CN113526779A - 一种在tbm隧道掘进机台车上安装的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，在水处理系统总控制柜的控制下，污水泵把TBM施工时产生的污水压至旋流除砂器中，使得污水中的固体颗粒与水分离，清水由其上出口入中水箱，被浓缩的砂水悬浊液由其下出口进污泥浓缩池，池上部清液自流到中水箱，池下部的泥水混合物由污泥泵压到管道混合器中与生物絮凝剂混合，其中的固体颗粒被生物絮凝剂产生的絮团悉数吸附，絮液混合物被送到带式压滤机中实现固液分离，固料经无轴螺旋输料器上传至TBM渣滓输送带运至废料场，滤液自流进中水箱，高频电子水处理仪被安装在中水排水管上，水中Ca²⁺与Mg²⁺失去了在排水管壁上结垢的机会，通过三个环节的水处理，达到了泵排水叶轮磨损小，排水管不结垢不堵塞的目的。

Description

一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统

技术领域

本发明专利涉及一种水处理系统，具体涉及一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理设备。

背景技术

随着我国综合国力的增强，TBM隧道掘进机在高铁、高速公路、输水隧道等重大项目上得到广泛使用，它具备掘进速度快，施工效率高的优点，可是TBM隧道掘进机在作业过程中，掌子面的刀盘冷却、润滑、周围环境的降尘，台车及皮带冲洗都需要用到清水，被消耗掉的清水最终与刀盘压碎的沙石、台车与皮带上的泥浆等杂物混合在一起，变成含泥沙5-16％的污水。对待这些污水现行的操作技术是：设置在TBM施工掌子面最低处的污水泵把污水直接排到位于8号台车底层的污水箱中，因在TBM隧道掘进机的台车上没有设置水处理系统，所以对污水没做任何处理，直接由污水箱中的潜污泵把它排到隧道组织交叉洞300m³的集水池中，集水池也没有安装水处理装置，把污水用清水泵排到洞外后才对污水进行处理，然后向外部环境排放，TBM掘进时主洞与支洞整个排污过程中，污水中的高泥沙含量，以及污水的高硬度对TBM的排污管道与排污泵形成以下几大棘手的问题：

一、水泵长期外排高泥沙含量的污水，叶轮受到严重的磨损，水泵工作一年叶轮被磨掉1/3，严酷的工况大大缩短了水泵的使用寿命。

二、向洞外排泥沙含量高、硬度大的污水，极易在排水管内壁结垢，加大了水流的阻力。

三、因为隧道掘进时产生的污水外排是间歇性的，管线长度少则几千米，多则10千米，停泵后污水停留在水管中静止不动，于是大量的泥沙沉淀下来，日积月累越积越多，有的工地因为结垢与泥沙沉淀，一年下来排水管的过水截面被堵掉20％，由于过水截面变小，导致流过排污管的污水流量越来越小，阻力成倍加大，排相同流量的污水会消耗更多的电能，直接导致电费成本的直线上升，更要命的是工程进行2年后，必须把排污管全部拆下来拉到地面上，清除全部淤堵之后，再重新安装，才能正常生产，劳民伤财耗资巨大。

发明内容

本发明专利是一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，目的改变当前TBM掘进机施工企业，不在TBM台车上安装水处理系统现状，将污水处理系统设置在TBM台车上，对其作业产生的污水进行三个环节的水处理，清除污水中泥沙，大大减轻水泵叶轮磨损速度，防止排污管泥沙沉积堵塞，避免排污管壁严重结垢。

为了达到TBM掘进时生产的污水洁净外排不污染环境，不在排水管壁结垢，不堵塞排水管道的目的，本发明专利采用的技术方案是：一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，它包含污水粗处理环节100，污水精处理环节101，中水高频电子水处理环节102。

下面按三个污水处理环节的顺序，分别阐述其技术方案：

污水粗处理环节技术方案是：TBM隧道掘进机作业的掌子面最低处设有污水泵，它将清洗润滑刀盘、施工现场降尘、冲洗台车、皮带等操作产生的污水，抽到设置在TBM 5号台车上层的旋流除砂器中，利用离心沉降和密度差的原理，使得污水中的0.01-2mm的固体颗粒与水分离，它上面的清液带压由顶部出口经闸阀流入中水箱，底部由固体颗粒与水形成的浓度大的悬浊液从其下出口经下闸阀进入污泥浓缩池沉淀，污泥浓缩池的上层清液自流到中水箱，中水箱中的60％的中水来自污水粗处理环节。

污水精处理环节技术方案是：污泥泵将污泥浓缩池中浓缩过的泥水混合物抽到管道混合器中与生物絮凝剂充分混合，混合物中的固体颗粒被生物絮凝剂生成的絮团悉数吸附，絮团与水的混合物在污泥泵的余压推动下进入带式压滤机，进行第二次固液分离，固料经无轴螺旋输料器运至TBM渣滓输送带，由其运至洞外废料场，滤液自流到中水箱，此时中水箱中的水是不含泥砂等固体颗粒的清水，中水箱中的水有三个去向，1.冲洗带式压滤机滤带。2.冲洗TBM的台车、皮带，作业现场降尘，润滑、冷却刀盘等实现污水被处理后的循环利用，节省了宝贵的水资源。3.TBM用不完多余的中水经高频电子水处理仪做防垢、阻锈、防腐、杀菌、灭藻处理后外排至组织交叉洞300m³的集水池。

中水高频电子水处理环节的技术方案：尽管中水箱中的水不含固体颗粒，已经是清水，但是其中含有大量的Ca²⁺、Mg²⁺硬度较大，因排水管常年排水且管线长，中水没经高频电磁场处理的情况下肯定会在排水管壁上结垢，使水流通截面变小阻力增大，将高频电子水处理仪安装在中水排水管线上，通过高频电子磁场的作用使中水中的水分子被极化，形成带极性的偶极子，把溶解在水中的Ca²⁺、Mg²⁺团团包围，使它不能与水中的C0₃ ^2-离子结合成水垢附着在管壁上。

同样是在高频电磁场作用下，溶解在水中的氧与水分子结合不易析出，从而抑制了排水管氧化腐蚀和垢下原电池的腐蚀发生，从而起到良好的防腐阻锈作用。

在高频电磁场作用下，溶解氧得到活化，产生O^- ₂、OH^-、H₂O₂、O₃等活性氧自由基，能对微生物机体产生灭杀作用，达到杀菌灭藻的效果。

由于上述技术方案的运用，本发明专利与现行的技术相比具有有益的显著的效果：

1.减轻了水泵叶轮的磨损，大大延长了水泵的使用寿命。

2.杜绝了排水管道管壁的腐蚀、生锈、结垢、泥砂沉积。

3.排水管道因无结垢、无泥砂沉积，阻力小耗能少，节能环保，节省了巨大的电费支出。

4.避免了因排水管除垢，清除泥砂所形成的巨额劳务成本。

5.避免在洞外进行水处理对环境造成的污染。

附图说明

图1是本实施例中工艺流程方框图。

图2是本发明专利实施中整体工艺系统图。

图3是本发明专利水处理原理图

上述图1、图2中：

1.污水泵；2.闸阀；3.旋流除砂器；4.闸阀；5.闸阀；6.水处理系统总控制柜；7.污泥浓缩池；8.闸阀；9.污泥泵；10闸阀；11.压力表；12.闸阀；13.管道混合器；14.压力表；15.闸阀；16.超声波流量计；17.压力表；18.闸阀；19.闸阀；20加药泵；21.闸阀；22.生物絮凝剂制备装置；23.闸阀；24.带式压滤机；25.无轴螺旋输料器；26.闸阀；27.压力表；28.闸阀；29.压力表；30.中水水箱；31.中水循环利用泵；32.滤带清洗泵；33.水位传感器；34.中水排水泵；35.压力表；36.止回阀；37.闸阀；38.高频电子水处理仪；39.闸阀；40.TBM渣滓输送带。100污水粗水处理环节；101污水精水处理环节；102中水高频电子水处理环节。

具体实施方式

本发明专利是一实施例的结构，下面结合附图对本发明专利进行详细说明。

请参见图1、图2、图3所示一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统包括污水粗处理环节100，污水精处理环节101，中水高频电子水处理环节102，三个水处理环节依据原理分别是：100离心沉降与密度差原理；101絮状吸附及压滤脱水原理；102高频电磁场极化水分子的原理。污水粗处理环节100、污水精处理环节101及中水高频电子水处理环节102，所有电气皆由水处理系统总控制柜6控制。

如上所述的污水粗处理环节100，包括污水泵1、旋流除砂器3、水处理系统总控制柜6、污泥浓缩池7，闸阀2、4、5、8、10。

请参见图2所示，设置在TBM施工的掌子面最低处的污水泵1通过软管与闸阀4入口连接，闸阀4的出口与安装在TBM隧道掘进机5号台车上层的旋流除砂器3入口对接，旋流除砂器3上出口分别与闸阀5的入口连接，闸阀5的出口接钢管通向安装在8号台车下层的原为污水箱现变用途为中水箱30。旋流除砂器3的下出口与其下方的闸阀2的入口相连接，闸阀2的出口经钢管通向安装在5号台车中层的污泥浓缩池7的入口，污泥浓缩池7的上出口与闸阀8的入口相连，闸门8的出口通过钢管与中水箱30连接，污泥浓缩池7的下出口与闸阀10入口相连。

污水粗处理环节的具体实施方式是：设置在TBM掌子面最低处的污水泵1在水处理系统总控制柜6控制下，将清洗、润滑刀盘、施工现场降尘、冲洗台车、皮带等操作产生的污水，通过连通软管与闸阀4抽到安装在TBM5号台车上层旋流除砂器3中，利用离心沉降和密度差原理，使得0.01-2mm的固体颗粒与水分离，带压的上部清液由它的顶部出口经与它们相连的闸阀5与输水钢管进入中水箱30，其中被浓缩的泥砂悬浊液由其下出口经闸阀2与连接钢管进入安装在TBM5号台车中层的污泥浓缩池7中沉淀，污泥浓缩池7内的上层清液通过闸阀8由钢管自流到中水箱30。

如上所述污水精处理环节101，包括污泥泵9、管道混合器13、超声波流量计16、加药泵20、生物絮凝剂制备装置22、带式压滤机24、无轴螺旋输料器25、中水水箱30、滤带清洗泵32、中水循环利用泵31,压力表11、14、17、27、29，闸阀12、15、18、19、21、23、26、28。

请参见图2，闸阀23的入口通过钢管与自来水的水源连接，它的出口通过钢管与生物絮凝剂制备装置22入口连接，生物絮凝剂制备装置22的出口通过钢管与闸阀21、闸阀19的入口相连，闸阀21的出口通过钢管与加药泵20的入口连接，加药泵20的出口通过钢管与闸阀18的入口相连，闸阀18的出口通过钢管与闸阀19的出口及超声波流量计16的入口相连，其间的钢管上安装了压力表17，超声波流量计16的出口通过钢管与管道混合器13的上入口相连。

请参见图2，闸阀10的出口与污泥泵9的入口相连，污泥泵9的出口通过钢管与闸阀12的入口相连，在这根连接钢管上设置了压力表11，闸阀12的出口通过钢管与管道混合器13的左入口相连，管道混合器13的出口通过钢管与闸阀15的入口相连，连接钢管中间安装了压力表14，闸阀15的出口经钢管通至带式压滤机24污水入口。

请参见图2，带式压滤脱水机24的固料出口正对无轴螺旋输料器25的入口上方，无轴螺旋输料器25的出口位于TBM渣滓输送带40的正上方。

请参见图2，中水循环利用泵31是安装于中水水箱30中的潜水泵，它的出口通过钢管与闸阀28的入口相接，中间钢管上安装了压力表29，闸阀28的出口通过快速接头连接软管通向TBM作业掌子面。

请参见图2，滤带清洗泵32是安装在中水箱中30中的潜水泵，它的出口通过钢管与闸阀26入口对接，在之间的钢管上安装了压力表27，闸阀26的出口通过快速接头与喷水软管连接，软管开口于带式压滤机24滤带的正上方。

污水泵1、污泥泵9、加药泵20、带式压滤脱水机24，滤带清洗泵32、中水循环利用泵31、中水排水泵34通过强电线与水处理系统总控制柜6连接。

污水精处理的具体实施方式：自来水经过闸阀23注入生物絮凝剂制备装置22中，将药剂稀释到设定的浓度，药液经过闸阀21被吸到加药泵20中增压，压力值由压力表17指示，药液再被压入闸阀18及连通的钢管至超声波流量计16计量后，从管道混合器13上入口进入其腔体中，同时污泥泵9经过闸阀10及连通钢管将浓度大的泥砂悬浊液从污泥浓缩池7中抽出，由压力表11显示污泥泵9的出口压力，再经过闸阀12将泥砂悬浊液从管道混合器13的左入口注入与生物絮凝剂混合，混合物中的固体颗粒被生物絮凝剂生成的絮团悉数吸附，絮水混合物经闸阀15进入带式压滤脱水机24，进行第二次固液分离，压力表14测量的是经过管道混合器13之后的余压；固液分离得到固料经无轴螺旋输料器25运至TBM渣滓输送带40，由其运到洞外废料场，滤液由钢管自流到中水箱30，至此中水箱中的水是不含泥砂的清水，中水箱中的水有3个出向：1.经闸阀26去冲洗带式压滤机24的滤带；2.由中水循环利用泵31经闸阀28送往TBM作业现场循环利用；3.用不完的中水经高频电子水处理仪处理后排至组织交叉洞300m³集水池。

如上所述的中水高频电子水处理环节102包括水位传感器33、中水排水泵34、压力表35、止回阀36、闸阀37、39、高频电子水处理仪38请参见图1、图2。

水位传感器33通过信号线与水处理系统总控制柜6连接，中水排水泵34的出口通过钢管与止回阀36的入口相连，中间钢管之上安装了压力表35、止回阀36的出口与闸阀37入口相连，闸阀37的出口与高频电子处理仪38的入口相连，高频电子水处理仪的出口与闸阀39的入口相连，闸阀39的出口与中水排水管相连。

中水高频电子水处理仪环节102的具体实施方式：水位传感器33把测到水位信号送到水处理系统总控制柜6，水处理系统总控制柜6根据所测水位信号与原来设定信号进行比较，当水位值高于或等于设定信号时，水处理系统总控制柜6发出开泵指令，中水排水泵34开始排水，被从中水箱30中排出的中水，由压力表35显示中水排水泵出口的压力，经过止回阀36，闸阀37，流过高频电子水处理仪38，由其形成在高频电磁场，作用于中水水分子使其极化，形成带极性的偶极子，它把溶解在水中的Ca²⁺、Mg²⁺团团包围，使它不能与CO₃ ^2-离子结合成水垢附着在管壁上。同样是在高频电磁场作用下，溶解在水中氧与水分子结合不易析出，从而抑制了排水管的氧化腐蚀和垢下原电池的腐蚀发生，从而起到良好防腐阻锈作用。

在高频电磁场作用下，溶解氧得到活化，产生O^- ₂、OH^-、H₂O₂、O₃等活性氧自由基，能对微生物机体产生灭杀作用，达到杀菌灭藻的效果。

经过高频电磁场处理过的中水，流经闸阀39排至组织交叉洞300m³的集水池，因TBM掘进中主洞与支洞都带有坡度，为了防止中水管中的水倒流回水池，所以安装了止回阀36，当中水箱中的水降至低水位时，水处理系统总控制柜6发出停泵指令，中水泵34进入间歇状态，如此循环往复。

经过污水粗处理环节100，污水精处理环节101，TBM施工产生的污水已变成不含泥砂的中水，解决了因泥砂沉淀造成排水管堵塞的难题，中水高频电子水处理环节102对中水排水管又进行防垢、除垢、防腐、阻锈杀菌灭藻的处理，既保证了排水管道的进一步畅通又保护了环境。

Claims (10)

1.一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，包括污水泵(1)、旋流除砂器(3)、水处理系统总控制柜(6)、污泥浓缩池(7)、污泥泵(9)、管道混合器(13)、加药泵(20)、生物絮凝剂制备装置(22)、带式压滤机(24)、无轴螺旋输料器(25)、中水箱(30)、中水循环利用泵(31)、滤带清洗泵(32)、水位传感器(33)、中水排水泵(34)、高频电子水位处理仪(38)及闸阀2、4、5、8、10、12、15、18、19、21、23、26、28、37、39，压力表11、14、17、27、29、35，止回阀(36)。

2.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于所述水处理系统中污水泵(1)的出口与闸阀(4)的入口相连，闸阀(4)的出口与旋流除砂器(3)的入口相接，旋流除砂(3)的上出口与闸阀(5)入口相连，闸阀(5)的出口连接钢管通往中水水箱(30)，旋流除砂器的下出口与闸阀(2)的入口相连，闸阀(2)的出口接通向污泥浓缩池(7)的钢管，污泥浓缩池(7)的上出口与闸阀(8)的入口相连，闸阀(8)的出口接的钢管通向中水水箱(30)，污泥浓缩池(7)的下出口与闸阀(10)的入口相连。

3.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于自来水水源通过钢管与闸阀(23)的入口相连，闸阀(23)的出口与生物絮凝剂制备装置(22)的入口相连，生物絮凝剂制备装置(22)的出口通过钢管与闸阀(21)、闸阀(19)的入口相连，闸阀(21)的出口通过钢管与加药泵(20)的入口连接，加药泵20的出口通过钢管与闸阀(18)的入口相连，闸阀(18)的出口通过钢管与闸阀(19)的出口及超声波流量计(16)的入口相连，其间的钢管上安装了压力表(17),超声波流量计(16)的出口通过钢管与管道混合器(13)的上入口相连。

4.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于闸阀(10)的出口与污泥泵(9)的入口相连，污泥泵(9)的出口与闸阀(12)的入口用钢管相连，在其间的钢管上安装了压力表(11),闸阀(12)的出口与管道混合器(13)的左入口相连，管道混合器(13)的出口用钢管与闸阀(15)的入口连接，之间的钢管上安装了压力表(14),闸阀(15)的出口通过连接的钢管开口于带式压滤机(24)的污水进水口。

5.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于带式压滤机(24)出料口置于无轴螺旋输送器(25)进料口的正上方，无轴螺旋输送器(25)的出料口正置于TBM渣滓输送带(40)正上方。

6.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于污水处理系统中设置了中水循环利用回路，中水循环利用泵(31)的出口通过钢管连接闸阀(28)的入口，其间钢管上安装了压力表(29)，闸阀(28)出口通过快速接头连接软管通向TBM作业掌子面。

7.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于使用了水处理系统总控制柜(6)控制整个污水处理系统电气设备，并根据水位传感器(33)的信号实现了中水箱(30)水位完全自动控制。

8.根据权利要求1所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于中水排水泵(34)通过钢管与止回阀(36)入口相连，之间的钢管上安装了压力表(35),止回阀(36)的出口与闸阀(37)的入口相连，闸阀(37)的出口与中水排水管路上设置的高频电子水处理仪(38)的入口相连，高频电子水处理仪(38)出口与闸阀(39)的入口相接，闸阀(39)的出口与中水排水管相连。

9.根据权利1要求所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，带式压滤机的滤带清洗泵(32)的出口由钢管与闸阀(26)入口相连，其间的钢管上安装了压力表(27)，闸阀(26)的出口通过快速接头与喷水软管连接,开口于带式压滤机(24)滤带的正上方。

10.根据权利1要求所述一种在TBM隧道掘进机台车上安装的污水处理系统，其特征在于该系统运用了旋流除砂器(1)、污泥浓缩池(7)、带式压滤机(24)、高频电子水处理仪(38)的水处理设备组合。

Images