CN110255847A - 一种盾构渣土无害化的处理方法 - Google Patents

一种盾构渣土无害化的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种盾构渣土无害化的处理方法。本发明提出的盾构渣土无害化的增溶解吸‑化学除泡‑絮凝沉淀联合处理技术，合理配比各药剂量，先添加解吸剂对泥浆进行一次增溶解吸，增加土壤颗粒表面的电离能，且使土壤颗粒表面负电荷增加，降低土壤颗粒对阴离子型和非离子型泡沫剂的吸附力，使泡沫剂从土壤颗粒表面解吸入水相中，实现泡沫剂与土壤颗粒的分离；再添加化学除泡剂与盾构渣土中的泡沫剂进行化学除泡反应；最后通过加入絮凝剂，进一步促进泡沫剂的去除，保证去除效果的长期性。经过泥水分离后的水相中泡沫剂和其他悬浮固体，通过絮凝吸附沉淀后，脱水干化，最终焚烧或填埋处置。将经解吸转移入水相中的泡沫剂进行最终的无害化处理。

Description

一种盾构渣土无害化的处理方法
技术领域
本发明涉及一种盾构渣土无害化的处理方法，尤其涉及一种用于去除盾构渣土中泡沫剂的处理方法，属于土壤处理领域。
背景技术
隧道施工是城市轨道交通建设的重要一环。目前，国内外隧道施工的方法主要是盾构法，这种方法在施工过程中会产生大量的盾构渣土。其中使用土压平衡盾构施工法，不仅能产生大量渣土，而且为保证盾构机的顺利掘进，会在掘进土层中喷射泡沫剂等有机化合物，通过改变土壤的流塑性，保证盾构机的顺利掘进，减少掘进过程对刀片的磨损。由于泡沫剂等有机化合物的加入，会使盾构渣土中残留大量的泡沫剂等有机化合物。
泡沫剂在土壤中的赋存状态是一种固液相动态平衡的状态，在土壤间隙水与土壤颗粒表面动态迁移。其中，大部分的泡沫剂会被土壤颗粒吸附，部分吸附于土壤颗粒表面，还有少量泡沫剂会随土壤毛细水进入土壤内部，这部分泡沫剂较吸附于土壤颗粒表面的泡沫剂更难处理。
泡沫剂等有机化合物的存在，改变了原有土壤的结构，使得原有土壤的含水率高，并且由于泡沫剂等有机化合物的存在，使盾构渣土不易脱水，由于改变了土壤的流塑性，盾构渣土在堆存过程中，易于产生滑坡的危害。在自然堆存过程中，存在表层土壤干燥开裂而其下方的土壤仍泥质松散含水率高甚至成浆状，易形成滑坡，从而影响堆土场的安全堆放。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种对泡沫剂等有机化合物去除率高的盾构渣土无害化的处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种盾构渣土无害化的处理方法，包括如下步骤：
S1、将含有泡沫剂的待处理盾构渣土与水混合，制浆，获得第一泥浆；
S2、向S1获得的第一泥浆中加入解吸剂，混合均匀，停留20-40min后，进行泥水分离处理，获得第二泥浆和含有泡沫剂的泥水；优选地，停留25-35min；
其中，所述解吸剂包括含钙化合物、含钠化合物中的至少一种；
S3、向S2获得的第二泥浆中加入化学除泡剂，混合均匀后，停留20-40min，获得第三泥浆；
其中，所述化学除泡剂包含硅氧烷类化合物；优选地，所述硅氧烷类化合物为聚二甲基硅氧烷、环状聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷共聚多元醇中的一种或几种；优选地，停留25-35min；
S4、向S3获得的第三泥浆中加入絮凝剂，搅拌均匀后，进行泥浆的深度脱水分离，完成处理。
进一步地，S1中，待处理盾构渣土与水的质量比为1：(7-19)。
优选地，S1中，对第一泥浆进行筛分处理，去除粗集料，获得成分均一的泥浆。如此，可降低泥浆体量，减小泥浆体量，减轻处理负担。
进一步地，S2中，解吸剂与第一泥浆的质量比为(1.5-5):1000。
可选地，可根据需要在S2中，调节泥浆pH，使得泥浆pH保持在7-12之间。保证土壤颗粒表面负电荷的环境，根据同电荷相斥原理，进一步促使泡沫剂解吸，不被土壤颗粒吸附。
进一步地，S2中，混合时，搅拌速率为100～200rpm，搅拌时间为5～10min。
进一步地，S2中，所述解吸剂由含钙化合物、含钠化合物组成，含钙化合物与含钠化合物的质量比为(1-3):(0.5-2)，优选为1.5:(0.5-2)。
进一步地，S2中，所述含钙化合物包括氢氧化钙、碳酸氢钙、氧化钙中的至少一种；所述含钠化合物包括碳酸钠、氢氧化钠、氯化钠、碳酸氢钠中的至少一种。
进一步地，S2中，泥水分离处理方式为物理泥水分离处理方式，可选为，离心分离，实现泥、水分离。
进一步地，还包括对S2中获得的含有泡沫剂的水相进行处理的步骤，即对所述水相进行絮凝处理，获得絮凝物，利用絮凝物的吸附作用将水相中的泡沫剂吸附。后对所述絮凝物进行脱水干化，最终焚烧或填埋处置。将经解吸转移入水相中的泡沫剂进行最终的无害化处理。
进一步地，S3中，化学除泡剂与第二泥浆的质量比为(0.5-2)：10000。
进一步地，S3中，可根据需要向第二泥浆中混入水，保证液固质量比为(5-10)：1。
可选地，可根据需要在S3中，调节泥浆PH，使得泥浆PH保持在7-12之间。
进一步地，S4中，絮凝剂与第三泥浆的质量比为(1-5)：10000。
进一步地，S4中，泥水分离过程分两段进行，即先静置，沉淀分层，然后对下层固相物进行压滤处理。
进一步地，S4中，所述絮凝剂包括PAM、PAC中的至少一种。使用前先将PAM和/或PAC时，预先配置成质量浓度为0.1％的溶液，进行熟化处理。
本发明方法对泡沫剂类型为阴离子型和非离子型的表面活性剂均适用。
本发明采用增溶解吸-化学除泡-絮凝沉淀的联合处理技术，可保证盾构渣土中泡沫剂的较彻底的去除，且不会产生对环境的二次污染。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提出的盾构渣土无害化的增溶解吸-化学除泡-絮凝沉淀联合处理技术，合理配比各药剂量，先添加解吸剂对泥浆进行一次增溶解吸，增加土壤颗粒表面的电离能，且使土壤颗粒表面负电荷增加，降低土壤颗粒对阴离子型和非离子型泡沫剂的吸附力，使泡沫剂从土壤颗粒表面解吸入水相中，进一步通过物理的泥水分离作用，实现泡沫剂与土壤颗粒的分离；再向泥水分离后的泥浆中添加化学除泡剂，使盾构渣土中残留的泡沫剂与化学除泡剂发生化学反应，破坏泡沫剂的结构或将泡沫剂生成另一种无害物质；最后通过向泥浆中加入絮凝剂，将土壤颗粒、解吸剂和化学除泡剂吸附在其表面，提供三者再次相互作用的微环境，进一步促进盾构渣土中泡沫剂的去除。经过泥水分离后的水相中泡沫剂和其他悬浮固体，通过絮凝吸附沉淀后，脱水干化，最终焚烧或填埋处置。将经解吸转移入水相中的泡沫剂进行最终的无害化处理。
2、本发明提出的增溶解吸-化学除泡-絮凝沉淀联合处理技术，对盾构渣土中泡沫剂的去除效果优于单独使用解吸剂和化学除泡剂。同时通过联合使用，可充分发挥各药剂的作用，可有效减少化学除泡剂等药剂的投加量，并且通过絮凝剂的作用，可以将加入盾构渣土中的过量的药剂固定在土壤中，且不易迁移转化入环境中，有效减少土壤中可能残留的药剂成分的浸出。此外，残留在土壤中的药剂具有缓释作用，当后期土壤中有泡沫剂释放时，残留的药剂可以与土壤中的泡沫剂发生反应，再次将残留的泡沫剂去除掉，达到长期稳定和持续作用的效果。
3、本发明提出的联合修复技术能使盾构渣土中泡沫剂的含量减少90％以上，水相处理后出水中的泡沫剂含量减少90％以上，保证处理效果；采用先将吸附于盾构渣土中的泡沫剂解吸入水相，后泥水分离后，单独处理水相和浓缩泥浆中的泡沫剂的方式，能够节约化学除泡剂的用量，节约处理的药剂成本。在同一药剂、相同药剂用量的条件下，使用本发明提出的联合修复技术可比单独使用解吸剂、化学除泡剂时，盾构渣土中泡沫剂的残留量低。
4、本发明使用的药剂对盾构渣土中泡沫剂的修复机理不仅包括增溶解吸、化学除泡，还同时存在共沉淀、吸附等多种机理，这些修复机理针对盾构渣土中的泡沫剂具有很好地去除效果；絮凝剂固体颗粒，不易被冲刷流失，能够长期均匀分布在盾构渣土中，可以对残留的泡沫剂进行长期的吸附。所用药剂不会改变土壤的理化性质结构，不会产生二次污染。使用的硅氧烷类化合物(聚二甲基硅氧烷、环状聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷共聚多元醇中的一种或几种)，可被土壤中微生物降解。
具体实施方式
一种盾构渣土无害化的处理方法，包括以下步骤：
步骤1：药剂的制备；
分别配置浓度为0.1％的PAC和PAM溶液，备用。
准备1克PAC备用，在烧杯中装1000mL水，启动搅拌机，将PAC分3-4次加入水中，所有的PAC投加完毕后，搅拌60-90分钟，观察溶液状态，待颗粒物和稠状物质消失即可。
准备1克PAM备用，在烧杯中装1000mL水，启动搅拌机，将PAM分3-4次加入水中，所有的PAM投加完毕后，搅拌60-90分钟，观察溶液状态，待颗粒物和稠状物质消失即可。
步骤2：含泡沫剂盾构渣土预处理；将盾构渣土加水制浆，筛分得到不含粗粒径的泥浆；
步骤2.1：将盾构渣土放入储泥槽内加水制浆。用筛分装置对泥浆进行筛分处理，去除其中的粗粒径(粒径≤2mm)物质。
步骤2.2：将步骤2.1中得到的泥浆测定泥浆的悬浮颗粒含量、pH值和泡沫剂的含量。
步骤3、盾构渣土增溶解吸处理；
在经步骤2处理后的泥浆中加入含钙化合物和碳酸钠，调节泥浆的pH保持在7～12之间，搅拌混合均匀后停留30min；
步骤4盾构渣土化学除泡处理；
步骤4.1：将步骤3中得到的泥浆进行泥水分离后，在泥基中加入一定量的化学除泡剂，使泥浆和化学除泡剂的质量比在0.001％～0.005％，需要时可加水，然后进行中速机械搅拌，搅拌速率控制为100～200rpm，搅拌时间控制在5～10min，使泥浆和药剂混合均匀；
步骤5盾构渣土絮凝沉淀处理
步骤5.1：将步骤4.1中得到的泥浆，加入质量比为0.01％～0.05％的絮凝剂，然后进行中速机械搅拌，搅拌速率控制为100～200rpm，搅拌时间控制在5～10min，后静置沉淀5～10min，使泥浆中的固相和液相分离；
所述步骤3中，根据盾构渣土中初始泡沫剂含量不同，含钙化合物添加量与泥浆的质量比范围为1:1000～3:1000，碳酸钠添加量与泥浆的质量比范围为0.5:1000～2:1000；步骤4.1中，根据盾构渣土中初始泡沫剂含量不同，氧化剂添加量与泥浆的质量比范围为0.5:10000～2:10000；步骤5.1中，根据盾构渣土中初始泡沫剂含量不同，絮凝剂(活性物质干重)的添加量与泥浆的质量比范围为1:10000～5:10000。
优选地，将固液分离后的盾构渣土泥浆中的液相抽出处理，固相由泵送入板框压滤机，进行深度的脱水处理，进脱水处理后的盾构渣土外运处置。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
将盾构渣土加水进行制浆，后筛分处理，将粗颗粒和细颗粒分离，得到细颗粒泥浆。细颗粒泥浆中泡沫剂的含量为68.9mg/kg，泥浆体积为1000ml；
第一次增溶解吸处理，向泥浆中加入含钙化合物(摩尔比CaO：Ca(HCO3)2＝1：0.35)和碳酸钠，含钙化合物与泥浆的质量比为1.5:1000，碳酸钠添加量与泥浆的质量比为0.5:1000。中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第二次化学除泡处理，向泥浆中加入聚二甲基硅氧烷共聚多元醇，聚二甲基硅氧烷共聚多元醇的添加量与泥浆的质量比为0.5:10000，中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第三次絮凝沉淀处理，再向泥浆中加入絮凝剂PAC溶液，絮凝剂添加量与泥浆的质量比为1:10000，中速机械搅拌，搅拌速率控制为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀，后静置1min，进行泥水分离。
处理后盾构渣土中泡沫剂的含量降低到5.78mg/kg，相较原来的68.9mg/kg，使污染土壤中泡沫剂的含量减少91.6％。
实施例2
将盾构渣土加水进行制浆，后筛分处理，将粗颗粒和细颗粒分离。得到细颗粒泥浆。泥浆中泡沫剂的含量为45.3mg/kg，泥浆体积为1000ml；
第一次增溶解吸处理，向泥浆中加入含钙化合物(摩尔比CaO：Ca(HCO3)2＝1：0.35)和碳酸钠，含钙化合物与泥浆的质量比为1.5:1000，碳酸钠添加量与泥浆的质量比为0.5:1000。中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第二次化学除泡处理，向泥浆中加入聚二甲基硅氧烷共聚多元醇，聚二甲基硅氧烷共聚多元醇的添加量与泥浆的质量比为0.5:10000，中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第三次絮凝沉淀处理，再向泥浆中加入絮凝剂PAC，絮凝剂PAC添加量与泥浆的质量比为1:10000，中速机械搅拌，搅拌速率控制为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀，后静置1min，进行初步泥水分离。
处理后盾构渣土中泡沫剂的含量降低到3.16mg/kg，相较原来的45.3mg/kg，使污染土壤中泡沫剂的含量减少93％。
实施例3
将盾构渣土加水进行制浆，后筛分处理，将粗颗粒和细颗粒分离。得到细颗粒泥浆。泥浆中泡沫剂的含量为23.5mg/kg，泥浆体积为1000ml；
第一次增溶解吸处理，向泥浆中加入含钙化合物(摩尔比CaO：Ca(HCO3)2＝1：0.35)和碳酸钠，含钙化合物与泥浆的质量比为1.5:1000，碳酸钠添加量与泥浆的质量比为0.5:1000。中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第二次化学除泡处理，向泥浆中加入聚二甲基硅氧烷共聚多元醇，聚二甲基硅氧烷共聚多元醇的添加量与泥浆的质量比为0.5:10000，中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第三次絮凝沉淀处理，再向泥浆中加入絮凝剂PAC，絮凝剂添加量与泥浆的质量比为1:10000，中速机械搅拌，搅拌速率控制为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀，后静置1min，进行初步泥水分离。
处理后盾构渣土中泡沫剂的含量降低到1.86mg/kg，相较原来的23.5mg/kg，使污染土壤中泡沫剂的含量减少92.1％。
表1实施例盾构渣土处理前后泡沫剂含量变化
对比例1
将盾构渣土加水进行制浆，后筛分处理，将粗颗粒和细颗粒分离。得到细颗粒泥浆。泥浆中泡沫剂的含量为45.3mg/kg，泥浆体积为1000ml；
第一次增溶解吸处理，向泥浆中加入含钙化合物(摩尔比CaO：Ca(HCO3)2＝1：0.35)和碳酸钠，含钙化合物与泥浆的质量比为1.5:1000，碳酸钠添加量与泥浆的质量比为0.5:1000。中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第二次絮凝沉淀处理，再向泥浆中加入絮凝剂PAC，絮凝剂PAC添加量与泥浆的质量比为1:10000，中速机械搅拌，搅拌速率控制为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀，后静置1min，进行初步泥水分离。
处理后盾构渣土中泡沫剂的含量降低到16.6mg/kg，相较原来的45.3mg/kg，使污染土壤中泡沫剂的含量减少63.3％。
对比例2
将盾构渣土加水进行制浆，后筛分处理，将粗颗粒和细颗粒分离。得到细颗粒泥浆。泥浆中泡沫剂的含量为45.3mg/kg，泥浆体积为1000ml；
第一次化学除泡处理，向泥浆中加入聚二甲基硅氧烷共聚多元醇，聚二甲基硅氧烷共聚多元醇的添加量与泥浆的质量比为0.5:10000，中速机械搅拌，搅拌速率为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀；
第二次絮凝沉淀处理，再向泥浆中加入絮凝剂PAC，絮凝剂PAC添加量与泥浆的质量比为1:10000，中速机械搅拌，搅拌速率控制为200rpm，搅拌时间5min，使泥浆和药剂混合均匀，后静置1min，进行初步泥水分离。
处理后盾构渣土中泡沫剂的含量降低到31.86mg/kg，相较原来的45.3mg/kg，使污染土壤中泡沫剂的含量减少30％。
表2实施例2、对比例盾构渣土处理前后泡沫剂含量变化
表3不同类型药剂处理效果情况对比
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种盾构渣土无害化的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将含有泡沫剂的待处理盾构渣土与水混合，制浆，获得第一泥浆；
S2、向S1获得的第一泥浆中加入解吸剂，混合均匀，停留20-40min后，进行泥水分离处理，获得第二泥浆和含有泡沫剂的水相；
其中，所述解吸剂包括含钙化合物、含钠化合物中的至少一种；
S3、向S2获得的第二泥浆中加入化学除泡剂，混合均匀后，停留20-40min，获得第三泥浆；
其中，所述化学除泡剂包含硅氧烷类化合物，优选地，所述硅氧烷类化合物为聚二甲基硅氧烷、环状聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷共聚多元醇中的一种或几种；
S4、向S3获得的第三泥浆中加入絮凝剂，搅拌均匀后，进行泥水分离，完成处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，S1中，待处理盾构渣土与水的质量比为1：（7-19）。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，S2中，解吸剂与第一泥浆的质量比为（1.5-5）:1000。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，S2中，所述解吸剂由含钙化合物、含钠化合物组成，含钙化合物与含钠化合物的质量比为（1-3）:（0.5-2）。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，S2中，所述含钙化合物包括氢氧化钙、碳酸氢钙、氧化钙中的至少一种；所述含钠化合物包括碳酸钠、氢氧化钠、氯化钠、碳酸氢钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，还包括对S2中获得的含有泡沫剂的水相进行处理的步骤，即对所述水相进行絮凝处理，获得絮凝物，然后对所述絮凝物进行脱水干化。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，S3中，化学除泡剂与第二泥浆的质量比为（0.5-2）：10000。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，S4中，絮凝剂与第三泥浆的质量比为（1-5）：10000。
9.根据权利要求1-8任一项所述的处理方法，其特征在于，S4中，泥水分离过程分两段进行，即先静置，沉淀分层，然后对下层固相物进行压滤处理。
10.根据权利要求1-8任一项所述的处理方法，其特征在于，S4中，所述絮凝剂包括PAM、PAC中的至少一种。
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