板框厢式隔膜压滤机
0 前言
污泥处理设备中泥浆系统主要应用于桥梁桩基工程、非开挖穿越工程、石油钻井工程、地下隧道盾构工程的施工中。泥浆也称钻井液由液体和粘土组成辅以添加剂主要起保护孔壁、携带钻渣出孔和冷却钻具的作用。泥浆在钻进过程中由于钻渣不断地进入到泥浆中泥浆的比重、黏度、含沙量等发生变化不能满足泥浆性能的要求必须对其进行处理或净化主要是进行固液分离将泥浆中的钻渣分离排放后再循环使用。
净化的方法主要有沉淀池和机械设备两种。采用沉淀池处理需占用部分土地；沉淀池清掏出的钻渣含水量高使得泥浆外溢施工环境恶劣而且可能造成环境污染或水质污染等公害。随着现代社会文明意识和环保意识的不断增强泥浆带来的环境问题越来越多受到关注泥浆处理技术和设备也随之问世。目前泥浆处理技术主要有振动筛、除砂器、除泥器、离心机等根据泥浆处理的场合、钻渣的组成和泥浆性能要求采用不同工艺组合。国际上日本“奥村”、德国“莎堡”、法国“MS”公司研制的设备几乎垄断了国际泥浆处理工程市场。在我国市政等大型地下盾构工程施工中也引进使用了上述公司的泥浆处理设备。另外海上石油钻井平台也采用了成套进口泥浆处理设备以达到海洋环保和海洋倾废管理要求。国内建筑施工系统在用的泥浆处理设备主要是湖北宜昌黑旋风工程机械有限公司生产的黑旋风泥浆处理装置。目前路外系统采用的泥浆处理设备一般不适合铁路情况铁路桥梁钻孔灌注桩施工中泥浆处理绝大多数情况下仍采用沉淀池沉淀钻渣。为保护铁路施工期施工沿线的环境有必要研制开发适合铁路桥梁钻孔桩泥浆处理的专用设备。本文在调研的基础上对国内的泥浆处理设备进行了综述为开发研制铁路桥梁钻孔桩泥浆处理设备提供科学依据。
1 泥浆处理设备简介
目前使用的泥浆处理设备主要有振动筛、水力旋流除砂器、水力旋流除泥器、离心机，板框压滤机等。
1∙1 振动筛振动筛利用高频振动作用将流经筛布上的泥浆中的固体颗粒分离。振动筛的筛布有多种孔眼型号一般使用100目（可分离粒径0∙15mm 以上的颗粒）或更粗的筛布现场使用最密的筛布为200目。振动筛一般设置在处理工艺的最前端主要用来处理大颗粒固相。
1∙2 旋流分离器用泵将泥浆输入旋流分离器后泥浆会受到旋流分离器形状的限制而产生高速旋流在离心力的作用下比液体密度高的固相会靠向筒壁而密度相对较低的液体则在筒的中间这样就可以将较粗的颗粒从泥浆中分离出来。按被分离颗粒大小的不同旋流分离器分为：
（1） 旋流除砂器。分离固相颗粒直径一般在74μm 以上（也可以分离少部分40～74μm 的固相颗粒）。
（2） 旋流除泥器。分离10～74μm 的固相颗粒（大部分在20～40μm 范围）。
1∙3 离心机离心机是唯一能去除固相颗粒表面自由液体的固液分离装置离心机的转速越大能分离出来的固相颗粒粒径越小当离心机转速达到3200r/min时可分理出的最小粒径可达2μm离心机一般设置在处理工艺的末端主要用来处理小颗粒固相。依据泥浆中的固相物质的颗粒大小和粒径级配考虑处理后泥浆的性能要求可选择不同的处理工艺但须按照先处理大颗粒物质、后处理小颗粒物质的顺序进行处理。
1.4板框压滤机
隔膜式板框压滤机由机座和支撑结构体、机架、进料口和进气口、滤板与滤布、水洗架、压力泵、压紧板、液压系统以及电控柜等组成。１．２工作原理污泥通过进料口进入机身，利用压力泵向压滤机隔膜板中高压注水，产生的隔膜张力用于挤压污泥，从而得到脱水效果。经过滤布排出滤液后，留下固体经滤布阻隔进一步集聚，形成高固含量污泥。一次进料污泥量应保持在设计量的８５％以上，不能低于最低限值。压榨压力通常要小于１ＭＰａ。一旦进料完成，就需要在隔膜板中注入高压水，从而有效鼓张隔膜，使得隔膜产生足够量的隔膜张力，挤压板间污泥进料后完成脱水工作。
2 路外泥浆处理设备应用情况
2∙1 石油钻井作业石油钻井作业中对泥浆要求较高处理工艺较复杂钻井液的固相控制一般采用振动筛＋水力旋流除砂器＋水力旋流除泥器＋离心机四道工艺。振动筛多采用专门处理泥浆的直线振动筛可去除粒径在0∙1mm 以上固体物质；水力旋流除砂器去除经振动筛处理后粒径在0∙045mm以上固体物质；水力旋流除泥器去除粒径在0∙010～0∙045mm 范围内的固体物质；离心机可去除最小颗粒粒径0∙003mm 的固体物质。钻机设有高架的泥浆处理平台各处理设备依次排开钻孔中出来的泥浆经各道工序处理后钻渣排入沉渣池处理后的泥浆重复使用。振动筛以美国 DERRICK 为最好但价格较高只有少数钻井队使用多数钻井队均使用国产的各种泥浆处理设备。
2∙2 大桥桥梁钻孔桩一般钻孔桩直径较大钻孔较深对泥浆性能要求较高；桥位处地质条件多为砂质地层即使有粘土层也不能用来造浆；水中墩不好设置沉淀池对泥浆进行处理实际工程中一般采用设备处理泥浆。广东长大公路崖门大桥主要采用德国产BE-250型泥浆处理器处理泥浆 该泥浆处理器处理量250m3/h主要由高频振动筛和水利旋流除砂器组成。高频振动筛振动频率3500次/min振幅2～3mm采用40目筛网能将0∙5mm 以上的颗粒物筛出水利旋流除砂器去除0∙5mm 以下的颗粒物。孟加拉国帕克西公路桥施工中采用了我国生产的ZX-500型泥浆处理设备该设备采用了振动筛加水利旋流除砂器工艺采用直线振动筛激振力和筛面角度可调整全部泥浆先经过振动筛去除大颗粒固相后再经水利旋流除砂器处理0∙074mm 以上固体物质去除率可达90％以上。
2∙3 过江隧道过江隧道盾构法施工中来自盾构机的由排泥管输运到地面的泥水中混有大量的土石颗粒须经固液分离处理后方能循环使用。重庆过江隧道［施工中也采用了ZX-500B×2型泥浆处理设备处理工艺仍为振动筛加水利旋流除砂器处理后的泥浆进入调浆池和制浆机的泥浆进行适当调配调配后的泥浆重新进入盾构机使用。在泥岩中钻进时碎屑粒径最小可达0∙01mm由于ZX-500B×2的分离粒径在0∙045mm 以上粒径在0∙01～0∙045mm 之间的粘土颗粒没有分离出去施工中采用了在泥浆中加絮凝剂的方法以提高除泥效率。
2∙4 非开挖定向钻大口径、长距离的定向钻穿越是最近几年中发展起来的在油气管线工程中得到了广泛的应用。定向钻穿越施工中需要大量使用泥浆。陕京二线大清河定向钻施工中采用了振动筛、除砂器、除泥器、离心机的处理工艺流程除了采用割缝式双层筛外处理工艺和石油固控系统相同。
2∙5 市政淤泥市政淤泥包括建筑泥浆、雨水管道污泥等。市政污泥的固体组成以无机物为主可将其作为替代土源但在运输、利用前须对其进行脱水。采用了振动条筛加卧螺式离心机的处理工艺脱水整个机组集成在拖车上可移动于各工点之间生产性试验结果表明脱水后的泥饼就含水率和土工稳定性而言已经达到城市替代土的要求。
3 铁路桥梁钻孔桩泥浆处理现状3∙1 泥浆系统铁路桥梁钻孔桩成孔方式有3种：旋挖钻、旋转钻和冲击钻施工中都需要使用泥浆。旋挖钻主要适用于松软土地层和钻孔较浅情况钻进过程中利用泥浆护壁；旋转钻多用于较硬地层和钻孔较深情况钻进过程中利用泥浆护壁和携带钻渣出孔；冲击钻适用于坚硬地层泥浆的作用同旋转钻。京沪高速铁路泥浆配制方式有3种：
（1）自造浆在粘土地层钻进时直接利用粘土造浆。在钻具和地层接触及向孔外输运钻渣的过程中粘土颗粒水化到泥浆中使得泥浆中固体颗粒增加在泥浆的容重、含砂率、黏度等性能指标能得到满足的前提下可以采用此种泥浆配制方式。此种方式简单、经济因为京沪高速铁路粘土地层钻孔采用自造浆方式一般能满足京沪高速铁路建设标准的施工工艺要求故在京沪高速铁路粘土地层钻孔施工中得到了广泛的应用。
（2）配制泥浆在对泥浆要求较高时一般采用水、粘土（或膨润土）和添加剂按适当比例配制而成。京沪高速铁路南京大胜关长江特大桥桩基施工中泥浆配合比。其余桥梁桩基施工时泥浆配合比类似
（3）化学造浆利用化学造浆液产品和粘土等在现场配制而成。京沪高速1标段采用此种方式造浆。
3∙2 泥浆处理现状目前
目前铁路桥梁施工中一般均采用沉淀池处理泥浆。来自钻孔的泥浆经过沉淀池泥浆中的固体颗粒在沉淀池中自然沉淀处理后的泥浆回流至钻孔内。一般情况下旋挖钻每4个墩设置1个沉淀池旋转钻和冲击钻每1～2个墩设置1个沉淀池沉淀池的容积按最大的钻孔桩容积的2～3倍计算。只有极少数大桥施工工地采用了泥浆处理设备。以京沪高速为例：南京大胜关长江大桥工地使用了黑旋风ZX-250泥浆净化器1标段采用了石油固相控制设备中的除砂器用作清孔济南黄河大桥工地采用了自制的振动筛加沉淀池处理水中墩出孔泥浆其余工点均未使用泥浆处理设备。未广泛采用泥浆处理设备的原因是：现有的泥浆处理设备不适合铁路钻孔桩施工工艺要求而且功率较大运行成本较高。
4 结束语采用沉淀池分离泥浆中的钻渣效率较低并带来一些环境问题；路外系统已广泛采用泥浆处理设备处理泥浆；铁路桥梁钻孔桩泥浆处理仍多采用沉淀池；目前正在使用的泥浆处理设备不适应铁路桥梁施工工艺；因此有必要研究适合铁路桥梁施工的工艺较简单的泥浆处理技术和设备以达到减少沉淀池的容积和废弃泥浆的数量、保护环境的目的。
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