泥水盾构污泥中的重金属净化工艺——M-TRON系统

     

     

     

     

     

     

     

在含有自然重金属的地层中进行泥水盾构施工时，一般通过分级机分成砂和粉土、黏土（脱水污泥饼）。通常重金属会吸附在细粒土上，脱水污泥饼中含有大量的重金属，容易导致砷等重金属的溶出量超过环境标准。

为了解决这些污泥的排放问题，日本鹿岛建设于2013年开始研发一种利用铁粉吸附重金属砷后通过超导磁铁进行磁力分离的净化系统—— M-TRON系统 。

2017年，该系统分别获得“日本工程技术功劳奖”、“日本土木学会环境奖”。

     

     

     

     

     

     

M-TRON        

       

       

（铁粉净化分离系统）        

M-TRON系统是由铁粉混合罐和超导磁铁磁力分离装置组合而成的系统。        

使用铁粉的磁力分离系统的细节        

       

其运作原理是首先在铁粉混合罐中促进土粒子中所含的砷水中溶出，吸附在铁粉上再除去。然后通过磁力分离装置对泥水中含有的铁粉进行磁力回收，用于净化下一道工序输出的泥水中含有的砷。回收的铁粉可送回铁粉搅拌罐进行循环利用，直至吸附容量接近极限、性能下降为止。        

     

经过M-TRON系统净化处理后，基于环境保护相关条例对压滤后的脱水污泥饼的砷浓度进行分析，确认了脱水污泥饼砷浓度达到环境保护标准值（0.01mg/L），可作为普通建筑污泥处理。

砷净化的流程图

       

       

施工应用          

2018年12月，在茨城县的一项盾构直径2.3m、全长约1.7km的泥水盾构工程中进行了应用。该工程地层内含有天然砷重金属，因此考虑采用M-TRON系统。          

系统应用工程

使用铁粉的磁力分离系统实物

         

系统以最大流量以60 m ³ /h 运行，并根据盾构进度和掘进土质进行了流量控制。          

         

处理设备运作成果表          

运作时间 （月）	最大流量 （m 3 /h）	控制流量（黏土） （m 3 /h）	控制流量（砂） （m 3 /h）
8	60	10～20	30～40

工程中对脱水污泥饼中的砷含量进行了分析。          

         

脱水污泥饼的砷分析结果

相对于处理前的砷浓度0.042 mg/L，处理后砷浓度均有所下降，大多在标准值以内。超标的脱水污泥饼作为砷污染污泥运出。

当铁粉性能下降时更换铁粉，对已使用的铁粉通过X射线荧光分析测定了铁粉中砷的含量(mg/kg)。根据该测定值和铁粉使用量（400kg /次）计算出砷提取量（g），本工程累计回收了砷约700g。          

工程中的砷抽取量

         

另外，由于铁粉的更换频率相对于处理量大致均等，可见砷的溶出潜力很高。          

             

总结

最终，该盾构工程于2019年7月完成掘进，随后开通运营。施工中通过引入了M-TRON系统（铁粉净化分离系统），最终提取了700g的砷，并将总体污泥的92%作为普通建筑污泥进行了处理。

M-TRON系统于2013年进行开发， 2017年 获得 “日本工程技术功劳奖”、“日本土木学会环境奖”， 2019年实现隧道工程应用。除了盾构施工外，该系统还应用于人为产生重金属污染的土壤净化（包括细粒土在内的全部土壤进行净化）。

鹿岛建设目前正在研究 如何将 该技术应用于大直径盾构施工中的大量污染泥水净化。

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