CN110255857B - 用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂及脱水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂及脱水方法，该低碱调理剂由特定配比的脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成，且无机添加剂选自硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铝、硫酸铝钾、聚合氯化铝中的至少一种。采用该低碱调理剂配合板框压滤工艺可直接对建筑泥浆进行深度脱水处理，并可直接实现泥饼和废水的达标要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂及脱水方法。
背景技术
在岩土工程施工(如钻孔灌注桩施工、冲孔灌注桩施工、盾构施工等)中产生大量建筑泥浆，一方天然土可以产生4-5方的建筑泥浆。每项基础工程通常产生几千甚至几十万方的建筑泥浆。
建筑泥浆是一种由水、天然粘土、膨润土以及外加剂组成的混合体系，以悬浮液和胶体溶液的混合形式存在。在上述成分中，膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分(含量在85-90％之间)的非金属矿物。蒙脱石为层状水铝硅酸盐矿物，层与层之间靠范德华力相互连接，连结力很弱，水分子容易进入晶胞之间，使晶胞距离增大，因此，蒙脱石的晶格是活动的，吸水后体积可膨胀增大数倍，脱水后则可收缩；蒙脱石晶胞形成的层状结构中存在H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子，这些阳离子与晶胞的作用不稳定，易被其它阳离子交换，故蒙脱石具有较好的离子交换性。根据层间主要交换性阳离子的种类，膨润土可分为钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土等。建筑泥浆中主要存在的是钠基膨润土，钠基膨润土具有良好的吸附性、膨胀性、分散性和造浆性。同时，在岩土工程施工中常使用Na2CO3作外加剂，Na2CO3可提高建筑泥浆的pH值，促使膨润土水化分散，增加水化膜厚度，提高胶体稳定性，增加泥浆黏度。
通常，建筑泥浆含水率高，呈碱性(pH值在8-9之间)，化学组成成分基本上和土壤的组成相一致，泥浆颗粒极细、级配差，形成的胶体稳定性较好，自然沉淀效率很低。
目前，针对建筑泥浆的处理方法主要有以下几种：
(1)外运直接排放。这种粗放型的处理方式需要运输费、人工费、管理费等，不仅综合费用比较高，而且极易引发环境、水质污染以及市政管网阻塞等问题。
(2)自然沉淀：一般采取开挖泥浆池、堆坝、自然蒸发、沉淀、加固化剂固化、掩埋等，这种简易的处理方法需要占用大量的土地、处理周期长、浪费土地资源，而且容易造成二次污染。
(3)离心脱水：采用离心机对建筑泥浆进行脱水，但存在难以快速实现泥水分离、能耗大、处理能力相对较低等问题。
(4)板框压滤脱水：为提高脱水效率，通常需要向建筑泥浆中添加调理剂进行物理化学调理调质，然后采用板框压滤机对调理建筑泥浆进行深度脱水，所得泥饼再使用土方车进行运输外排或资源化利用，尾水经简单处理后即可以达标排放。
然而，常规对建筑泥浆的物理化学调理调质主要采用生石灰、电石渣、水泥、粉煤灰等作为调理剂，导致泥饼和尾水的碱性较强(pH值10.0～12.6)，泥饼无法满足《GB18599-2001一般工业固体废物储存、处置场污染控制标准》中规定的第I类一般工业固体废物要求(pH值≤9)，不能直接储存、处置，且尾水还需加酸中和处理后才能实现达标排放。
发明内容
基于此，有必要提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂及脱水方法，便于利用板框压滤法快速且低成本地实现对建筑泥浆的弱碱性、大规模、无害化深度脱水处理，并使泥饼和尾水直接满足标准要求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成，其中，脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂的重量比为(1-17)：(1-13)：(0.1-3)；所述无机添加剂选自硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铝、硫酸铝钾、聚合氯化铝中的至少一种。
优选地，脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂的重量比为(2-15)：(2-10)：(0.1-2)。
更高优选地，脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂的重量比为(7-9)：(4-6)：(0.3-0.8)。
一种建筑泥浆的脱水方法，采用上述任一项所述的低碱调理剂，利用板框压滤工艺对建筑泥浆进行深度脱水。
优选地，所述建筑泥浆的干物质与所述低碱调理剂的重量比为100:(9-25)。
具体地，上述所述的建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
对建筑泥浆进行含水量调整；
按照建筑泥浆的干物质与脱硫石膏、低钙粉煤灰、无机添加剂的重量比分别为100:(2-15)、100:(2-10)、100:(0.1-2)的比例，向建筑泥浆中加入脱硫石膏、低钙粉煤灰、无机添加剂，混匀，得含水量为65-85％的调理浆料；
利用板框压滤机将调理浆料压滤脱水，得pH值不超过9的泥饼和废水，且泥饼含水率不超过30％。
优选地，所述调理浆料的含水量为70-80％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用脱硫石膏、低钙粉煤灰、无机添加剂调理建筑泥浆，其中，脱硫石膏中的Ca2+、无机添加剂中的Fe2+、Fe3+、Al3+等高价阳离子起离子交换作用、电性中和作用，高价阳离子水解产生的氢离子起酸碱中和作用，同时脱硫石膏和低钙粉煤灰不仅能改善颗粒级配，还能通过水化反应、火山灰反应生成水化产物，使自由水转化为矿物结合水，形成土体骨架来提高强度。
(2)本发明的低碱调理剂中各组分来源广泛、成本低廉。
(3)本发明的建筑泥浆的脱水方法仅需要按所调理的建筑泥浆干物质重量比添加脱硫石膏、低钙粉煤灰、无机添加剂，并搅拌均匀，然后采用板框压滤工艺将调理后的泥浆压滤脱水，即可直接获得满足标准要求的泥饼和废水，简化废物处理过程，有效避免建筑泥浆堆放、抛填引起的占用土地资源和破坏生态环境等情况。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
本实施例提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成；其中，脱硫石膏、钙粉煤灰和硫酸铝的重量比为7.5:5:0.4。
本实施例提供一种建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
S1，称量含水率为60％的建筑泥浆100kg，pH值为8.25。
S2，分别按照建筑泥浆的干物质的7.5％、5％、0.4％的比例称量脱硫石膏3kg、低钙粉煤灰2kg、硫酸铝0.16kg，并将脱硫石膏、硫酸铝分别配置成脱硫石膏浆液、硫酸铝溶液。
S3，向建筑泥浆分别中加水、脱硫石膏浆液、低钙粉煤灰和硫酸铝溶液，混匀，制备含水量为75％、pH值为7.92的调理浆料。
S4，利用板框压滤机将步骤S3的调理浆料压滤脱水，记录板框压滤过程总耗时，得泥饼和废水，测试泥饼的含水率，测定泥饼和废水的pH值。
实施例2
本实施例提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成；其中，脱硫石膏、钙粉煤灰和硫酸铁的重量比为15:2:0.3。
本实施例还提供一种建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
S1，称量含水率为60％的建筑泥浆100kg，pH值为8.25。
S2，分别按照建筑泥浆的干物质的15％、2％、0.3％的比例称量脱硫石膏6kg、低钙粉煤灰0.8kg、硫酸铁0.12kg，分别配置脱硫石膏浆液、硫酸铁溶液。
S3，向建筑泥浆分别中加水、脱硫石膏浆液、低钙粉煤灰和硫酸铁溶液，混匀，制备含水量为75％、pH值为7.61的调理浆料。
S4，利用板框压滤机将步骤S3的调理浆料压滤脱水，记录板框压滤过程总耗时，得泥饼和废水，测试泥饼的含水率，测定泥饼和废水的pH值。
实施例3
本实施例提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成；其中，脱硫石膏、低钙粉煤灰和硫酸铝的重量比为2:10:2。
本实施例还提供一种建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
S1，称量含水率为60％的建筑泥浆100kg，pH值为8.25。
S2，分别按照建筑泥浆的干物质的2％、10％、2％的比例称量脱硫石膏0.8kg、低钙粉煤灰4kg、硫酸铝0.8kg，分别配置脱硫石膏浆液、硫酸铝溶液。
S3，向建筑泥浆分别中加水、脱硫石膏浆液、低钙粉煤灰和硫酸铝溶液，混匀，制备含水量为75％、pH值为8.81的调理浆料。
S4，利用板框压滤机将步骤S3的调理浆料压滤脱水，记录板框压滤过程总耗时，得泥饼和废水，测试泥饼的含水率，测定泥饼和废水的pH值。
实施例4
本实施例提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成；其中，脱硫石膏、钙粉煤灰和硫酸铝的重量比为9:4:0.3。
本实施例还提供一种建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
S1，称量含水率为60％的建筑泥浆100kg，pH值为8.25。
S2，分别按照建筑泥浆的干物质的9％、4％、0.3％的比例称量脱硫石膏3.6kg、低钙粉煤灰1.6kg、硫酸铝0.12kg，分别配置脱硫石膏浆液、硫酸铝溶液。
S3，向建筑泥浆分别中加水、脱硫石膏浆液、低钙粉煤灰和硫酸铝溶液，混匀，制备含水量为75％、pH值为7.90的调理浆料。
S4，利用板框压滤机将步骤S3的调理浆料压滤脱水，记录板框压滤过程总耗时，得泥饼和废水，测试泥饼的含水率，测定泥饼和废水的pH值。
实施例5
本实施例提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成；其中，脱硫石膏、钙粉煤灰和硫酸铝的重量比为6:6:0.8。
本实施例还提供一种建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
S1，称量含水率为60％的建筑泥浆100kg，pH值为8.25。
S2，分别按照建筑泥浆的干物质的6％、6％、0.8％的比例称量脱硫石膏2.4kg、低钙粉煤灰2.4kg、硫酸铝0.32kg，分别配置成脱硫石膏浆液、硫酸铝溶液。
S3，向建筑泥浆分别中加水、脱硫石膏浆液、低钙粉煤灰和硫酸铝溶液，混匀，制备含水量为75％、pH值为8.41的调理浆料。
S4，利用板框压滤机将步骤S3的调理浆料压滤脱水，记录板框压滤过程总耗时，得泥饼和废水，测试泥饼的含水率，测定泥饼和废水的pH值。
实施例6
本实施例提供一种用于建筑泥浆深度脱水的低碱调理剂，由脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂组成；其中，脱硫石膏、钙粉煤灰和硫酸铝的重量比为7.5:5:0.1。
本实施例还提供一种建筑泥浆的脱水方法，包括如下步骤:
S1，称量含水率为60％的建筑泥浆100kg，pH值为8.25。
S2，分别按照建筑泥浆的干物质的7.5％、5％、0.1％的比例称量脱硫石膏3kg、低钙粉煤灰2kg、硫酸铝0.04kg，分别配置脱硫石膏浆液、硫酸铝溶液。
S3，向建筑泥浆分别中加水、脱硫石膏浆液、低钙粉煤灰和硫酸铝溶液，混匀，制备含水量为75％、pH值为8.13的调理浆料。
S4，利用板框压滤机将步骤S3的调理浆料压滤脱水，记录板框压滤过程总耗时，得泥饼和废水，测试泥饼的含水率，测定泥饼和废水的pH值。
对比例1
本对比例的调理剂与实施例1的低碱调理剂的主要区别在于：将生石灰替代实施例1中的脱硫石膏。
本对比例的建筑泥浆的脱水方法与实施例1基本相同，区别在于：各组分按与所调理的建筑泥浆的干物质重量比计分别为：生石灰7.5％，低钙粉煤灰5％，硫酸铝0.4％。
对比例2
本对比例的调理剂与实施例1的低碱调理剂的主要区别在于：将水泥替代实施例1中的脱硫石膏。
本对比例的建筑泥浆的脱水方法与实施例1基本相同，区别在于：各组分按与所调理的建筑泥浆干物质重量比计分别为：水泥7.5％，低钙粉煤灰5％，硫酸铝0.4％。
对比例3
本对比例的调理剂与实施例1的低碱调理剂的主要区别在于：将高钙粉煤灰(氧化钙含量＞10％)替代实施例1中的低钙粉煤灰(氧化钙含量＜10％)。
本对比例的建筑泥浆的脱水方法与实施例1基本相同，区别在于：水泥7.5％，高钙粉煤灰5％，硫酸铝0.4％。
其中，实施例1至6以及对比例1至3所形成的泥饼和废水的测试结果见下表1：
表1泥饼和废水的测试结果统计表
由表1可以看出，与对比例1至3相比，实施例1至6中对建筑泥浆的处理结果均满足所得泥饼及废水的pH值不超过9，泥饼含水率不超过30％，即泥饼满足《一般工业固体废物储存、处置场污染控制标准》(GB 18599-2001)中规定的第I类一般工业固体废物要求，可以使用土方车运输，直接储存、处置或资源化利用；废水排放时无需再经加酸中和处理，简化处理工序。
另外，本发明的低碱调理剂中，脱硫石膏为火电厂烟气脱硫过程中产生的废石膏，低钙粉煤灰为煤粉高温燃烧后产生的主要固体废物，无机添加剂只需要为工业级产品，对纯度无要求，各组分来源广泛、成本低廉，在保证处理效率的同时能够降低对建筑泥浆的处理成本。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种建筑泥浆的脱水方法，其特征在于，包括如下步骤：
对建筑泥浆进行含水量调整，含水率为60％，pH值为8.25；
按照建筑泥浆的干物质与脱硫石膏、低钙粉煤灰、无机添加剂的重量比分别为100:(2-15)、100:(2-10)、100:(0.1-2)的比例，向建筑泥浆中加入脱硫石膏、低钙粉煤灰、无机添加剂，所述无机添加剂选自硫酸铁和/或硫酸铝，混匀，得含水量为70-80％的调理浆料；
利用板框压滤机将调理浆料压滤脱水，得pH值不超过9的泥饼和废水，且泥饼含水率不超过30％。
2.根据权利要求1所述的建筑泥浆的脱水方法，其特征在于，脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂的重量比为(2-15)：(2-10)：(0.1-2)。
3.根据权利要求2所述的建筑泥浆的脱水方法，其特征在于，脱硫石膏、低钙粉煤灰和无机添加剂的重量比为(7-9):(4-6):(0.3-0.8)。
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