臥螺離心機(jī)的灌注樁泥漿分離試驗(yàn)研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著高層建筑的發(fā)展，樁基在建筑工程中的位置愈顯重要。而灌注樁廢棄泥漿中含有大量的粘土礦物和巖屑，稠度大，既不能直接排放，又難以自然沉降，已成為環(huán)境的一大污染源，進(jìn)而成為制約城市建設(shè)進(jìn)程的瓶頸。
目前，對(duì)廢棄泥漿的處理通常采用兩種方法，一種是固液分離法，另一種是固化處理法。國(guó)外主要以固液分離法為主，而國(guó)內(nèi)建筑施工廢棄泥漿的處理工作，主要采用罐車(chē)運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)的處理方式，該方式遺灑嚴(yán)重且費(fèi)用高。因此，很有必要對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行固液分離研究，減少?gòu)U棄泥漿的體積，也減少?gòu)U棄泥漿對(duì)周邊環(huán)境的污染。文章在前期分析與研究的基礎(chǔ)上認(rèn)為可以采用臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)來(lái)對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行固液分離，從而達(dá)到循環(huán)利用水資源，減少?gòu)U棄物排放，降低運(yùn)輸成本的目的。因此，通過(guò)離心機(jī)分離性能因素試驗(yàn)獲得分離對(duì)離心性能的影響，探索分離工況是值得研究的。
1 臥螺離心機(jī)的工作原理
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī)）具有分離性能好、適應(yīng)性較強(qiáng)及能連續(xù)自動(dòng)操作等優(yōu)點(diǎn)。泥漿從加料管進(jìn)入，經(jīng)螺旋輸送器初步加速后通過(guò)進(jìn)料孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓。在離心力的作用下，泥漿之后密度較大的粒子迅速地沉積到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣，由與轉(zhuǎn)鼓方向旋轉(zhuǎn)但有一定轉(zhuǎn)速差的螺旋輸送器的葉片推向轉(zhuǎn)鼓小端，從排渣孔甩出；泥漿中密度較小的清液，在離心力的作用下，處于轉(zhuǎn)鼓液池的內(nèi)層，沿著清液通道，從位于轉(zhuǎn)鼓大端的溢流孔溢出。
2 泥漿脫水現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
采用臥螺離心機(jī)對(duì)樁基現(xiàn)場(chǎng)的泥漿進(jìn)行分離試驗(yàn)，試驗(yàn)地址位于杭州象山地區(qū)的一個(gè)樁基現(xiàn)場(chǎng)工地。試驗(yàn)用泥漿特性分別為含固率33.6%，密度1.26×10-3kg/m3，固相真密度1.98×10-3kg/m3。經(jīng)多晶X射線衍射分析，樣品的物相組成如下：石英，高嶺土，云母和蒙脫石。試驗(yàn)中，通過(guò)改變差轉(zhuǎn)速、進(jìn)料流量和分離因數(shù)等參數(shù)來(lái)觀察這些參數(shù)對(duì)沉渣與清液含固率的影響，并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析研究得出合適的操作參數(shù)。
2.1 試驗(yàn)用離心機(jī)參數(shù)及分離性能
試驗(yàn)所用離心機(jī)型號(hào)LWJ-550*1700，轉(zhuǎn)鼓直徑550mm，轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度1700mm，長(zhǎng)徑比3.09，差轉(zhuǎn)速2～30r/min（無(wú)級(jí)可調(diào)），分離因數(shù)Max1850（無(wú)級(jí)可調(diào)），主電機(jī)功率37～45kW，輔電機(jī)功率11～15kW。
對(duì)于離心機(jī)的分離性能主要以清液含固率、沉渣含固率、固相回收率等作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。固相回收率是指沉渣中回收的固相在懸浮液總固相中所占的比例。
2.2 操作參數(shù)的選擇
2.2.1 分離因數(shù)的影響
離心因數(shù)是被分離物料在離心力場(chǎng)中所受到的離心力和它所受的重力之比。
分離因數(shù)是表示離心機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，一般情況下分離因數(shù)越大，物料受到的離心力也越大，分離效果也越好。但是分離因數(shù)也不是越大越好，其中一方面受限于離心機(jī)材料本身，允許的最大圓周線速度有一定限制；另一方面，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，沉渣對(duì)轉(zhuǎn)鼓的磨損也就越大，會(huì)降低離心機(jī)的使用壽命。因此在分離過(guò)程中需要選擇合適的轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)中，在流量為8.2m3/h保持不變的情況下，同步提高主機(jī)轉(zhuǎn)速與輔機(jī)轉(zhuǎn)速，且保持差轉(zhuǎn)速為16.7r/min，測(cè)得數(shù)據(jù)如下：
| 主機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） | 分離因數(shù) | 清液含固率（%） | 沉渣含固率（%） | 固相回收率（%） |
1170 | 422 | 14.26 | 69.61 | 72.39 |
1430 | 630 | 12.49 | 71.85 | 76.05 |
1560 | 750 | 12.04 | 72.33 | 76.98 |
1690 | 880 | 11.63 | 72.59 | 77.87 |
1810 | 1020 | 11.30 | 72.60 | 78.60 |
1950 | 1171 | 10.94 | 72.88 | 79.34 |
由上表可知，分離因數(shù)達(dá)到一定值以后沉渣之后的含固率緩慢提高，而清液中的含固率緩慢下降。為了取得較好的分離效果，分離因數(shù)的取值應(yīng)大于700，在該流量與差轉(zhuǎn)速下，對(duì)應(yīng)的分離效果較好，且回收率較高。
2.2.2 差轉(zhuǎn)速的影響
差轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速與螺旋輸送器轉(zhuǎn)速之差，也即兩者的相對(duì)轉(zhuǎn)速。差轉(zhuǎn)速的增大將減小物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，從而提高分離液的含固率。另外，差轉(zhuǎn)速的增大還會(huì)加大物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的攪動(dòng)，使得離心機(jī)的分離效果降低。但是差轉(zhuǎn)速也不是越低越好，差轉(zhuǎn)速越低，泥漿在轉(zhuǎn)鼓中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，處理能力也就越低，有許多的懸浮物沒(méi)有被及時(shí)處理就從上清液返流管中流失。在保持主機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min，分離因數(shù)為788，進(jìn)料流量為8.2m3/h的情況下，降低輔機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變差轉(zhuǎn)速，測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：
| 差轉(zhuǎn)速（r/min） | 清液含固率（%） | 沉渣含固率（%） | 固相回收率（%） |
10.6 | 12.29 | 72.70 | 76.20 |
15.1 | 12.17 | 72.11 | 76.11 |
19.7 | 11.83 | 69.51 | 73.78 |
25.7 | 8.43 | 50.75 | 64.12 |
從上表可知，差轉(zhuǎn)速在超過(guò)20r/min時(shí)，沉渣、清液含固率與固相回收率均顯著下降，臥螺離心機(jī)的分離效果較差，因此差轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)在20r/min以下，同時(shí)也驗(yàn)證在保持差轉(zhuǎn)速為16.7r/min而改變分離因數(shù)的試驗(yàn)中，初始試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的合理性。
2.2.3 流量的影響
物料的進(jìn)料流量是影響離心機(jī)分離效果的又一重要因素，它表示了離心機(jī)的處理能力。流量越小，泥漿分離得越充分，固相回收率越高，但是生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)性差；流量過(guò)大，物料來(lái)不及處理就被排出，達(dá)不到要求的分離效果。在滿足分離要求的情況下，流量盡可能的大。保持主機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min，差轉(zhuǎn)速為21.7r/min的前提下，改變泥漿進(jìn)料流量，測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：
流量（m3/h） | 清液含固率（%） | 沉渣含固率（%） | 固相回收率（%） |
4.3 | 7.01 | 59.87 | 89.63 |
5.4 | 8.05 | 66.16 | 86.58 |
5.8 | 8.85 | 69.00 | 84.49 |
6.9 | 9.69 | 69.47 | 82.70 |
7.9 | 10.81 | 70.14 | 80.18 |
10.0 | 13.89 | 72.11 | 72.66 |
11.8 | 14.50 | 72.66 | 71.02 |
由上表可知，當(dāng)流量逐漸增大，清液和沉渣的含固率同時(shí)逐漸增加。在考慮分離效果的同時(shí)，需兼顧分離效率，因此泥漿的進(jìn)料流量最好在10m3/h以下。
綜上所得試驗(yàn)結(jié)果，可以看出臥螺離心機(jī)在用于灌注樁廢棄泥漿的處理及資源回收利用上是可行的，分離后的沉渣含固率能達(dá)到70%以上，而清液含固率基本低于15%。同時(shí)通過(guò)改變?cè)囼?yàn)參數(shù)獲得了用離心機(jī)進(jìn)行分離廢棄泥漿的最佳工況：差轉(zhuǎn)速為15r/min，流量為8.5m3/h，轉(zhuǎn)速為1600r/min。
3 結(jié)論
通過(guò)LWJ550*1700臥螺離心機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)灌注樁泥漿分離試驗(yàn)得到以下結(jié)論：
（1）隨著分離因數(shù)的增大，沉渣含固率逐漸上升，固相回收率提高。
（2）較小的差轉(zhuǎn)速對(duì)清液和沉渣的含固率以及對(duì)固相回收率影響較小，而在高差轉(zhuǎn)速條件下清液和沉渣的含固率下降較為明顯，而固相回收率反而上升。
（3）進(jìn)料流量較小時(shí)，沉渣及清液含固率均較小，但是流量對(duì)其影響較為突出；隨著流量增大，沉渣及清液含固率上升，沉渣含固率上升平緩。固相回收率在流量較低范圍內(nèi)處于高值，并且在這范圍內(nèi)隨流量增加而急劇減少；在高流量范圍內(nèi)變化相對(duì)平緩。
（4）采用該型臥螺離心機(jī)分離泥漿，在參數(shù)取值合適的情況下，能取得較好的分離效果，分離后的沉渣含固率能達(dá)到70%以上，而清液含固率基本低于15%。因此，用臥螺離心機(jī)對(duì)灌注樁廢棄泥漿進(jìn)行處理是可行的。
（5）為了取得較好的分離效果同時(shí)兼顧效率，通過(guò)改變?cè)囼?yàn)參數(shù)獲得了用離心機(jī)進(jìn)行分離廢棄泥漿的最佳工況：差轉(zhuǎn)速為15r/min，流量為8.5m3/h，轉(zhuǎn)速為1600r/min。
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