CN219879317U - 一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，具体包括泥浆分离设备、泥浆池、弃浆池、离心压滤设备等。其中，泥浆分离系统用于分离泥浆中的粗颗粒渣土。清水池、调浆池和新浆池等组成制调浆系统。沉淀池对来自泥水分离设备的泥浆进行絮凝沉淀处理。弃浆池和压滤设备共同组成弃浆处理系统，对无法循环利用的高比重泥浆进行固液分离以及无害化处理。本实用新型中的泥浆处理方法能够对20μm以下颗粒含量较高的泥浆进行快速高效的分离处理。低比重泥浆可以实现循环重复利用，高比重泥浆可以实现固液相分离以及无害化处理。泥饼和渣土均能满足相关要求，能够有效避免二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及盾构泥浆处理技术领域，具体涉及一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统。
背景技术
泥水平衡盾构切削隧道开挖面过程中，渣土会持续不断地进入盾构开挖舱中，而后通过泥水管线输送至地面的泥水分离系统进行处理。在高黏粒含量粉质粘土地层中进行长距离盾构隧道施工，泥浆处理量增大，渣浆分离难度提高。泥浆分离系统处理效果不好极易导致进浆比重增加，携渣能力下降，严重影响施工进程。旋流筛分后的泥浆颗粒小、粘性大、沉降难，直接排放将会污染周围生态环境，需要及时进行无害化处理。高黏粒含量粉质粘土地层泥浆的快速分离和收容处置已经成为制约长距离大直径盾构隧道施工的关键技术难题。
文献调研结果显示，目前针对盾构泥浆的处理措施主要包括：物理沉淀法、化学沉淀法、机械处理法等。其中，物理沉淀和化学沉淀占地面积大、处理效率低、且易受天气等环境因素制约；离心脱水和板框压滤处理过程存在难以连续处理，综合效率偏低等问题。发明专利CN201811337103.1中提出了一种盾构泥浆处理系统，通过旋流筛分和化学药剂实现了泥浆处理自动化管理，提高了泥浆处理效率。但该方法仍存在沉淀池占地面积过大，化学药剂存在二次污染等显著缺陷。发明专利CN201710701695.X中提出了一种体积小、速度快的泥浆处理系统，通过筛分离心和絮凝沉淀实现泥水分离，分离后的清水可重新使用，但在高黏粒含量粉质粘土地层中处理效率相对偏低。发明专利CN201910543812.3中提出了一种盾构泥浆压滤废水快速环保处理方法，解决了泥浆废水不能连续实时处理，药剂安全风险大以及泥浆处理成本高等技术难题，但压滤废水的处理方法仍存在相对较为严重的环境污染问题。发明专利CN201710668941.6中提供了一种细颗粒地层盾构泥浆多级分离方法，在确保泥浆比重以及粘度基础上提高了施工进度，但并未针对难以循环使用的高比重泥浆提出有效的处理方法。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型目的在于解决高黏粒粉质粘土地层中盾构泥浆处理效率偏低的问题，提供一种以“旋流筛分-板框压滤-离心处理-化学絮凝”为核心的泥浆综合处理系统，能够对20μm以下颗粒含量较高的盾构泥浆高效快速分离，在保证泥水盾构施工进度的同时实现了可持续发展的绿色环保理念。
本实用新型提供的技术方案如下：
一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，包括泥浆分离设备、沉淀池、弃浆池、离心压滤设备、清水池、新浆池、调浆池和弃渣场；
所述泥浆分离设备、沉淀池、弃浆池、离心压滤设备顺次连接；沉淀池底部通过第二连通管道连通至弃浆池；所述沉淀池为多级沉淀池；
所述离心压滤设备的液相出口依次连接清水池、新浆池，以循环制浆；
新浆池和调浆池相连；调浆池通过第一管道与沉淀池连通；
所述弃渣场用于回收泥浆分离设备和离心压滤设备的滤饼。
进一步，所述泥浆分设备包括预筛分器、一级储浆槽、一级除砂旋流筛分器、第一脱水筛、二级储浆槽、二级除泥旋流筛分器组和第二脱水筛；预筛分器连接到一级储浆槽，一级储浆槽连通到一级除泥旋流筛分器组上端，一级除泥旋流筛分器组下端连接到第一脱水筛，上端液相液相部分连通到二级储水浆槽；二级储水浆槽连通到二级除泥旋流筛分器组，二级除泥旋流筛分器组下端连接到第二脱水筛。
进一步，所述泥浆处理设备用于分离盾构泥浆中颗大于20μm的颗粒组分。
进一步，所述离心压滤设备用于固液分离处理，具体为板框压滤机和逆流卧式螺旋卸料沉降离心机。板框压滤机由高效隔膜压滤机、空压机系统等单元组成，通过施加物理压力将泥浆中的水分滤出，泥饼直接排放至弃渣场。卧式螺旋卸料沉降离心机由螺旋体、转鼓与液压差速器三个单元组成，依据离心沉降原理将细粒渣土和水进行分离，并分别从离心机底部的两个不同出口排出。
进一步，所述淀池划包括一级沉淀池、二级沉淀池和三级沉淀池，各级沉淀池之间通过溢流口连接；三级沉淀池与调浆池通过第一连通管连通，沉淀池底部通过可移动的第二连通管与弃浆池连接，第二连通管设有吸浆泵。
进一步，所述沉淀池、调浆池、新浆池中均设有可自由移动的搅拌装置。
进一步，所述沉淀池中添加有絮凝剂。
更进一步，处理过程中可向沉淀池中添加羧甲基纤维素(CMC)、聚合氧化铝以及水解聚丙烯酰胺(PHP)试剂中的一种或多种组合作为絮凝剂，具体原理为：絮凝剂在水中形成絮状物后将吸附水中的固体悬浮物，凝聚成粗颗粒的团块状物质沉淀至泥浆池底部。絮凝沉淀剂结合搅拌装置加速泥浆中悬浮颗粒形成絮状沉淀，也便于后续对底部泥浆进行离心压滤处理。
进一步，所述沉淀池中比重≤1.2g/cm3的盾构泥浆通过第一连通输送至调浆池，与新浆池中新制备的泥浆共同用于新浆调配；沉淀池中比重≥1.2g/cm3的盾构泥浆通过第二连通管泵送至弃浆池中，避免盾构泥浆因比重过大而降低携渣能力。
进一步，所述弃浆池中泥浆来自沉淀池底部，粒径小于20μm黏性颗粒含量较高，且比重相对较大。
进一步，所述离心压滤设备对泥浆经过固液分离处理后，固相颗粒土渣以及泥饼含水量小于40％，直接排放至弃渣场，液相加入草酸进入清水池进行重复利用。
更进一步，压滤离心处理的泥浆在弃浆池中经过添加剂进行了改良处理，所述改良剂主要为生石灰(CaO)，与水反应生成微溶的碱性氧化物氢氧化钙(Ca(OH)2)并放出大量热。压滤后碱性水的pH＝13～14，而后输送至清水池，通过添加草酸进行中和处理，调节至pH＝6～9后可循环使用。化学反应方程式为Ca(OH)2+H2C2O4＝CaC2O4+2H2O。
进一步，所述第一、第二脱水筛的孔径为20μm。
本实用新型提供的一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统进行处理时，盾构泥浆流经路径为：泥浆分离系统(振动筛分装置)→沉淀池→弃浆池→离心压滤分离设备。
与现有的技术方案相比，本实用新型的有益效果主要表现为：
1.本实用新型所述的盾构泥浆综合处理方法能够实现对泥浆中粒径小于20μm的颗粒进行快速高效分离，有效提高了高黏粒含量粉质粘土地层中盾构泥浆的处理效率。
2.本实用新型所述的盾构泥浆综合处理方法能够实现对盾构泥浆的循环再次利用。处理后的低比重泥浆可回收利用，高比重泥浆进行固液相分离以及无害化处理。经固液分离处理后的外排水可送至清水池循环使用或作为场地用水。
3.经固液分离处理后的渣土、泥饼满足国家排放标准，也可作为种植土等资源再利用，符合可持续发展以及绿色环保理念。
附图说明
图1为高黏粒粉质粘土地层泥浆处理流程示意图，箭头表示物料流动方向。
图中：a.盾构出浆；b.经旋流筛分处理后的泥浆；c.大比重底层泥浆；d.大比重泥浆；e.筛分渣土；f.压滤泥饼；g.压滤清水；h.低比重泥浆；i.盾构进浆；l.絮凝剂；m.生石灰改良剂；n.草酸中和剂。
图2为泥水处理设备中旋流筛分处理流程示意图。
图中，1-预筛分设备；2-一级储浆槽；3-一级除泥旋流筛分器组；4-第一脱水筛(74μm)；5-二级储储浆槽；6-二级除泥旋流筛分器组；7-第二脱水筛(20μm)；8-筛分渣土。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明。需要说明的是通过附图所说明的是本实用新型的一部分实施例，仅用于进一步解释本实用新型内容，而并非所有实施例。
实施例
如图1所示，一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，包括泥浆分离设备、沉淀池、弃浆池、离心压滤设备、清水池、新浆池、调浆池和弃渣场；
所述泥浆分离设备、沉淀池、弃浆池、离心压滤设备顺次连接；沉淀池底部通过第二连通管道连通至弃浆池；所述沉淀池为多级沉淀池；
所述离心压滤设备的液相出口依次连接清水池、新浆池，以循环制浆；
新浆池和调浆池相连；调浆池通过第一管道与沉淀池连通；
所述弃渣场用于回收泥浆分离设备和离心压滤设备的滤饼。
所述泥浆分设备包括预筛分器1、一级储浆槽2、一级除砂旋流筛分器组3、第一脱水筛4、二级储浆槽5、二级除泥旋流筛分器6和第二脱水筛7；预筛分器1连接到一级储浆槽2，一级储浆槽2连通到一级除砂旋流筛分器组3上端；一级除砂旋流筛分器组3下端连接到第一脱水筛4，上端液相部分连通到二级储水浆槽5；二级储水浆槽5连通到二级除泥旋流筛分器组6，二级除泥旋流筛分器组6下端连接到第二脱水筛7。
如图2所示，所述泥浆分离设备由三套功率为2197kW的旋流筛分系统模块设备组成，泥浆处理能力为3000m3/h，可分离的最小颗粒粒径为20μm。隧道开挖所产生的高黏泥浆由排泥泵a直接输送至预筛分设备1，经过预筛分设备1上下两层粗筛之后，筛选出颗粒粒径>3mm的渣料并排放至渣场。预筛分后的泥浆将进入一级储浆槽2，由一级渣浆泵送至一级旋流筛分器组3进行除砂旋流处理，旋流器组底流进入下层第一脱水筛4，将颗粒粒径>74μm的渣料排放至渣场。脱水筛分后的泥浆将进入二级储浆槽5，由二级渣浆泵送入二级旋流器组6进行除泥旋流分选，旋流器组底流将进入脱水筛，将粒径>20μm的渣料排放至渣场。经过多级旋流筛分后的泥浆b将被输送至沉淀池，经处理后重新泵送至泥浆环流系统中循环利用。
如图1所示，所述沉淀池可以划分为一级沉淀池、二级沉淀池和三级沉淀池，沿其长边方向并排布置，各级沉淀池之间通过溢流口连接。经过旋流筛分处理后的泥浆b进入沉淀池，通过添加絮凝剂进行沉淀。所述絮凝剂可以为水解聚丙烯酰胺(PHP)、聚合氧化铝和羧甲基纤维素(CMC)中以及其多种组合。在粉质粘土地层中建议使用聚丙烯酰胺作为絮凝剂，每升泥浆的理论用量为1.1g。
所述沉淀池中布设可移动的桨叶搅拌装置。经沉淀处理后，比重小于1.2g/cm3的泥浆i经由沉淀池中的第一连通管道输送至调浆池重复使用；比重大于1.2g/cm3的泥浆c则通过沉淀池底部的第二连通管道泵送至弃浆池中。
所述弃浆池中的高黏泥浆难以循环利用，通过添加生石灰(CaO)进行改良处理后输送至离心压滤设备进行固液分离处理。压滤设备由10台功率为175kW的板框压滤机组成，离心设备由2台功率为160kW逆流卧式螺旋卸料沉降离心机组成。压滤离心处理后的固相渣量含水率控制在40％以内，可以直接排放至渣场晾晒后外运，或者经过处理后可作为种植土重新利用。离心压滤处理后的液相将被输送至清水池，添加草酸(H2C2O4)进行中和处理，调节至pH＝6～9后可重新进入调浆池循环利用，或者作为施工场地用水使用。
所述调浆池通过第一连通管道与沉淀池连通，所述清水池通过液相出口与离心压滤设备连通，二者与新浆池共同构成制浆设施，实现盾构泥浆循环利用。
利用上述系统进行高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理方法，包括如下步骤：
步骤一：泥浆分离设备对高黏泥浆进行旋流筛分处理，将粒径大于20μm的颗粒组分筛离并排放至渣场。
步骤二：经筛分处理的泥浆进入沉淀池中，通过加入水解聚丙烯酰胺(PHP)等絮凝剂加速颗粒沉淀。沉淀处理后的低比重泥浆将被输送至调浆池循环利用，高比重泥浆将被输送至至弃浆池进一步处理。
步骤三：弃浆池中泥浆在加入生石灰(CaO)改性后将被输送至压滤离心设备进行固液相分离处理，固相将被排放至渣场，固相将被输送至清水池。
步骤四：通过在固液分离处理后的液相加入草酸调节pH，达到相关环境标准后可以作为场地用水反复使用。
步骤五：沉淀池中的低比重泥浆进入调浆池后，与清水池中的清水以及新浆池中的泥浆一起用于制备新浆。
本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本实用新型的具体实施原理，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：包括泥浆分离设备、沉淀池、弃浆池、离心压滤设备、清水池、新浆池、调浆池和弃渣场；
所述泥浆分离设备、沉淀池、弃浆池、离心压滤设备顺次连接；沉淀池底部通过第二连通管道连通至弃浆池；所述沉淀池为多级沉淀池；
所述离心压滤设备的液相出口依次连接清水池、新浆池，以循环制浆；
新浆池和调浆池相连；调浆池通过第一管道与沉淀池连通；
所述弃渣场用于回收泥浆分离设备和离心压滤设备的滤饼。
2.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述泥浆分设备包括预筛分器、一级储浆槽、一级除砂旋流筛分器组、第一脱水筛、二级储浆槽、二级除泥旋流筛分器组和第二脱水筛；预筛分器连接到一级储浆槽，一级储浆槽连通到一级除泥旋流筛分器组上端，一级除泥旋流筛分器组下端连接到第一脱水筛，上端液相液相部分连通到二级储水浆槽；二级储水浆槽连通到二级除泥旋流筛分器组，二级除泥旋流筛分器组下端连接到第二脱水筛。
3.根据权利要求1或2所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述泥浆处理设备用于分离盾构泥浆中颗大于20μm的颗粒组分。
4.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述离心压滤设备用于固液分离处理，具体为板框压滤机和逆流卧式螺旋卸料沉降离心机。
5.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述淀池划包括一级沉淀池、二级沉淀池和三级沉淀池，各级沉淀池之间通过溢流口连接；三级沉淀池与调浆池通过第一连通管连通，沉淀池底部通过可移动的第二连通管与弃浆池连接，第二连通管设有吸浆泵。
6.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述沉淀池、调浆池、新浆池中均设有可自由移动的搅拌装置。
7.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述沉淀池中添加有絮凝剂。
8.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述沉淀池中比重≤1.2g/cm³的盾构泥浆通过第一连通输送至调浆池，与新浆池中新制备的泥浆共同用于新浆调配；沉淀池中比重≥1.2g/cm³的盾构泥浆通过第二连通管泵送至弃浆池中。
9.根据权利要求1所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述离心压滤设备对泥浆经过固液分离处理后，固相颗粒土渣以及泥饼含水量小于40%，直接排放至弃渣场，液相加入草酸进入清水池进行重复利用。
10.根据权利要求2所述的高黏粒含量粉质粘土地层盾构泥浆综合处理系统，其特征在于：所述第一脱水筛的孔径为74μm，第二脱水筛的孔径为20μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |