渣場建設中厚淤泥固化技術的應用

劉化江，伍福然，龐欣榮

(廣西冶金研究院， 廣西 南寧 530023)

0 引 言

淤泥是一種由粘土礦物等細微顆粒在粒間靜電力和分子引力的作用下，在河流、湖泊或海洋地區等緩慢的流水環境中沉積所形成的絮狀和蜂窩狀結構物。同時淤泥也是一種含水率很高的工程垃圾土，其含水率為液限含水率的1.2～2.0倍，為流動狀態，強度極低，不能直接被工程所用；由于顆粒細小，粘粒和有機質含量高，滲透系數非常低，很難通過脫水固結的方法提高其強度[1]。

為了治理淤泥問題研究出了一種淤泥固化技術，即向淤泥中摻入固化劑使之發生反應并短時間內使固化淤泥的土工力學性能得到大幅提高的技術[2]。目前固化技術在國內外已大量運用于基礎工程、道路工程、水利工程以及垃圾固化等方面[3]。應用于堆渣場底部厚淤泥治理尚無文獻介紹，本文對此進行了一些探索研究。

1 工程概況

某電解鎳廢渣場共分3個部分，自西向東依次為：1號渣場、2號渣場和3號渣場，渣場平面布置如圖1所示。1號渣場最終堆積標高約+60 m，3號渣場最終堆積標高約+40 m；2號渣場已筑壩兩座，原為泥塘，未有堆渣，其淤泥主要因1號渣場和3號渣場的廢渣滲濾液均流入該泥塘，并在此經沉淀后外排至場外集水池所致。

為了電解鎳冶煉廠持續產出的廢渣有場地進行堆放，現將泥塘改為2號渣場進行堆渣，泥塘內的水經抽干后發現塘底淤泥厚約4～6 m，且淤泥部分表面有深約1 m的積水。2號渣場內的淤泥分布情況見圖2。

圖1 渣場平面布置

圖2 2號渣場內淤泥分布情況

2號渣場底部淤泥較厚且量大，據估算約有10萬m3，其淤泥具有粒徑小、含水量大、分布面積廣且流動性大等特征，同時原泥塘部分水由電解冶煉廠排入，雖然所排放的固體廢物滲濾水已達《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)，但淤泥中仍含有一定的毒害元素。由于2號渣場底部厚淤泥的存在以及其中所含的毒害成分，在2號渣場進行堆渣必須要對其底部的厚淤泥進行相應的處理。

2 厚淤泥處理技術

2.1 常見的淤泥處理方法

國內外常見的淤泥處理方法主要有脫水、熱處理以及固化處理等[1]。

(1) 脫水處理。通過自然晾曬、機械脫水等物理方法減少淤泥中多余的水分以提高其土工性質。自然晾曬主要適用于少量淤泥處理的情況，經濟性好，但受場地和日照等因素影響較大。機械脫水法國外應用較多，多為工廠固定式處理，投資成本較高，但脫水效率低，為滿足工程要求一般需進行二次處理。

(2) 熱處理。通過高溫燒結或熔融的方法將淤泥中粘土粒燒制成磚瓦作為建材使用，可以燒制成陶粒作為凈化水的填料，同時也可以和鐵粉以及石灰石一起制成硅酸鹽水泥。淤泥熱處理產品附加值高，但需要大型固定式的處理工廠，而且其處理能力有限，不適合大量淤泥短時間處理的情況。

(3) 固化處理。通過向淤泥中摻入固化材料，經攪拌、養護使之與水和淤泥發生一系列的物化反應，固化后的淤泥其強度和穩定性都得到大幅提高。

2.2 渣場淤泥處理方法的選取

由于2號場地淤泥具有層厚、量大、分布面積廣、含水量高、流動性大等特點，如果對2號場直接進行堆渣，淤泥因強度極低而毫無承載力，隨著尾渣不斷堆放，淤泥必會上浮流動，將給初期壩及其下游建構物和人員造成較大的安全隱患，同時也會造成不能運輸排渣和布設排水構筑物困難等問題，最后導致廢渣無處堆放進而影響電解鎳冶煉的正常生產。

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由于電鎳冶煉企業具有連續生產的特點，以及目前并無其它場地來堆放不斷產出的廢渣，同時2號場內淤泥取出后也無場地進行處理等緊迫性問題，所以在處理2號場內淤泥問題時應選用一種處理時間短、對生產影響小、工藝簡單而又切合現場實際的處理方式。

基于固化處理主要特點：

(1)經水化作用后淤泥中含水量有效降低；

(2)將污染物包裹在淤泥固化土中，使其不易溶出擴散；

(3)可將大量淤泥短時間內轉化為工程用土；

(4)不同固化材料的配比其固化淤泥的性質不同，可滿足不同的工程要求。

綜合比較后選擇對該泥塘厚淤泥進行固化處理。

2.3 淤泥固化劑及其摻入比

由于不同地區的淤泥成分以及含水量各有不同，所以2號渣場淤泥的固化劑配比應根據實驗進行分析確定，其主要程序如下：

(1) 測定場底淤泥的含水量、粘土成分和有機質含量。

(2) 配制固化劑：考慮到固化劑獲取的難易程度，固化劑的主要成分為水泥和石灰，水泥與石灰的重量比為1∶1～4∶1；廢石膏用作減水劑，為水泥和石灰質量之和的1%～8%；粉砂或粉煤灰作為膠結料(骨料)，用量為水泥和石灰質量之和的3%～5%。

(3) 確定固化劑的摻入比：固化劑的摻入比一般控制在5%～20%，即在淤泥中分別摻入：5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%的固化劑，分別進行制樣，測定凝固時間，并測定養護7、14 d和28 d的無側限抗壓強度，按最優性價比最終確定固化劑的摻入比。

(4) 渣場進行淤泥固化施工之前一定要進行固化配比實驗，找出不同養護齡期的固化劑的最佳摻入比，使之得到最優固化效果。

(5) 渣場淤泥固化施工：采用噴漿機將配制好的固化材料噴射到淤泥內進行攪拌固化處理。

2.4 渣場淤泥固化施工

(1) 施工工序。2號渣場總體采用固化方法對淤泥進行處理，其工序為：三面圍攏堆渣縮小淤泥范圍→淤泥滲濾脫水→拌合固化材料→噴漿注射固化材料→攪拌均勻→淤泥固化養護→固化淤泥之上堆渣。

(2) 施工機械。施工機械設備選用攪拌固化材料的單軸攪拌機、固化材料自動供給機、空壓機、噴漿機、淤泥固化攪拌機。噴射槍由長鋼管制作而成，一端用軟管與噴漿機相連接，另一端封閉，并在鋼管上鉆鑿不規律分布的6個直徑Φ20 mm的圓孔作注射孔。

(3) 施工工藝。為了2號場地初期壩體及其下游生產設施的安全，由初期壩側以堆積壩形式來堆放廢渣，當堆積壩高出初期壩體約4 m左右時，再從2號場地北側、東側及初期壩體側三面開始向渣場內堆渣，將渣場底部淤泥趕往渣場西側滲濾井處(每隔3 m垂距在淤泥中設一層滲濾管網)，使得堆渣坡度為周圍高中間低，以利于渣場中廢水滲入滲濾井由深井潛水泵排出，待淤泥面積縮小到一定范圍以及淤泥中的水滲濾脫水到一定程度后，向淤泥中噴射固化材料并用攪拌機攪拌均勻，使固化材料和淤泥進行充分混合，最后讓淤泥凝結固化并進行養護處理。

3 討 論

在目前的淤泥處理方式中，一般將淤泥進行疏浚再添加固化劑進行攪拌固化處理，但2號渣場因限于場地、時間等因素采用了場底淤泥就地噴漿固化處理。現就渣場淤泥固化處理施工中的某些做法進行分析探討。

(1) 如何向淤泥中準確噴射入最佳配比的固化材料。因渣場淤泥數量一定，只需均勻向淤泥中噴射入其總重量最佳摻入比的固化劑即可。但淤泥數量估算必然存有誤差，且考慮到噴射攪拌施工時的不均勻性，為得到更好的固化效果，可在施工中噴入大于最佳摻入比2%～3%的固化劑。

(2) 淤泥固化施工中的噴射攪拌問題。由于噴射孔不規則分布，且噴射壓力較大，淤泥噴射過程中反復旋轉噴射已使得固化材料噴射得很均勻，但為了得到最佳固化效果，還應使用攪拌機械進行深層、均勻攪拌。

4 結 論

2號渣場淤泥量約10萬 m3，與清淤并運至別處存放相比，固化處理每立方米淤泥可節省資金約6.5元，共節省65萬資金，此外還可解決因存放淤泥產生的場地費以及環保費等。由于淤泥固化具有用時短、工藝簡單、邊堆渣邊固化等優點，對渣場堆渣和電解鎳冶煉的正常生產影響不大。

渣場底部厚淤泥的就地固化處理，不僅可以節省大量的清淤、運輸費用，而且也解決了淤泥存放場地的問題，又可以將淤泥中的有害成分固結在場底固化層中使其不易溶出，同時固化淤泥的低滲透性還可降低上部廢渣的滲濾水對地下水源的潛在污染危害。綜上所述，淤泥固化處理其經濟效益和環保效益明顯。

參考文獻：

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