的停留時間越長，處理能力也就越低，有許多的懸浮物沒有被及時處理就從上清液返流管中流失。在保持主機轉速為1600r/min，分離因數(shù)為788，進料流量為8.2m3/h的情況下，降低輔機轉速，從而改變差轉速，測得實驗數(shù)據(jù)如下：
| 差轉速（r/min） | 清液含固率（%） | 沉渣含固率（%） | 固相回收率（%） |
10.6 | 12.29 | 72.70 | 76.20 |
15.1 | 12.17 | 72.11 | 76.11 |
19.7 | 11.83 | 69.51 | 73.78 |
25.7 | 8.43 | 50.75 | 64.12 |
從上表可知，差轉速在超過20r/min時，沉渣、清液含固率與固相回收率均顯著下降，臥螺離心機的分離效果較差，因此差轉速的選擇應在20r/min以下，同時也驗證在保持差轉速為16.7r/min而改變分離因數(shù)的試驗中，初始試驗參數(shù)設置的合理性。
2.2.3 流量的影響
物料的進料流量是影響離心機分離效果的又一重要因素，它表示了離心機的處理能力。流量越小，泥漿分離得越充分，固相回收率越高，但是生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟性差；流量過大，物料來不及處理就被排出，達不到要求的分離效果。在滿足分離要求的情況下，流量盡可能的大。保持主機轉速為1600r/min，差轉速為21.7r/min的前提下，改變泥漿進料流量，測得實驗數(shù)據(jù)如下：
流量（m3/h） | 清液含固率（%） | 沉渣含固率（%） | 固相回收率（%） |
4.3 | 7.01 | 59.87 | 89.63 |
5.4 | 8.05 | 66.16 | 86.58 |
5.8 | 8.85 | 69.00 | 84.49 |
6.9 | 9.69 | 69.47 | 82.70 |
7.9 | 10.81 | 70.14 | 80.18 |
10.0 | 13.89 | 72.11 | 72.66 |
11.8 | 14.50 | 72.66 | 71.02 |
由上表可知，當流量逐漸增大，清液和沉渣的含固率同時逐漸增加。在考慮分離效果的同時，需兼顧分離效率，因此泥漿的進料流量最好在10m3/h以下。
綜上所得試驗結果，可以看出臥螺離心機在用于灌注樁廢棄泥漿的處理及資源回收利用上是可行的，分離后的沉渣含固率能達到70%以上，而清液含固率基本低于15%。同時通過改變試驗參數(shù)獲得了用離心機進行分離廢棄泥漿的最佳工況：差轉速為15r/min，流量為8.5m3/h，轉速為1600r/min。
3 結論
通過LWJ550*1700臥螺離心機的現(xiàn)場灌注樁泥漿分離試驗得到以下結論：
（1）隨著分離因數(shù)的增大，沉渣含固率逐漸上升，固相回收率提高。
（2）較小的差轉速對清液和沉渣的含固率以及對固相回收率影響較小，而在高差轉速條件下清液和沉渣的含固率下降較為明顯，而固相回收率反而上升。
（3）進料流量較小時，沉渣及清液含固率均較小，但是流量對其影響較為突出；隨著流量增大，沉渣及清液含固率上升，沉渣含固率上升平緩。固相回收率在流量較低范圍內(nèi)處于高值，并且在這范圍內(nèi)隨流量增加而急劇減少；在高流量范圍內(nèi)變化相對平緩。
（4）采用該型臥螺離心機分離泥漿，在參數(shù)取值合適的情況下，能取得較好的分離效果，分離后的沉渣含固率能達到70%以上，而清液含固率基本低于15%。因此，用臥螺離心機對灌注樁廢棄泥漿進行處理是可行的。
（5）為了取得較好的分離效果同時兼顧效率，通過改變試驗參數(shù)獲得了用離心機進行分離廢棄泥漿的最佳工況：差轉速為15r/min，流量為8.5m3/h，轉速為1600r/min。
