離心機(jī)應(yīng)用于打樁泥漿廢水處理的可行性研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 概述
打樁泥漿是建筑施工過程中不可避免會(huì)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(huì)造成河道堵塞、江海淤塞，嚴(yán)重影響自然環(huán)境，對(duì)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(yùn)傾倒填埋坑，直接增加車輛的運(yùn)輸成本和道路安全隱患，甚至可能引起填埋坑的決堤危險(xiǎn)。
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(gè)很大問題，迫切需要對(duì)泥漿進(jìn)行無害化、減量化處理。如果像目前這樣不對(duì)打樁泥漿進(jìn)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(shí)。本文通過在寧波地區(qū)幾個(gè)打樁泥漿工地上進(jìn)行臥螺離心機(jī)的固液分離的實(shí)踐證明，無論從分離效果、運(yùn)營成本，還是穩(wěn)定性、可靠性方面，臥螺離心機(jī)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(xì)、懸浮率高等難處理的特點(diǎn)，通常采用填埋、排?；蜃匀桓稍锏确椒ǎ瘦^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(diǎn)以及臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的特性，通過市場調(diào)研和現(xiàn)場分離試驗(yàn)，選擇臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)處理打樁泥漿廢水，其特點(diǎn)是污泥濃縮、脫水同時(shí)在一臺(tái)離心機(jī)設(shè)備中完成。
本項(xiàng)目擬采用臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡稱離心機(jī)）對(duì)打樁泥漿進(jìn)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(shí)需處理625m3（臥螺離心機(jī)設(shè)備每天24h運(yùn)行），采用了目前國內(nèi)的LW1000型臥螺離心機(jī)組對(duì)打樁泥漿進(jìn)行無害化、減量化處理。
3 打樁泥漿處理工藝流程
本套機(jī)組為連續(xù)24h不間斷進(jìn)行泥漿脫水運(yùn)行。打樁泥漿從建筑工地源源不斷地排放至儲(chǔ)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(chǔ)泥池中按1%的濃度添加聚氯化鋁（PAC）助凝劑并進(jìn)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(jìn)行絮凝后進(jìn)入臥螺離心機(jī)分離。打樁泥漿廢水在臥螺離心機(jī)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，自動(dòng)進(jìn)行濃縮脫水，分離出來的渣相裝車外運(yùn)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(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下排放。
4 臥螺離心機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備的選擇與分離效果分析
4.1 臥螺離心機(jī)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(jī)、JYZB絮凝劑配投裝置、進(jìn)泥泵、加藥泵、電磁流量計(jì)和PLC全自動(dòng) 控制系統(tǒng)等構(gòu)成。
臥螺離心機(jī)主要結(jié)構(gòu)：LW1000臥螺離心機(jī)主要由主副電機(jī)、差速器、螺旋體、轉(zhuǎn)鼓、左右主軸承、機(jī)座、機(jī)罩及傳動(dòng)裝置等組成。
離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑：1000mm
設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速：1400r/min
分離因數(shù)：1098
使用工作轉(zhuǎn)速：≤1300r/min（以下無級(jí)可調(diào)）
主電機(jī)功率：200kW，380V，50Hz
副電機(jī)功率：30kW，380V，50Hz
臥螺離心機(jī)工作原理為打樁泥漿經(jīng)進(jìn)料管從螺旋體出料口進(jìn)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)（即差轉(zhuǎn)速）是通過差速器來實(shí)現(xiàn)的，其大小由副電機(jī)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(jī)相連接。主電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也帶動(dòng)差速器外殼的旋轉(zhuǎn)，差速器的輸入軸在副電機(jī)的控制下，驅(qū)動(dòng)行星輪帶動(dòng)差速器的輸出軸旋轉(zhuǎn)，輸出軸通過花鍵帶動(dòng)螺旋旋轉(zhuǎn)，形成一定比例扭矩的差轉(zhuǎn)速傳遞給螺旋，實(shí)現(xiàn)了離心機(jī)對(duì)打樁泥漿的連續(xù)分離過程。
4.2 臥螺離心機(jī)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(jī)、進(jìn)泥泵、加藥泵、渣相輸送機(jī)、進(jìn)泥電磁流量計(jì)、加藥電磁流量計(jì)、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(jìn)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(jī)操作界面，節(jié)能優(yōu)良的雙電機(jī)雙變頻恒扭矩控制，采用一鍵式操作，初始運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，整個(gè)流程按照編制好的程序自動(dòng)運(yùn)行，無需人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)操作。在運(yùn)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(jī)對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性，保證良好的分離和穩(wěn)定的運(yùn)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(jìn)水管路進(jìn)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(jìn)入配制箱，在配制箱內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁麄€(gè)過程需要1～1.5h。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)配制箱配制完成后由氣動(dòng)蝶閥自動(dòng)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(jī)。在第一個(gè)配置箱配制完成后，第二個(gè)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(shí)進(jìn)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(jìn)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(jìn)泥泵輸送至臥螺離心機(jī)進(jìn)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(jìn)料濃度在25%～30%，進(jìn)料密度約為1.15kg/cm3。因?yàn)榇驑赌酀{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(jī)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(jī)出渣口排出。經(jīng)臥螺離心機(jī)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_(dá)到直接運(yùn)輸或堆放要求。若再向由臥螺離心機(jī)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(shí)的絮團(tuán)，由臥螺離心機(jī)再次分離，此時(shí)主臥螺離心機(jī)排出的液體可達(dá)到排放要求，而固形物——渣相同樣能達(dá)到直接運(yùn)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(jī)出水中微粒的含量。
4.4.2 投加絮凝劑的分離效果
在儲(chǔ)泥池中添加助凝劑，在進(jìn)料管路進(jìn)臥螺離心機(jī)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(tuán)，進(jìn)入臥螺離心機(jī)后，在離心力的作用下實(shí)現(xiàn)固、液分離。經(jīng)過72h的離心機(jī)不間斷運(yùn)行分離檢測，經(jīng)臥螺離心機(jī)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(dá)到能直接排放要求，泥餅?zāi)苓_(dá)到直接運(yùn)輸或堆放要求。
5 臥螺離心機(jī)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(jī)分離的數(shù)據(jù)，假設(shè)打樁泥漿經(jīng)過離心機(jī)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(yùn)輸或直接堆放干化
打樁泥漿經(jīng)過離心機(jī)分離脫水，40%以下含水率的泥餅可以用普通運(yùn)輸車輛進(jìn)行運(yùn)輸，或在處理打樁泥漿的現(xiàn)場進(jìn)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?yàn)榇驑赌酀{通過運(yùn)輸車輛直接從施工現(xiàn)場運(yùn)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(huì)出現(xiàn)泥漿橫溢導(dǎo)致道路泥濘不堪。
5.4 運(yùn)行成本核算
該套脫水設(shè)備的運(yùn)行成本主要由設(shè)備折舊費(fèi)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(fèi)用。設(shè)備折舊費(fèi)用主要是分離設(shè)備、進(jìn)泥泵的折舊，其他輔助設(shè)備折舊費(fèi)用可忽略；分離設(shè)備可保證8000h無故障運(yùn)行，檢修時(shí)更換密封件或軸承。
（2）電耗成本。LW1000離心機(jī)配置200kW主電機(jī)、30kW副電機(jī)，副電機(jī)在正常工作狀態(tài)下為發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，其產(chǎn)生的電能通過特有技術(shù)供主電機(jī)使用。
①設(shè)備耗電量。臥螺離心機(jī)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(jī)的耗電量：3kW/h；設(shè)備耗電量合計(jì)：225kW/h，該數(shù)值為滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下。一般正常運(yùn)行情況下，耗電量為滿負(fù)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(jì)算，LW1000系列離心機(jī)的處理能力以80m3/h計(jì)，產(chǎn)生絕干泥量大約為20tDS/h，耗電量按191kW計(jì)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(jì)算。設(shè)備耗藥量：單臺(tái)臥螺離心機(jī)消耗的干藥量約40～60kg/h。噸干泥的耗藥量：按進(jìn)料泥漿濃度25%計(jì)算，LW1000離心機(jī)按處理能力絕干泥量大約為20tDS/h計(jì)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(jī)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(shí)，按國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行集中處理，實(shí)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(gè)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(shí)消除了泥漿廢棄物對(duì)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(duì)環(huán)境保護(hù)和資源的再生利用具有積極而深遠(yuǎn)的意義。
