工程废弃泥浆的最佳絮凝试验研究

包昌财 孙清梅

摘要：废弃泥浆的不断出现既占用土地资源又污染周围环境，为节约资源、美化环境，亟待寻求一种合理的、经济的处理废弃工程泥浆的方法。对于废弃泥浆的合理处理，极大降低工程废弃泥浆、渣土所带来的危害，还可以变废为宝，循环利用地球有限的资源，对建设环境友好型社会具有重要的意义。本文通过试验的方法寻找适合的絮凝剂种类，同时分析泥浆性质对其絮凝脱水效果的影响，确定复合投加的最佳投加量。

关健词：工程废弃泥浆、絮凝剂

一、研究的意义

近年来，随着科学技术飞速发展，工程建设突飞猛进，对文明施工的要求也越来越高，在桩基础施工过程中，由于施工工艺限制的原因，必然会产生大量浓度高、黏度大的废泥浆，工程废弃泥浆的处理为当今世界普遍面临的难题，现有的工程废弃泥浆处理技术理论普遍存在着一定的局限性，固化产物的抗压强度较低、软化系数低、固化土体的收缩率较大。这些工程废弃泥浆和渣土由于工程性能差，一直得不到合理利用，且处理成本较高，逐渐成为一个棘手的问题。废弃泥浆的不断出现既占用土地资源又污染周围环境，为节约资源、美化环境，亟待寻求一种合理的、经济的处理废弃工程泥浆的方法[1]。对于废弃泥浆的合理处理，极大降低工程废弃泥浆、渣土所带来的危害，还可以变废为宝，循环利用地球有限的资源，对建设环境友好型社会具有重要的意义。

目前，建筑泥浆的常规处理方式是用机械处理、罐装泥浆车外运和泥浆现场沉淀干燥，但这几种处理方式均存在较严重的局限性。机械处理法需要大量的设备资金投入，且效率不高，泥浆外运方式，由于建筑泥浆产生量大，含水率高极大增加了处理成本，还可能在运输过程中造成环境污染，外运泥浆弃置也需要占用大量土地，填埋不当会造成土壤板结和破坏;而且，大吨位的泥浆车对市政道路及桥梁是一种严重的安全隐患，占据本己拥挤的城市道路资源，频繁引起各类交通事故。现场沉淀干燥，需要的场地大、处理周期长，且易对施工现场和储浆区域造成环境影响。此外，由于泥浆的处理成本高，偷排现象严重，引起河道的污染及其与市政管网的堵塞甚至破坏，带来严重的社会和环境问题。

通过对废弃泥浆的絮凝研究，可以得到建筑泥浆合理的处理途径及方法，而且可以为具体工程施工中建筑废弃泥浆的减量化与资源化提供必要的理论依据和技术支持。从而降低泥浆处理成本及其对周边环境的污染程度，变废为宝，减少资源浪费，具有巨大的经济价值、社会价值及环保价值。

二、研究的过程和成果

（一）试验主要内容

1.测定废弃泥浆的基本性质（包括对泥浆及其脱出的上清液进行颗粒分析、土的矿物组成分析、含水率测定、密度测定、干密度测定、比重测定、PH测定等），根据基础数据，选用三种具有代表性的土质配置相同含水率的试验用泥浆。

2.采用对比试验法，研究了无机高分子絮凝剂及有机高分子絮凝剂对泥浆絮凝脱水的影响，确定最佳絮凝剂。根据泥浆的性质确定适合的絮凝剂种类，同时分析泥浆性质对其絮凝脱水效果的影响。

3.采用正交试验法对最佳絮凝剂进行优化，对无机高分子、及有机高分子絮凝剂之间的复合使用联合投加进行试验研究，确定复合投加的最佳投加量;同时对单一和复合絮凝剂的性质及絮凝性能进行研究，采用微观试验的方式观察絮凝结构、结合方式等，探索其絮凝机理。

（二）试验材料和试验仪器

从杭州下沙区及江干区钻孔灌注桩及地下连续墙施工现场采集废弃泥浆。

1.主要无机絮凝剂有：聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（SPFS）、聚合硫酸铝铁（PAFS）

2.有机絮凝剂有：阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）、阴离子型聚丙烯酰胺（CPAM）、阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）、聚氧化乙烯（PEO）、壳聚糖等。

3.试验仪器有：X射线衍射仪、电子天平秤、机械式电动搅拌器、PH测试笔、浊度计、激光粒度分析仪等。

（三）试验步骤

为测试自然状态下泥浆的脱水分层能力，对淤泥质、黏土质和粉砂质泥浆分别进行自然沉降试验，设置三组平行试验。

1.单一絮凝剂对照试验

试验中以固液分离液面读数、上清液PH、上清液浊度及清液悬浊液中残余的颗粒级配等作为参数分析各絮凝剂的絮凝效果，试验操作步骤如下：

在500ml的烧杯中分别加入300ml的泥浆，分别添加20ml质量分数为0.1%的有机絮凝剂及1%浓度的无机絮凝剂，用机械式搅拌机以100r/min的速度搅拌5min，使絮凝劑能够和土颗粒充分反应。静置泥浆样本开始读数并记录初始高度，沉降开始后30min内每5min用刻度尺紧贴烧杯外壁读取记录，30min至60min每15分钟读取记录数据，1h后每30min读取记录一次数据。待烧杯内絮团高度不在发生变化，用胶头滴管分别制取2份上清液于COD水质消解管内保存，用于测试清液浊度及悬浊液中悬浮颗粒的粒径分布。记录清液底面的下降高度时以mm为单位，上清液浊度以NTU为单位，根据记录的数据对比分析同物质的量条件下，各类型絮凝剂的絮凝效果。

2.各絮凝剂定量试验

不同絮凝剂的最佳添加量之间存在较大差异，为寻找各絮凝剂的最优物质的量浓度，同时能够满足工程经济性的要求，对各个絮凝剂设置了定量实验，确定为该种絮凝剂的最佳添加量。

三、结论

通过试验得出结论：最佳絮凝剂为阴离子型PAM最优投加浓度为0.2%，阳离子型PAM最优投加浓度为0.1%，非离子型PAM最优投加浓度为0.1%，壳聚糖最优投加浓度为0.5%聚氧化乙烯最优投加浓度为0.2%，聚合氯化铝最优投加浓度为1%，聚合氯化铁最优投加浓度为2%，聚合氯化铝铁最优投加浓度为2%。

参考文献

[1]Sui P C，Anderle S. Optimization of contact pressure profile for performance improvement of a rotary elastomeric seal al operating in abrasive drilling environment[J].Wear， 2011，271（9-10）：2466-2470.

[2]杜衍庆，王新岐.工程废弃泥浆固化处理试验研究[J].天津建设科技，2018，28（01）：47-50.

[3]雷鸣洲.工程泥浆固化土强度特性研究[D].安徽理工大学，2018.

[6]叶雅文，张建国，邓皓.对国内废泥浆固液分离及后处理的研究[J].江汉石油学院学报，1990，（01）：46-52.

[7]郑耀林，章荣军，郑俊杰，董超强，陆展.絮凝-固化联合处理超高含水率吹填淤泥浆的试验研究[J].岩土力学，2019，40（08）：3107-3114.

基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划项目“工程废弃泥浆的絮凝试验研究”（项目编号2020R448001）