朱煜锋
中铁上海工程局集团有限公司，上海 201101
摘 要：在地铁车站施工中，不可避免会产生大量废弃泥浆，若直接外运排放，除存在泥浆外运困难的问题外，常常还会因为运距较远而增加工程费用，同时可能造成二次污染。为此，通过对废弃泥浆采取固化处理、并将分离出来的淤泥制作成生态免烧陶粒的方式，可切实缩减泥浆外运的运输成本，解决因城市交通限行而导致的泥浆外运困难问题，极大地减少了环境污染，也为今后地铁工程的绿色环保、经济创新施工提供了积极的导向。
关键词：地铁工程；废浆；资源化处置技术
引言
地铁车站工程的废弃泥浆往往都是通过罐车运输至指定的消纳场地，在消纳场经过三级沉淀、自然脱水固化后，可就地回填或作为路基填料、土方回填材料，因其化学成份比较复杂，主要有二氧化硅[SiO2]、钠长石[Na(AlSi3O8)]、高岭石[Al2Si2O5(OH)8]等，用作路基填料和土方回填材料适用性不高，常规处理既不经济也不环保。
本文阐述了一种废浆资源化处置技术，即对废弃泥浆采取固化处理、并将分离出来的淤泥制作成生态免烧陶粒，这项处置技术可切实缩减泥浆外运的运输成本，解决泥浆外运困难问题，极大地减少了环境污染。
1 废浆资源化处置概述
废浆资源化处置是一项综合应用技术，主要包括废弃泥浆固化处理和将固化处理后的淤泥制成生态免烧陶粒两个部分。目前，废弃泥浆固化处理的主要方法有：传统沉淀法、化学固化处理法、土地处理法、化学絮凝法和机械脱水处理法等，经综合考虑后，拟采用化学絮凝加机械脱水处理法。经过化学絮凝加机械脱水法处理的废浆已具有不错的力学性能，将固化处理的泥浆烘干后与水泥、外加剂等拌合均匀，制备成免烧陶粒，并用多种检测方法（吸水性、耐水性、滤水性、强度、吸附性、SEM）对陶粒进行力学性能及实用性效果测试，确定最优配合比。
2 废浆脱水固化处置技术
2.1泥浆处理方法选择
对比几种常见的泥浆处理方法，结合废弃泥浆处理方法及发展趋势，拟采用化学絮凝加机械脱水处理法。该方法具有处理周期短、占地少、成本低等优点，市场应用前景广阔。利用化学絮凝加机械离心脱水分离技术对废浆进行固液分离，形成了一个“机械筛分+絮凝脱水”的二级处理系统，并对处理后的上清液的成分进行测试分析，确保达标排放。
2.2化学絮凝药剂选择
废浆的含水量高，但废浆颗粒本身带有一定的电荷，脱水性很差，关键是提高废浆脱水量。采用无机絮凝剂对废浆进行化学调理和采用阳离子型PAM絮凝剂结合的方法，通过对废浆的物理化学调质，改变废浆颗粒表面的物理化学性质和组分，破坏废浆的胶体结构，减少与水的亲和力，从而改善了其脱水性能。
2.3机械脱水设备选型
目前，常用的机械脱水主要有板框压滤机、离心脱水机、带式压滤机、叠螺脱水机这四种。
其中，板框压滤机脱水后淤泥的含水率最低，脱水效果最好，但由于自动化程度较低，需要人工出泥，不适合地铁车站施工现场。离心式脱水机是利用固液两相的密度差，在机械离心力的作用下，加快固相颗粒的沉降速度，最终实现固液分离。通过对离心脱水机与带式压滤机技术比较，废浆脱水优选采用离心脱水机。
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2.4废浆脱水流程
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对废浆原地进行絮凝脱水一体化处理流程：将工程废浆进行筛分→化学调理→絮凝→机械脱水→外运，使脱水效果达到能用普通车辆外运处置的环保储运要求。
2.5泥浆固化方法及实验步骤
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综合实际情况、施工成本、循环利用等多种因素，为了达到理想的效果及更好的效益，采取如下方法：
第一步：药剂配制。通过多次调试，最终确定药剂为阳离子聚丙烯酰胺，药剂与水按7：1000进行配制，药剂水与泥浆按1：3进行混合。如泥浆浓度过大，为减少药剂用量、确保处理质量，将泥浆稀释至浓度25%左右为宜。
第二步：设备参数调整。对处理设备的主机及辅机转速进行多次调整，最终把主机转速调到2200转／h，辅机转速调到1700转／h。经设备处理后淤泥含水率约40%左右，出水较清澈。
第三步：改造泥浆输送管路。为了使泥浆与药剂水充分混合，对管道进行改造，对混合后流进的管道多设置几个弯头，并增加这部分管道长度15米，处理后出来的水粘性降低。
第四步：增加约15m3的蓄水池。经固化出来的水全部流入池里，池里的水分二路进行循环利用。一路用到加药桶里，稀释药剂，替代原来的自来水；另一路用于稀释泥浆箱里的泥浆。
2.6工效及适应性分析
由于地墙废浆浓度高，目前每小时处理泥浆量为10方左右，如果稀释到浓度为25%左右，每小时处理量将达15-20方。
依据稀释泥浆处理指标（15-20方/小时），采用离心式脱水机24小时不间断处理每天最大可处理约为360-480方。而按地墙施工工效分析，按一天两幅地墙考虑，最多产生废浆80方左右，满足现场泥浆处置要求。
2.7固化处理经济效益分析
地铁施工废浆固化处理经济效益明显，以固化泥浆10000方（水方）来计算经济效益：
按目前泥浆外运的成本为每方75元计算，共计成本750000元。
每方泥浆固化处理成本为：（1）药剂费用：12元，（2）人工成本：8元，（3）电费：5元，（4）其他成本：5元。小计：30元。10000方泥浆处理成本为300000元。
处理后10000方泥浆变成3300方含水率小于40%的淤泥和6700方的水，这部分水中70%可以循环利用，用于每天清洗场地等，相当于减少自来水消耗4690吨，水价按5元／吨计算，减少施工用水产生效益23450元。
考虑到固化后淤泥资源化利用，暂不需考虑外运费用，废浆固化产生的经济效益为：750000-300000+23450=473450元（税利）。
3 用泥浆制造陶粒再利用技术
3.1施工工艺流程
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在已知磷酸镁水泥最优配合比的基础上，为了充分将水泥与淤泥混合，先将固化后的淤泥块放置在干燥箱(110℃)中干燥，利用球磨机将其磨成泥粉，取出后过200目筛，得到需要的泥粉，再将泥粉和按各组所确定量混合。混合之后先用砂浆搅拌机将其搅拌均匀，再将搅拌均匀后的粉末分次倒入制陶粒机，边倒边用喷壶喷水，最后得到陶粒成品。
3.2掺量确定
以不同含量（20%、30%和40%）的水泥与淤泥混合制造出陶粒，确定出水泥掺量并将其作为对照组观察添加外加剂的效果。从绿色环保和经济的角度考虑，以淤泥利用量大的为优，并将得出的水泥掺量作为定量，同时考虑吸附组分、引气组分、碱组分、吸水组分、络合组分这些单因素的作用，把每种因素设置三个梯度后制作出各组陶粒。最后结合单个外加剂掺量的陶粒性能制作出多外加剂的陶粒，确定出最优掺量配比。
3.3实施方法及步骤
3.3.1吸水性测试
将养护3天的陶粒烘干12小时后，用电子称称取100g，待冷却后放入塑料杯中，加水至完全浸没陶粒，并在1h、2h、3h、12h、24h、72h后取出陶粒，用湿布拭去陶粒表面的水，再用电子秤称量陶粒的质量并进行记录。
3.3.2耐水性测试
将各个品种的陶粒浸泡在水中，观察放置3d，7d，14d，28d后水中陶粒有无出现淤泥分离的现象，并在这几个时间段进行破碎实验，观察陶粒是否会被破碎，从而得出强度是否下降。
3.3.3滤水性测试
将养护7天的陶粒进行滤水性实验。先用石子筛筛出粒径为10-16mm的大陶粒，同时筛出粒径为5-10mm的小陶粒。分别称取适量的大颗粒和小颗粒，首先将小颗粒放入过滤瓶底部，再将大陶粒放在小陶粒上方，将瓶中陶粒先用清水润湿。同时称取3g淤泥，放入杯中用水搅拌均匀后配置成浑浊液，拍照记录杯中浑浊程度，再将淤泥水倒入装有陶粒的过滤瓶中进行过滤，在过滤3次，6次，9次后分别拍照记录过滤后的杯中水的透明度。第二次以大小颗粒进行混合的方式来进行过滤，第三次以大陶粒在下，小颗粒在上的方式进行过滤。通过三种不同的过滤方式来确定最好的过滤方式。
3.3.4强度测试
（1）破碎实验
从每个小组中选取20颗大小均匀的陶粒，以自由落体的方式将这些陶粒分别从1米，2米的高度处扔下，观察破碎情况，记录破碎颗数。
（2）筒压实验
在陶粒制成后，根据规范中筒压强度的测试方法，取5mm-20mm之间粒径的陶粒，分别在14d，28d进行筒压强度。
3.3.5吸附性测试
选择具有代表性的陶粒组别进行吸附氮磷的实验。
测试方法为：将样品分成五等份，每份质量为168.72g，分别置于含总磷50mg/kg、含氨氮（以N计）250mg/kg的100ml混合溶液中，在温度25℃、湿度60%、140次/min的条件下振荡24h，过滤，通过滤液中总磷和氨氮含量（以N计）的变化来考察陶粒的吸附性能。
3.3.6 SEM测试
选择具有代表性的陶粒组别进SEM测试，观察期微观构型。在工作电压20kV，表品表面镀导电层的工作环境下利用Zeiss大腔体钨灯丝扫描电子显微镜（SEM4）对陶粒进行微观形貌分析。
3.3.7 最优配比
通过对各项指标性能分析得出，陶粒最优掺量配比为：淤泥掺量64.65%，水泥掺量30%，吸水组分掺量5%，络合组分掺量0.2%，引起组分掺量0.15%，水灰比为0.23。
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3.4资源化利用经济效益
地铁施工废浆固化处理淤泥资源化利用方向主要用于污水处理，用于海绵城市水处理，该陶粒每吨的市场价为：280元。
制作陶粒中淤泥（含水率20%以下）：水泥：其他材料按65%：30%：5%进行配制，制作1方陶粒需要：（1）淤泥：0.65方，（2）水泥0.3方：105元，（3）其他材料0.05方：25元，（4）水电、人工、管理等生产成本：40元。合计：170元。
每方陶粒产生效益为：280-170=110元（税利）。
3300方固化后的淤泥晾干到含水率20%以下，淤泥量为2830方，可生产约4350方陶粒。
4350方陶粒经济效益为：110×4350=478500元（税利）。
4 结论
本文所阐述的这种废浆资源化处置技术作为一项综合应用技术，具有积极的经济、社会和环保效益，在城市轨道工程施工行业具有广阔的应用前景。废浆经脱水固化处置后水质清澈，可达到二级排放标准，同时也达到了对泥浆固化的目的，减少了对环境的污染。
将固化后的废弃泥浆进行生态化的再利用制作成免烧陶粒，制成的免烧陶粒具有良好的吸附性，经专业测试，经陶粒处理过的水水质达到国家一级A的排放标准，特别是对COD、氨氮、总磷等物质的去除有着极好的效果，制备的免烧陶粒对总磷吸附达到了99%以上，对氨氮的吸附率达到70%以上。同时，生态免烧陶粒在海绵城市中也有着良好的应用前景。相信随着研究的深入，会有更多的废浆资源化处置技术产生。
参考文献
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