一种盾构渣土多相分级处理系统的制作方法

本实用新型涉及一种盾构渣土多相分级处理系统，属于环境保护领域。

背景技术：

盾构法修建隧道已有百年应用史，是常用的隧道施工方法。随着城市化进程的加快，城市轨道交通建设快速发展，目前国内已有多个城市开展隧道和地铁施工的建设。伴随隧道施工建设同时产生的还有大量的盾构渣土和施工建筑垃圾。目前，国内主要采用外运废渣堆存场的方法，处理处置这部分的固体废弃物。但随着城市的发展壮大，废渣场自身占用大量场地，堆体存在滑坡和安全隐患的缺陷，已经有悖城市的发展。城市盾构渣土产量急剧增长，废渣堆存场容量有限、扩容困难，合理的处置盾构渣土，成为现阶段盾构渣土处理处置的迫切需求。

此外，盾构施工过程中，为保证盾构机的顺利掘进，会在掘进土层中喷射泡沫剂等有机化合物，通过改变土壤的流塑性，保证盾构机的顺利掘进，减少掘进过程对刀片的磨损。盾构渣土中这些泡沫剂等有机化合物的存在，改变了原有土壤的结构，使得原有土壤的含水率高，并且由于泡沫剂等有机化合物的存在，使盾构渣土不易脱水，由于改变了土壤的流塑性，盾构渣土在堆存过程中，易于产生滑坡的危害。在自然堆存过程中，存在表层土壤干燥开裂而其下方的土壤仍泥质松散含水率高甚至成浆状，易形成滑坡，从而影响堆土场的安全堆放。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种盾构渣土多相分级处理系统，以在实现对盾构渣土的减量化、无害化、资源化处理的同时，节约用水量。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种盾构渣土多相分级处理系统，包括依次连通的制浆单元、筛分单元、第一反应单元、泥水分离单元、第二反应单元和压滤单元；所述泥水分离单元具有水相输出口和泥相输出口，所述水相输出口连通有水处理单元，所述水处理单元与制浆单元连通，所述水处理单元与第二反应单元连通。

进一步地，所述压滤单元具有固相输出口和泥水输出口，所述泥水输出口与制浆单元连通。

进一步地，所述第一反应单元包括第一罐体，第一罐体上设有第一药剂投加口；第二反应单元包括第二罐体，第二罐体上设有第二药剂投加口；所述水处理单元包括第三罐体，第三罐体上设有第三药剂投加口。

进一步地，第一反应单元、第二反应单元内均设有搅拌机构。

进一步地，所述筛分单元为振动筛分装置。

进一步地，所述压滤单元为板框压滤机。

可先对盾构渣土整体制浆，再行筛分，可将砂石与细粒泥浆分离，砂石可用作混凝土骨料，实现资源化利用；体量得到缩减的细粒泥浆进入后续设备进一步处理。通过向第一反应单元投加可与泡沫剂反应的解吸剂等药剂，可对盾构渣土中的泡沫剂进行初步清除处理，随后进行泥水分离，获得浓度更大而体量更小的泥浆，进一步于第二反应单元内处理，可降低第二反应单元内药剂用量；而泥水分离单元处理获得的水相输入水处理单元，经过絮凝处理后，获得的较为干净的水可部分返回制浆单元、部分输入第二反应单元，系统内的水得到多次重复利用，可大幅降低耗水量，节约水资源；经过第二反应单元处理的泥浆进入压滤单元，压滤，获得体量较小且基本不含泡沫剂的泥饼，盾构渣土得到有效的减量化、无害化处理。

利用如上所述的盾构渣土多相分级处理系统进行盾构渣土处理时，可通过如下方法进行：

s1、将待处理盾构渣土输入制浆单元，加水，制浆，获得固液质量比为1:7-19的第一泥浆；

s2、将s1获得的第一泥浆输入筛分单元，筛分，获得砂石和第二泥浆；

s3、将s2获得的第二泥浆输入第一反应单元，通过第一药剂投加口向第一反应单元内加入解吸剂，混合均匀，反应25-35min后，获得第三泥浆；

其中，所述解吸剂为含钙化合物和/或含钠化合物；

s4、将s3获得的第三泥浆输入泥水分离单元，进行泥水分离，获得水相和第四泥浆；

s5、将s4获得的水相输入水处理单元，通过第三药剂投加口向水处理单元内加入絮凝剂，混合均匀，反应25-35min，获得上清液和絮凝底泥；

将s4获得的第四泥浆输入第二反应单元，通过第二药剂投加口向第二反应单元内加入化学除泡剂和/或絮凝剂等药剂，同时将所述上清液的20-40wt%输入第二反应单元，混合均匀，反应25-35min后，获得第五泥浆；

将所述上清液的60-80wt%输入制浆单元；

其中，所述化学除泡剂为硅氧烷类化合物；

s6、将s5获得的第五泥浆输入压滤单元，压滤，获得水和含水率≤40wt%的泥饼。

进一步地，将泥饼的含水率降低至40%及以下，便于运输和后续资源化利用。

通过向第一反应单元中加入泡沫剂等有机化合物的解吸剂，将吸附在土壤颗粒表面的有机化合物解吸入水相中。通过泥水分离单元，将含泡沫剂等有机化合物的水相与固相分离。水相可通过泵送入水处理单元，通过加入絮凝剂等水处理药剂，进一步处理水相中的泡沫剂等有机化合物，并通过水相的絮凝底泥的最终焚烧或安全填埋，将泡沫剂等有机化合物彻底无害化。泥水分离后的固相泥浆，通过泵送送入第二反应单元，通过将泥浆中加入能够与泡沫剂等发生化学反应的药剂，进一步降低泥饼中泡沫剂等有机化合物的含量。

通过筛分单元，筛分出的颗粒物可以用于混凝土骨料、砂石等建筑材料。通过泥饼的最终处置，将泥饼用作制砖、填埋用土、绿化种植土等。通过水相回用，将处理后的水回用于盾构渣土制浆单元和第二反应单元，将水相在整个盾构渣土处理系统中循环使用，减少水的使用量，节约水资源。

将盾构渣土通过送入制浆单元，加水稀释成泥浆，将泥浆输送到筛分单元，进行粗颗粒和细颗粒的分离。将分离后的细颗粒泥浆输入第一反应罐，将第一反应罐中加入解吸泡沫剂的药剂，与泥浆搅拌混匀。后将搅拌混匀后的泥浆输入泥水分离单元进行泥水分离。

分离后的水相进入水处理单元，通过加入絮凝剂等水处理药剂，去除水相中的泡沫剂等有机化合物，并将水相中的悬浮物固体与水相分离。处理后的水相一部分直接回用于盾构渣土制浆单元，一部分回用于第二反应单元，进行分离后泥饼的二次处理。处理之后的絮凝底泥经过脱水干化处理后，焚烧或者安全填埋处置。

分离后的浓缩泥浆，进入第二反应单元，进行加水加药，搅拌混匀，利用化学反应，对泡沫剂等有机化合物进一步清除处理。第二反应单元中搅拌混匀的泥浆泵送入压滤单元，进行深度脱水，脱水后的泥饼由传输带，送入运输车外运，可用于制砖、外运填埋用土或绿化种植用土等，进行资源化处置。压滤单元分离后的水相可泵送入制浆单元，用于盾构渣土制浆，实现对水的充分循环利用。

本实用新型根据颗粒粒径的差异，将盾构渣土中的粗颗粒砾石和土壤细颗粒进行分离，减少盾构渣土的质量，将筛分出的粗颗粒砾石根据用途进行资源化利用，减少进入后续处理单元的盾构渣土的量，降低盾构渣土处理的药剂用量，减少处理过程能源的消耗，降低设备运行的能耗，同时减少设备运行堵塞的风险性。同时，对一级加药处理后的泥浆，进行泥水分离，分离后的水相进入水处理单元进行无害化处理，分离后的泥浆，进入第二反应单元；将经水处理单元处理后的30%左右的水，回用于第二反应单元内泥浆的稀释及再次制浆，利用泥基中残留的药剂，与泥基中的泡沫剂进行再次反应，进一步去除残留的泡沫剂。可向第二反应单元内的泥浆中加入絮凝剂，进行泥水分离，分离后的固相抽出入板框压滤机，进行脱水处置。分离后的水相，进人废水处理装置，进行处理后，一部分回用于二次洗脱反应，一部分回用于盾构渣土制浆。通过二次洗脱减少无害化处理药剂的用量，节约处理成本。

本实用新型针对隧道施工过程中产生的盾构渣土量大，含水率高，含有对环境会产生危害的泡沫剂等有机化合物，外运成本高，处置场地有限的问题，提出的盾构渣土多相分级处理系统，通过减量化、无害化、资源化，解决盾构渣土处理难题。

一方面，通过将盾构渣土制浆筛分，脱水干化，对盾构渣土进行减量化处理，减少外运量和堆存量。

一方面，通过加入专用药剂，将盾构渣土中存在的泡沫剂等有机化合物进行无害化处理，减少对环境的危害，增加盾构渣土的脱水效率。

另一方面，通过将盾构渣土处理后产生的砾石颗粒物可以用于混凝土骨料，泥饼用于制砖、填埋用土、绿化种植用土等途径进行资源化利用，对处理后的水回用，减少对水资源的浪费等，达到综合处理，回收资源的目的。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种盾构渣土高效综合处理系统，根据颗粒粒径的差异和机械剪切力对土壤颗粒的摩擦作用，联合药剂对盾构渣土中泡沫剂的反应去除，实现盾构渣土的无害化、减量化、资源化。通过制浆过筛，将盾构渣土颗粒分级。颗粒分级后的泥浆，泵送入第一反应单元，通过搅拌的水相剪切力和药剂的作用，进一步破坏盾构渣土土壤颗粒的结构，将土壤颗粒搅拌成更小粒径的颗粒，并通过搅拌产生的水相剪切力，将吸附在土壤颗粒表面的泡沫等有害化合物解吸，通过药剂的作用，阻止泡沫剂等有害化合物与土壤颗粒的再次吸附作用。通过离心分离，将水相和固相进行分离，减少固相中泡沫剂的残留含量。并通过对分离后固相泥基的二次洗脱，利用残留于固相中的药剂，对残留的泡沫剂等有害化合物进行再次无害化处理。泥水分离后的废水，进入水处理单元，通过搅拌和絮凝破乳处理等过程，可再次用于制浆或用于泥浆稀释。

本实用新型盾构渣土高效综合处理系统，可有效实现盾构渣土中泡沫剂等有害化合物的处理，并能实现盾构渣土的减量化和资源化处理，具有适用范围广、运行成本低、工作效率高、降低盾构渣土的运输及处理处置成本，无二次污染的特点，对地铁隧道施工、公路交通隧道施工、铁路交通隧道施工等隧道工程，及其他地下工程施工中产生的盾构渣土及其他渣土均适用。

附图说明

图1是本实用新型第一种实施方式的工艺流程图。

图2是本实用新型的一种盾构渣土多相分级处理系统的结构简图。

具体实施方式

以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域普通技术人员如何实施和再现本明。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域普通技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护范围内。本领域普通技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图2所示，一种盾构渣土多相分级处理系统，包括依次连通的制浆单元3、筛分单元4、第一反应单元5、泥水分离单元6、第二反应单元7和压滤单元9，所述第一反应单元5上设有第一药剂投加口12，第二反应单元7上设有第二药剂投加口13；所述泥水分离单元6具有水相输出口和泥相输出口，所述水相输出口连通有水处理单元8，所述泥相输出口与第二反应单元连通；所述水处理单元8与制浆单元3连通，所述水处理单元8与第二反应单元7连通，所述水处理单元8上设有第三药剂投加口14。制浆单元3顶部设有进料斗2，

所述压滤单元9具有固相输出口和泥水输出口，所述泥水输出口与制浆单元3连通。

第一反应单元5、第二反应单元7内均设有搅拌机构。

所述筛分单元4为振动筛分装置。

所述第一反应单元5包括内部设有搅拌机构的第一罐体，第一罐体上设有第一药剂投加口12；第二反应单元7包括内部设有搅拌机构的第二罐体，第二罐体上设有第二药剂投加口13；所述水处理单元8包括内部设有搅拌机构的第三罐体，第三罐体上设有第三药剂投加口14。

可选地，所述制浆单元3包括内部设有搅拌机构的第四罐体。

可选地，泥水分离单元6包括第五罐体，所述第五罐体的底部为锥形，且横截面积逐渐减小，以便于自然沉降分离。

可选地，相关连通设备之间通过管路连通，相关管路上可设置功率合适的泵，以使得物料顺畅流动。

在制浆单元3，加水将盾构渣土制成可以流动的泥浆样。在振动筛分装置，将泥浆进行筛分，分离出大颗粒砾石颗粒和细颗粒固体。通过泥水分离单元6将细颗粒固体与水相进行分离。通过压滤单元9，进一步脱去泥饼中的水，将泥饼的含水率降低至40wt%及以下，便于运输和后续资源化利用。

通过向第一反应单元5中加入泡沫剂等有机化合物的解吸药剂，将吸附在土壤颗粒表面的有机化合物解吸入水相中。通过泥水分离单元6，将含泡沫剂等有机化合物的水相与固相分离。水相通过泵送入水处理单元8，通过加入絮凝剂等水处理药剂2，进一步处理水相中的泡沫剂等有机化合物，并通过水相的絮凝底泥的最终焚烧或安全填埋，将泡沫剂等有机化合物彻底无害化。泥水分离后的固相泥浆，通过泵送送入第二反应单元7，通过将泥浆中加入能够与泡沫剂等发生化学反应的药剂，进一步降低泥饼中泡沫剂等有机化合物的含量。

筛分出的砾石颗粒物可以用于混凝土骨料、砂石等建筑材料。通过泥饼的最终处置，将泥饼用作制砖、填埋用土、绿化种植土等。通过水相回用，将处理后的水回用于盾构渣土制浆单元3和第二反应单元7，将水相在整个盾构渣土处理系统中循环使用，减少水的使用量，节约水资源。

将盾构渣土通过皮带输送机1，通过进料斗2，送入制浆单元3，加水稀释成泥浆，将泥浆输送到振动筛分装置，进行粗颗粒和细颗粒的分离。将分离后的细颗粒泥浆输入第一反应单元5，将第一反应单元中加入解吸泡沫剂的药剂，与泥浆搅拌混匀。后将搅拌混匀后的泥浆输入泥水分离单元进行泥水分离。

分离后的水相进入水处理单元8，通过加入絮凝剂等水处理药剂，去除水相中的泡沫剂等有机化合物，并将水相中的悬浮物固体与水相分离。处理后的水相一部分直接回用于盾构渣土制浆单元3，一部分回用于第二反应单元7，进行分离后泥饼的二次处理。处理之后的絮凝底泥经过脱水干化处理后，焚烧或者安全填埋处置。

分离后的浓缩泥浆，进入第二反应单元7，进行加水加药，搅拌混匀，利用化学反应，对泡沫剂等有机化合物进一步清除处理。第二反应单元7中搅拌混匀的泥浆泵送入压滤单元9，进行深度脱水，脱水后的泥饼由传输带10，送入运输车11外运，可用于制砖、外运填埋用土或绿化种植用土等，进行资源化处置。压滤单元9分离后的水相泵送入制浆单元3，用于盾构渣土制浆。

将盾构渣土由皮带传输机送入制浆单元，加水制成固液比1:7-1：19之间的泥浆。后将泥浆输送入振动筛分装置，振动筛分装置的筛网尺寸为1cm-3cm，大于1cm-3cm的筛上物随振动落入大颗粒砂砾堆存处。固体颗粒尺寸小于1cm-3cm的泥浆随泵送入第一反应单元，加入泡沫剂解吸药剂，搅拌混匀30min后，送入泥水分离单元，进行泥水分离。后将分离后的上清液泵送入水处理单元，加入质量比为千分之一至千分之五的经过熟化的絮凝剂等水处理药剂，搅拌30min，后对沉入底部的絮凝体进行压滤干化。干化后的絮凝体送外焚烧或填埋处置。处理之后的水相，70wt%以上的水回流入盾构渣土制浆单元，作为制浆用水，30wt%左右的水作为浓缩泥浆的二次搅拌用水。后将二次搅拌之后的泥浆泵送入压滤单元，进行深度脱水。分离后的泥饼用于制砖、作为填埋用土或者绿化种植用土。压滤机分离后的水相回流入制浆罐，作为制浆用水回用。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。