CN110422956A - 一种盾构泥浆脱水装置 - Google Patents
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Abstract
一种盾构泥浆脱水装置，包括电源、与电源连接的带孔阴极板、紧邻接带孔阴极板的平板陶瓷膜、泥浆储存槽、阳极板、真空集水装置、反冲洗装置、吹扫曝气装置和储存固态物锥形卡槽；平板陶瓷膜和带孔阴极板一起构成阴极膜，平板陶瓷膜的上端接真空集水装置，真空集水装置用于收集在脱水作业时从带孔阴极板和平板陶瓷膜流入的聚集电解澄清滤液，平板陶瓷膜的下端通过管道连接用于对平板陶瓷膜进行反冲防止土粒堵塞的反冲洗装置；泥浆储存槽的底部布置储存固态物锥形卡槽和吹扫曝气装置，锥形卡槽用于收集储存在脱水作业时聚集在阳极板附近的正离子土粒，吹扫曝气装置用于吹出高压气体以搅动泥浆翻滚。搅动泥浆翻滚，防止平板陶瓷膜、电极板污染。
Description
技术领域
本发明涉及泥浆脱水领域，特别地，涉及一种盾构泥浆脱水装置，主要用于处理顶管盾构过程中产生的泥水泥浆。
背景技术
地下工程施工中，钻孔灌注桩、地下连续墙、泥水平衡盾构法隧道掘进等工法在施工中都要使用膨润土泥浆对槽壁、工作面等进行支护，在泥浆循环中，会产生大量的废弃泥浆，一旦废弃泥浆外运不顺，会影响施工进度。其组成和性质与市政泥浆不同，是以粘土矿物为主、含有一定量微细泥颗粒的悬浮液体，自然沉降和直接脱水效果差，如果处理不当，容易造成污染环境、破坏水质、阻塞市政管道等危害。因此常常需要把废弃泥浆进行现场“就地”脱水处理。
过去主要采用泥浆现场沉淀干燥和罐装车(泥浆车)外运等，但是存在处理周期长、成本高等问题。
当前，薄膜过滤法、离心法、螺旋挤压法、旋转挤压法、电渗方法等得到了普遍应用。其中，薄膜过滤法只一般适用于固体含量小于1.5％的泥浆；离心法能耗大，需要加入化学絮凝剂，噪声相对大，配件昂贵，修理难度大；螺旋压力法处理量小，占空间大，处理后固体含量低，化学絮凝剂量大；旋转挤压法只针对于含纤维量高的泥浆适应性好，处理能力低、设备成本高。
以上这些机械法泥浆脱水的上清液含固量较大，很容易造成上清液返流管的堵塞，且主机磨损严重，在絮凝剂自动投配装置的管道中，搅拌器上的结块和淤积，清理费时费力。目前，电渗脱水法技术也还不成熟、能耗相对高、处理泥浆中要求固体含量高(10～20％)，处理量小、成本高。
此外，在现有处理设备中，往往只注重除去泥浆中自由水，而忽略了对毛细管水的处理。
发明内容
钻孔灌注桩、地下连续墙、泥水平衡盾构法隧道掘进等工法中会产生大量盾构泥浆(泥浆+絮凝剂)，为了对所产生的盾构泥浆进行减量化处理，本发明提出一种简单有效、成本低廉的盾构泥浆脱水装置，运用电解-真空联合过滤工艺，对泥浆中的自由水和毛细管水进行处理，从而达到泥浆减量化处理的目的，以实现盾构泥浆减量化处理。
本发明解决问题所采用的技术方案是：电解-真空联合过滤泥浆脱水实际上就是是在电场的作用下，实现泥水分离，得到的澄清滤液回收利用，故电渗析脱水机主要由电源1、与电源1连接的带孔阴极板2、紧邻接带孔阴极板2的平板陶瓷膜3、泥浆储存槽4、阳极板5、真空集水装置6、反冲洗装置7、吹扫曝气装置8和储存固态物锥形卡槽9，所述带孔阴极板2接电源1负极，阳极板5接电源1的正极；所述平板陶瓷膜3和带孔阴极板2一起构成阴极膜，平板陶瓷膜3的上端接真空集水装置6，真空集水装置6用于收集在脱水作业时从带孔阴极板2和平板陶瓷膜3流入的聚集电解澄清滤液，平板陶瓷膜3的下端通过管道连接用于对平板陶瓷膜3进行反冲防止土粒堵塞的反冲洗装置7；泥浆储存槽4的底部布置储存固态物锥形卡槽9和吹扫曝气装置8，储存固态物锥形卡槽9用于收集储存在脱水作业时聚集在阳极板5附近的正离子土粒，所述吹扫曝气装置8用于吹出高压气体以搅动泥浆翻滚。
可选地，电源1的正极连接阳极板5，电源1的负极连接阴极板2。
可选地，阳极板5为铁或铝板件，带孔阴极板2为带孔的铁或铝板件，带孔阴极板2与平板陶瓷膜3一起构成阴极膜
可选地，带孔阴极板2和阳极板5成阵列布置。
可选地，真空集水装置6通过真空泵、管道与平板陶瓷膜3相连，用来收集澄清滤液。
可选地，反冲洗装置7通过管道连接平板陶瓷膜3下端，用以采用清水或高压气流对其进行反冲洗。
可选地，储存固态物锥形卡槽9可拆卸安装于阳极板5的下方。
可选地，平板陶瓷膜3、带孔阴极板2和阳极板5都竖立布置在泥浆储存槽4的底部。
可选地，在泥浆储存槽4的底部布置卧槽式的吹扫曝气装置8，用以产生沿带孔阴极板2和阳极板5切面上进行吹扫的高压剪切气流。
可选地，所述平板陶瓷膜3、带孔阴极板2和阳极板均各配套设有两组以上。
可选地，真空集水装置6包括通过管道连通平板陶瓷膜3的真空集水槽和真空泵，在真空泵作用下，透过带孔阴极板2，流入平板陶瓷膜3，最终汇入真空集水槽。
可选地，泥浆储存槽4的底部沿器壁通有高压剪切气流即吹扫曝气8，搅动泥浆翻滚，防止平板陶瓷膜、电极板污染。
真空集水装置6通过管道与平板陶瓷膜3底部相连，利用抽真空产生的负压来收集澄清滤液。阳极板5在电解过程中聚集土粒，在其底部安装可拆卸储存土粒的储存固态物锥形卡槽9，可以对土粒进行定期清除。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)适合于循环钻井工艺的泥水平衡盾构、地连墙、桩基等工程中泥浆的净化，使用该系统有利于控制泥浆性能、增强造孔质量及工效、全面支持和保证了掘进设备安全顺利的运行，提高泥浆的回收循环使用，不仅节约施工成本，还可以降低泥浆排放量、减少环境污染，是经济、高效、环保施工的必备设备。
(2)通过“电解-真空”联合过滤工艺，同时除去泥浆中的毛细管水和自由水，对泥浆进行减量化处理，提高了泥浆处理的效率，增强了减量处理的效果。
3)能够处理固体含量高(5～20％)生化污泥，简化板框压滤机、叠螺机等泥浆干化程序，能耗低；
(4)因其阵列状布置，随泥浆沉降池的大小进行设计，处理量大。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
图1为整体装置示意图；
图2为电极阵列布置示意图；
图3为储存泥浆的储存固态物锥形卡槽示意图。
附图标记：1、电源；2、带孔阴极板；3、平板陶瓷膜；4、泥浆储存槽；5、阳极板；6、真空集水装置；7、反冲洗装置；8、吹扫曝气装置；9、储存固态物锥形卡槽。
具体实施方式
本发明提出一种简单有效、成本低廉的盾构泥浆脱水装置，电解-真空联合过滤泥浆脱水实际上就是是在电场的作用下，实现泥水分离，得到的澄清滤液回收利用，故电渗析脱水机主要由电源1、与电源1连接的带孔阴极板2、紧邻接带孔阴极板2的平板陶瓷膜3、泥浆储存槽4、阳极板5、真空集水装置6、反冲洗装置7、吹扫曝气装置8和储存固态物锥形卡槽9，所述带孔阴极板2接电源1负极，阳极板5接电源1的正极；所述平板陶瓷膜3和带孔阴极板2一起构成阴极膜，平板陶瓷膜3的上端接真空集水装置6，真空集水装置6用于收集在脱水作业时从带孔阴极板2和平板陶瓷膜3流入的聚集电解澄清滤液，平板陶瓷膜3的下端通过管道连接用于对平板陶瓷膜3进行反冲防止土粒堵塞的反冲洗装置7；泥浆储存槽4的底部布置储存固态物锥形卡槽9和吹扫曝气装置8，储存固态物锥形卡槽9用于收集储存在脱水作业时聚集在阳极板5附近的正离子土粒，所述吹扫曝气装置8用于吹出高压气体以搅动泥浆翻滚。
更具体地，平板陶瓷膜3、带孔阴极板2和阳极板5都竖直固定在泥浆储存槽4的底部，连接相应管道与真空集水装置6。
可以选择的是，电源1可以是直流电源接电池，也可以是交流整流后的直流电源，根据施工现场的实际情况配置。
可选地，电源1的正极连接阳极板5，电源1的负极连接阴极板2。
可选地，阳极板5为铁或铝板件，带孔阴极板2为带孔的铁或铝板件，带孔阴极板2与平板陶瓷膜3一起构成阴极膜
可选地，带孔阴极板2和阳极板5成阵列布置。
可选地，真空集水装置6通过真空泵、管道与平板陶瓷膜3相连，用来收集澄清滤液。
可选地，反冲洗装置7通过管道连接平板陶瓷膜3下端，用以采用清水或高压气流对其进行反冲洗。
可选地，储存固态物锥形卡槽9可拆卸安装于阳极板5的下方。
可选地，平板陶瓷膜3、带孔阴极板2和阳极板5都竖立布置在泥浆储存槽4的底部。
可选地，在泥浆储存槽4的底部布置卧槽式的吹扫曝气装置8，用以产生沿带孔阴极板2和阳极板5切面上进行吹扫的高压剪切气流。
可选地，所述平板陶瓷膜3、带孔阴极板2和阳极板均各配套设有两组以上。
可选地，真空集水装置6包括通过管道连通平板陶瓷膜3的真空集水槽和真空泵，在真空泵作用下，透过带孔阴极板2，流入平板陶瓷膜3，最终汇入真空集水槽。
可选地，泥浆储存槽4的底部沿器壁通有高压剪切气流即吹扫曝气8，搅动泥浆翻滚，防止平板陶瓷膜、电极板污染。
真空集水装置6通过管道与平板陶瓷膜3底部相连，利用抽真空产生的负压来收集澄清滤液。阳极板5在电解过程中聚集土粒，在其底部安装可拆卸储存土粒的储存固态物锥形卡槽9，可以对土粒进行定期清除。
设备开始运行时，电源1接通，带孔阴极板2和阳极板5之间会形成一个电场，泥浆中的毛细管水、自由水会在电场的作用下向带孔阴极板2，泥浆颗粒、土粒聚集阳极板5。带孔阴极板2是带孔板件，聚集在阴极附近的澄清滤液，开启真空泵，真空泵使平板陶瓷膜3内腔产生负压，通过压滤作用，紧邻平板陶瓷膜组3的澄清滤液就顺着陶瓷膜孔，进入真空集水装置6。土粒可通过储存固态物锥形卡槽9的拆卸进行定期清除处理和设备维护等。
在泥浆储存槽4的底部布置卧槽式的吹扫曝气装置8，可让高压剪切气流沿带孔阴极板2、阳极板5的切面进行吹扫，搅动泥浆翻滚，防止平板陶瓷膜3和带孔阴极板2、阳极板5被污染。吹扫曝气装置8布置在平板陶瓷膜3和带孔阴极板2、阳极板5的下方。
不时开启反冲洗装置7，定期通过清水或高压气流对平板陶瓷膜组3进行反冲，防止泥浆污染或堵塞陶瓷膜。连续开启吹扫曝气装置8，让高压剪切气流沿带孔阴极板2、阳极板5和平板陶瓷膜3的切面上进行吹扫，搅动泥浆翻滚，防止平板陶瓷膜和电极板污染。干污泥可通过泥浆泵开启抽吸储存固态物锥形卡槽9拆卸进行定期清除处理和设备维护等。
本发明的工作原理就是：在外加直流电场作用下，泥浆中自由水和结合水，在电场力的影响下，密集集聚到泥浆表面；泥浆颗粒带负电，自由水和结合水带正电；两种电荷分别向阳极板、阴极板定向运动；水分子通过阴极板膜，而使得泥水得到分离，泥浆颗粒在阳极板处得到浓缩，实现了泥浆脱水。
电极阳极和阴极均为带孔中空铝板或铁板，通入直流电采用直流发电机或直流电焊机后，带有负电荷的土粒即向阳极板移动即电泳作用，而带有正电荷的水则向阴极板方向集中，产生电渗现象。在电渗与带孔中空板内的真空双重作用下，强制粘土中的水由带孔中空板快速排出，带孔中空板连续抽水，从而实现了泥浆脱水。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种盾构泥浆脱水装置，其特征在于：包括电源(1)、与电源(1)连接的带孔阴极板(2)、紧邻接带孔阴极板(2)的平板陶瓷膜(3)、泥浆储存槽(4)、阳极板(5)、真空集水装置(6)、反冲洗装置(7)、吹扫曝气装置(8)和储存固态物锥形卡槽(9)，所述带孔阴极板(2)接电源(1)负极，阳极板(5)接电源(1)的正极；所述平板陶瓷膜(3)和带孔阴极板(2)一起构成阴极膜，平板陶瓷膜(3)的上端接真空集水装置(6)，真空集水装置(6)用于收集在脱水作业时从带孔阴极板(2)和平板陶瓷膜(3)流入的聚集电解澄清滤液，平板陶瓷膜(3)的下端通过管道连接用于对平板陶瓷膜(3)进行反冲防止土粒堵塞的反冲洗装置(7)；泥浆储存槽(4)的底部布置储存固态物锥形卡槽(9)和吹扫曝气装置(8)，所述储存固态物锥形卡槽(9)用于收集储存在脱水作业时聚集在阳极板(5)附近的正离子土粒，所述吹扫曝气装置(8)用于吹出高压气体以搅动泥浆翻滚。
2.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：电源(1)的正极连接阳极板(5)，电源(1)的负极连接阴极板(2)。
3.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：阳极板(5)为铁或铝板件，带孔阴极板(2)为带孔的铁或铝板件，带孔阴极板(2)与平板陶瓷膜(3)一起构成阴极膜。
4.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：带孔阴极板(2)和阳极板(5)成阵列布置。
5.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：真空集水装置(6)通过真空泵、管道与平板陶瓷膜(3)相连，用来收集澄清滤液。
6.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：反冲洗装置(7)通过管道连接平板陶瓷膜(3)下端，用以采用清水或高压气流对其进行反冲洗。
7.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：储存固态物锥形卡槽(9)可拆卸安装于阳极板(5)的下方。
8.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：平板陶瓷膜(3)、带孔阴极板(2)和阳极板(5)都竖立布置在泥浆储存槽(4)的底部。
9.如权利要求1所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：在泥浆储存槽(4)的底部布置卧槽式的吹扫曝气装置(8)，用以产生沿带孔阴极板(2)和阳极板(5)切面上进行吹扫的高压剪切气流。
10.如权利要求1-9所述的盾构泥浆脱水装置，其特征在于：所述平板陶瓷膜(3)、带孔阴极板(2)和阳极板均各配套设有两组以上。
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