工程廢棄泥漿處理與再利用技術研究

梁志豪 唐健娟

(廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州510507)

在樁基、盾構、地下連續墻等工程施工中需要制備顆粒細、黏度大、穩定性良好的工程泥漿，這種泥漿是施工過程中不可缺少的一部分，泥漿的性能甚至直接影響施工的質量。但這種性能優異的工程泥漿在施工完成后便失去了使用價值，轉而成為負擔。正是由于其具有較好的穩定性，自然沉降分離需要極長的時間，而不經處理隨意排放會造成嚴重環境污染。由于這樣的矛盾所在，如何經濟高效地實現工程廢棄泥漿的處理與再利用成為值得研究的方向。

1 工程泥漿的性質與作用

工程泥漿是指在建筑工程、隧道工程、基礎工程等建設過程中配制與使用的泥水混合物。

工程泥漿主要由水、膨潤土、黏性土以及外加劑配制而成，表現為懸濁與膠體的混合液。不同規范中對于工程泥漿的指標要求在數值上略有差異，但大致要求如下：相對密度＜1.25，黏度17～22S，含砂率2%～8%，膠體率≥90%[1～2]，只有滿足上述要求的泥漿才可作為工程泥漿使用。

工程泥漿一般具有以下性質：（1）黏度較大，組成的顆粒細小且顆粒級配單一，水分含量在75%以上且非常難脫去，自然風干過程緩慢，干結生成物遇水浸濕后易再度恢復為原狀態；（2）膠體結構穩定，不經外力作用能保持數月不分層，由于在制漿過程中加入了較多外加劑，導致泥漿中重金屬等化學成分超出國家排放標準，自然排放會對土壤與植被造成較大的破壞。

工程泥漿在施工中的主要作用有：（1）潤滑冷卻：由于工程泥漿顆粒細膩，因此能夠在鉆進或掘進作業中充當潤滑劑的作用，并且兼有冷卻鉆頭或刀頭，保證施工連續快速進行的作用；（2）清孔排渣：施工過程中，泥漿通過管道不斷在制漿池- 工作池- 沉淀池中循環，借助泥漿的浮力以及泥漿循環可以帶出孔底積攢的土砂；（3）泥漿護壁：在鉆孔和掘進工程施工中，泥漿能夠平衡孔中或是掘進面的土壓力，在孔壁或是開挖掌子面形成泥膜，防止塌方[3]。

2 工程廢棄泥漿處理現狀

工程泥漿在施工完成后或不能滿足使用要求后就需要廢棄處理。目前，工程廢棄泥漿的常用處理方式是槽罐車外運和現場沉淀干燥。泥漿外運方式，由于工程泥漿產生量大，含水率高，實際運出的75%左右是水，處理成本高、效率低。并且，大噸位的槽罐車對市政道路及橋梁是一種嚴重的安全隱患，容易引發各類交通事故。此外，泥漿運輸過程中容易發生灑漏造成環境污染，為了提高市容市貌，多數城市的主要路段都已禁止槽罐車、渣土車等大型工程車輛的通行，這給泥漿外運帶來了新的難題，對工程進度造成較大的影響。現場沉淀干燥，存放大量的廢棄泥漿需要占用大片的土地，修建大面積泥漿沉降池需要額外增加征地費用。由于工程泥漿性質結構穩定，自然沉降耗費時間極長，不及時處理將影響工程總體工期，此外，大面積的沉降池會對施工環境造成不良影響，破壞工地整潔環境并且給施工人員帶來安全隱患。正是由于目前并無較好的工程廢棄泥漿處理方式，常規處理方式成本高、效率低、費時費力，導致工程廢棄泥漿直接填埋或偷排現象屢禁不止，但工程廢棄泥漿不經處理直接填埋將對附近土壤和植被造成嚴重破壞，并且會給場地后期開發帶來隱患；偷排入河道或市政管網，將導致河道的嚴重污染及市政管網的堵塞甚至功能性破壞，帶來嚴重的社會和環境問題。

3 國內外對工程廢棄泥漿提出的處理措施

目前國內外研究者們對工程廢棄泥漿提出了許多處理措施，綜合而言，其重點與難點都在于工泥漿的脫水處理：需要保證分離后的泥漿上清液能夠滿足國家排放要求，并且處理成本要控制在可接受范圍內。工程廢棄泥漿脫水處理方式主要分為蒸發脫水、絮凝脫水、離心脫水與過濾脫水：

3.1 蒸發脫水，方法為將工程廢棄泥漿運至郊外荒地或者干化場上攤鋪成薄層，泥漿所含水分一部分自然蒸發，一部分則滲入土壤或通過濾水層收集排走。該處理方式優點是節能經濟，在氣候干燥、土地資源不緊張的地方有較好的適用性；缺點是處理效率低下，處理周期較長，需要占用大面積土地。

3.2 絮凝脫水，主要分為化學絮凝和物理絮凝兩種方式：化學絮凝的原理是在工程廢棄泥漿中加入絮凝劑生成特定化學結構，吸附土顆粒以破壞工程泥漿的膠體穩定結構；物理絮凝的原理是通過加入表面活性劑或通過加熱等方式改變工程廢棄泥漿土顆粒的表面張力，破壞雙電層結構，加速工程廢棄泥漿固液分離過程。絮凝脫水在污水處理中已被證實是一種較有效的預處理方法，具有便捷高效的優點。師雯潔等[4]研究了不同絮凝劑種類與用量、不同攪拌時間和不同攪拌速度的脫水效果，試驗得出使用聚丙烯酰胺與粉煤灰以1:1 混合作為絮凝劑，在50ml泥漿中加入0.03g 絮凝劑，攪拌時間240～270s，攪拌速度400～450r/min 時處理效果最佳，具有參考價值。徐佩佩[5]對聚丙烯酰胺溶液的絮凝效果進行對比試驗，結果顯示使用分子量在1400 萬～1600 萬的陰離子聚丙烯酰胺（APAM），在每250ml 泥漿中加入25ml 左右濃度為0.25%～0.27%的APAM 溶液時絮凝效果最好。喬魏等[6]研究表明對泥漿進行170℃微波加熱處理1min 后，可使泥漿懸浮物降低40%，與堿液配合使用時效果更佳。日本學者Namioka 等[7]研究得出泥漿脫水效果與加熱溫度間的關系：溫度在473K 以下時，泥餅中水分含量與處理溫度呈負相關，處理溫度高于473K 時泥餅中水分含量變化不明顯，保持在50%左右。目前絮凝脫水主要是采用添加化學試劑的方法，依靠與泥漿發生物理化學反應實現工程廢棄泥漿固液分離。這導致絮凝脫水的脫水效果并不穩定，絮凝效果取決于所用試劑的性能與分散效果。因此，絮凝脫水更多作為一種預處理方法進行使用。

3.3 離心脫水，即通過機械設備離心作用實現工程廢棄泥漿固液分離，該方法具有工作穩定可靠、操作簡便、占地面積小等優點而被各國普遍采用。通常，只進行離心脫水處理得到的泥漿分離上清液仍含有較多的微小懸浮顆粒，該缺陷是由機械離心的工作原理決定的，為了達到更好的脫水效果離心脫水常與其他脫水方式配合使用。徐佩佩[5]通過對含水量為80%的泥漿進行離心脫水試驗研究，結果顯示離心機轉速在3200r/min時泥漿脫水效果較好，脫水后泥餅含水量約為44%，若添加陰離子聚丙烯酰胺（APAM）對泥漿進行預處理后離心脫水效果能提升約10%。

3.4 過濾脫水，過濾脫水的工作原理是通過濾布隔離泥漿中的泥沙顆粒從而實現工程廢棄泥漿固液分離，目前較為成熟的技術為壓濾脫水技術，其具有脫水效率高、泥餅含水率低、適應性強的優點。趙靜文等[8]研究改良出一種適用于市政工程的可移動式泥漿處理設備，能夠實現真空自吸與二次壓榨并解決了入料口易堵塞的問題，其處理后的泥餅含水率約在35%，處理效果較好。但是，過濾脫水亦存在明顯的缺點，由于需要頻繁地對濾布進行清洗更換，導致過濾脫水設備不能夠連續工作。

4 工程廢棄泥漿的再利用研究

由上述研究可知，工程廢棄泥漿脫水處理難以兼顧效果與成本，這正是工程廢棄泥漿難以實現利用的癥結所在。目前，新興了一種基槽回填材料——預拌流態固化土，能解決在各類工程基槽回填施工過程中基槽回填空間狹窄、回填深度較大，難以使用機械施工的問題。預拌流態固化土具有高流動性、免壓實、強度可控、取材方便的特點，使用這種材料進行基槽回填能夠很好地避免上述問題的發生[11]。預拌流態固化土主要成分主要包括土、水泥、砂、外加劑與水，預拌流態固化土基槽回填施工工藝如下圖1 所示：

圖1 預拌流態固化土基槽回填施工工藝

預拌流態固化土添加外加劑是為了使土顆粒均勻分散，以便與水泥更好地混合，從而形成性能穩定的固化土拌和物[12]。工程廢棄泥漿正是具備顆粒均勻分散，性能穩定的特點，因此可以嘗試直接使用工程廢棄泥漿替代上圖中虛線框內工藝步驟，以達到不經脫水對工程廢棄泥漿直接利用的目的。

5 結論

工程廢棄泥漿的處理已成為工程施工中不可避開的難題，但目前并未建立相應的規程或行業標準，因此各個地區應結合本地工程的實際情況，綜合考慮不同方法優缺點選擇合適的處理方法。隨著人們環保意識的提升，尋求一種經濟、節能、高效的工程廢棄泥漿處理方法的需求已日漸緊迫，本文提出對工程廢棄泥漿直接回收利用以制備預拌流態固化土的設想，但其實際應用效果還需工程驗證，希望該方法能夠為工程廢棄泥漿的處理與再利用提供新的解決思路。