阅读说明：本技术 一种循环式建筑泥浆水力分离系统及方法 (Circulating type building slurry hydraulic separation system and method ) 是由 田亚洲 邹代灵 郑军涛 王璐 刘俊杰 秦洋 张鑫 贾超 靳家麒 胡年峰 刘翻 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及泥砂分离领域,本发明公开一种循环式建筑泥浆水力分离系统及方法,本系统包括水力分离装置和滤水装置；所述水力分离装置包括砂石分离组件和离心筛砂组件,所述砂石分离组件用于将石块从细砂和泥中分选出来,所述离心筛砂组件用于将所述细砂和泥进一步清洗并排出外运；所述滤水装置与所述离心筛砂组件通过溢流管相连通,所述滤水装置用于对所述离心筛砂组件的泥浆水进行过滤,将泥和水分离。通过本系统以及利用本系统的方法能够实现将建筑泥砂初始集料分别分成石块、砂、泥和水,实现了各组分的利用,降低建筑工程对砂石的消耗量,成砂和清水进行回收利用,降低能源消耗、提高环保效率。(The invention relates to the field of mud-sand separation, and discloses a circulating building mud hydraulic separation system and a method, wherein the system comprises a hydraulic separation device and a water filtering device; the hydraulic separation device comprises a sand-stone separation component and a centrifugal sand screening component, wherein the sand-stone separation component is used for separating stones from fine sand and mud, and the centrifugal sand screening component is used for further cleaning the fine sand and mud and discharging the fine sand and mud for outward transportation; the water filtering device is communicated with the centrifugal screen sand component through an overflow pipe, and is used for filtering muddy water of the centrifugal screen sand component to separate mud from water. The system and the method utilizing the system can realize that the building silt initial aggregate is respectively divided into stone, sand, mud and water, realize the utilization of each component, reduce the consumption of sandstone in the building engineering, recycle the finished sand and clean water, reduce the energy consumption and improve the environmental protection efficiency.)

一种循环式建筑泥浆水力分离系统及方法

技术领域

本发明涉及泥砂分离领域，特别涉及一种循环式建筑泥浆水力分离系统及方法。

背景技术

近年来钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用，但钻孔灌注桩是产生泥浆最多、造成环境污染最严重的桩基施工工序，泥浆数量一般为钻孔桩体积的三倍到五倍之间，废弃泥浆的处理一直是困扰钻孔灌注桩施工的难题，目前普遍采用的处理方式大多是直接外运排放，任其自然干化；如果工程施工地区的土质中含有充足的砂土，钻孔灌注桩后会携带大量泥砂。

现有泥砂分离器存在投入成本高，设备耗电量大，现场放置困难，设备出现故障维修困难等问题。及如何保护环境、减少占用耕地、保证施工进度、降低泥浆处理成本又能变废为宝，将泥浆中的泥砂分离出来有效的利用，冲洗返排泥浆的绿色循环综合利用技术研究，尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述投入成本高，设备耗电量大，现场布置困难的不足，提供一种循环式建筑泥浆水力分离系统及方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种循环式建筑泥浆水力分离系统，包括水力分离装置和滤水装置；

所述水力分离装置包括砂石分离组件和离心筛砂组件，所述砂石分离组件用于将石块从细砂和泥中分选出来，所述离心筛砂组件用于将所述细砂和泥进一步清洗并排出外运；

所述滤水装置与所述离心筛砂组件通过溢流管相连通，所述滤水装置用于对所述离心筛砂组件的泥浆水进行过滤，将泥和水分离。

建筑过程中的初始泥砂集料，通过砂石分离组件，将粗砂和细砂分离，通过离心筛砂组件将细砂清洗后，从泥浆水中分选出来可进行出售或自用；泥浆水通过溢流管汇入滤水池中，通过多阶沉泥台和多个过滤层的过滤最后从排水口排出的清水可接入建筑板房卫生间便池排水系统或者工业用水系统避免水源的浪费。钻孔灌注过程中产生的砂石通过多层分选实现重新利用，减少了占用耕地，更加经济环保。

作为本发明的优选方案，所述砂石分离组件包括第一壳体、倾斜板、冲洗槽、初筛网和喷水管，所述倾斜板设于所述第一壳体内，所述倾斜板较低的一侧设有冲洗槽，所述倾斜板与所述冲洗槽相接，所述冲洗槽底部设有初筛网，所述喷水管设于所述第一壳体上部，所述喷水管用于对倾斜板上的初始集料进行冲洗；

所述离心筛砂组件包括第二壳体和筛砂组件，所述第二壳体和所述第一壳体相邻设置，所述冲洗槽下方与所述第二壳体相连通，所述第二壳体内部设有筛砂组件，所述筛砂组件包括叶轮，所述叶轮上设有转轴，所述转轴横向设置且两端分别与所述第二壳体侧壁固定连接，所述叶轮上设有铲砂斗，所述铲砂斗用于对进入所述第二壳体的砂进行清洗分离。

其中，所述第一壳体的侧壁上设有第一出料口，所述初筛网倾斜设置，所述第一出料口与所述初筛网的上部空间相连通。通过砂石分离组件中的初筛网的分选，将较大块的石块等从第一壳体外壁的出料口排出，初筛网倾斜设置能够使石块通过自身的重力滚落出出料口，避免石块堆积在初筛网上影响筛选效果。

所述第一壳体上还进一步设有平台，所述平台通过支撑条固定在所述第一壳体上方，所述平台四周设有防护栏，所述平台一侧设有爬梯，工作人员可以通过爬梯至平台上操作高压水管进行初始集料的筛选，灵活变换角度对初始集料进行冲刷。

在第一壳体的倾斜板的底部设有加强条，所述加强条设于所述倾斜板和所述第一壳体之间，所述加强条用于对倾斜板加固，加强条的设置使倾斜板更加牢固。

叶轮与所述转轴之间设有轴承，所述转轴的两端通过支撑立柱固定在第二壳体内部，所述叶轮的外环与所述轴承之间通过多条辐条相连，通过辐条连接铲砂斗，降低转速同时提高输出扭矩，使叶轮的转速适中。

支撑立柱下端固定在第二壳体底座上，且支撑立柱的上端固定驱动机构；所述的驱动机构的一端转动连接转轴；且转轴的两端转动连接轴承；所述的轴承连接辐条支架，且辐条支架连接铲砂斗和隔板；所述的叶轮通过支撑立柱固定在第二壳体顶端的中部，且驱动机构的减速机的一端转动连接叶轮的转轴，并能带动叶轮在支撑立柱之间转动。

叶轮上设有并列的两排铲砂斗，两排所述铲砂斗交错设置，且通过隔板间隔和错缝设置，增大作业面积，提供铲砂效率。

作为本发明的优选方案，所述第二壳体上还设有第二出料口，所述第二出料口靠近所述铲砂斗的出料端，所述皮带式卷扬机与所述第二出料口的位置相对应。

作为本发明的优选方案，所述滤水装置包括池体、过滤层、液面传感器、轴流风机和沉泥台，所述池体底部为斜坡，位于坡顶一侧的池体侧壁设有进水口，位于坡底一侧的池体侧壁设有排水口；

其中，所述池体底部斜坡的坡度为8％～12％，通过平缓的坡度设置可以使滤水池中的水从进水口向排水口方向流动。

所述斜坡上设有多阶沉泥台，所述沉泥台上设有至少一个过滤层，所述进水口和所述排水口分别位于所述过滤层的两侧，所述池体上部靠近所述进水口的一侧设有液面传感器和轴流风机，所述液面传感器用于检测所述池体内泥浆水的高度，所述轴流风机用于使进入池体的泥浆水向下台阶方向传递振动波。

具体的，每阶所述沉泥台的高度为6-10cm，沉泥台的设置一方面有助于泥浆水中的泥有沉降的平台，另一方面还可以降低进入滤水池中的泥浆水流冲击力以及防止泥砂堆积在一起。

作为本发明的优选方案，所述滤水装置还包括控制器，所述液面传感器和所述气流波动器分别与所述控制器电性连接。当滤水池内的水位超过液面传感器设置的位置时，液面传感器将发送电信号给控制器，控制器将控制溢流管上的进水阀关闭。

作为本发明的优选方案，所述过滤层包括孔径依次缩小的第一过滤板、第二过滤板和第三过滤板，所述第一过滤板、第二过滤板和第三过滤板按照从所述进水口到所述排水口的方向依次设置，所述过滤层均向排水口一侧的池体内壁倾斜。

所述过滤层均具为金属材质，第一过滤板的孔径为1.5±0.15mm左右，第二过滤板的孔径为1.0±0.2mm左右，第三过滤板的孔径为0.5±0.2mm左右，并分别安放在中间几阶沉泥台上，通过不同孔径的过滤层的筛选，进行泥砂颗粒分级，使不同粒径区间的泥砂颗粒区隔开，防止金属筛网被不同粒径的泥砂颗粒堵塞，提高透水性。

作为本发明的优选方案，所述进水口和所述排水口分别设于所述池体相对的两个侧壁，且所述进水口与所述排水口位于对角线方向。对角线的设计，使泥浆水在池体中产生存在密度差的异重流，从而提高沉淀效率，避免池底泥砂不均匀堆积，减小筛网负担。

作为本发明的优选方案，所述分离系统还包括传送装置，所述传送装置为皮带式卷扬机。

一种循环式建筑泥浆水力分离方法，包括以下步骤：

S1：砂和石块的筛选，利用砂石分离组件将初始建筑集料中的石块筛选出来，剩下的砂进入离心筛砂组件；

S2：砂的清洗分离，在所述离心筛砂组件对砂进行清洗，通过叶轮输送到传送组外运；清洗后的泥浆水通过溢流管进入滤水装置；

S3：泥浆水的处理，将进入滤水装置中的泥浆水进行过滤，使泥浆在沉泥台积聚、吸附，最终得到过滤水；

S4：泥浆的回用，对所述沉泥台上的泥浆风干得到干燥的泥；

所述S1中，砂石分离组件的倾斜板的倾斜角度为5-20°，所述砂石分离组件的初筛网的的倾斜角度为20-40°。

初始建筑集料先经砂石分离组件分离，除去混杂的粗集料石块等，离心筛砂组件进一步的对砂进行清洗，并分离回收利用，剩下的泥浆水经过滤，分离出泥浆膏体可进一步利用，过滤的清水也能进一步循环使用，通过该方法，将初始建筑集料筛分成三种物料分别利用，清洗用水也进一步循环回用，做到泥砂的绿色循环综合利用。调整倾斜板与初筛网的倾斜角度，两者形成一定的配合，使进入砂石分离组件的初始建筑集料中泥砂和石先在倾斜板上进行一定的分离，然后进入初筛网的泥砂筛动下进入初筛网下部，石块被阻挡在初筛网之上并滚落至砂石分离组件外部。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1：本方法可实现对钻孔灌注桩产生的废弃泥浆的冲洗分离，实现泥砂的绿色循环综合利用，本发明整体结构简单，能够避免出现环境污染等现象。

2：倾斜板、初筛网及水流喷管之间的配合，实现了泥砂和石块的快速分离，避免集料堵塞筛网。

3：叶轮在离心筛砂水槽中转动，使离心筛砂水槽内的水处于波动中，清洗泥砂，使较轻的泥土微粒随着水流上涌浮在水层上部，而砂则沉淀在离心筛砂水槽底部。

4：本系统成功地解决了传统泥浆处理工艺造成的环境污染问题，可以降低建筑工程对砂石的消耗量。

5：本发明实现了对分离出来的成砂和清水进行回收利用，降低能源消耗、提高环保效率。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的水力分离装置的结构示意图；

图3为本发明的水力分离装置的俯视结构示意图；

图4为本发明的水力分离装置的后视结构示意图；

图5为本发明的滤水装置的结构示意图；

图6为本发明的滤水装置的俯视结构示意图；

图中标记：1-水力分离装置，2-滤水装置，3-传送装置，4-砂石分离组件，5-离心筛砂组件，6-溢流管，7-第一壳体，8-倾斜板，9-冲洗槽，10-初筛网，11-喷水管，12-第二壳体，13-叶轮，14-转轴，15-轴承，16-铲砂斗，17-第一出料口，18-平台，19-支撑条，20-防护栏，21-爬梯，22-加强条，23-辐条，24-第二出料口，25-池体，26-过滤层，27-液面传感器，28-轴流风机，29-沉泥台，30-进水口，31-排水口，32-斜坡，33-第一过滤板，34-第二过滤板，35-第三过滤板，36-控制器，37-进水阀。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种循环式建筑泥浆水力分离系统，如图1所示，包括水力分离装置1和滤水装置2；

所述水力分离装置1包括砂石分离组件4和离心筛砂组件5，所述砂石分离组件4用于将石块从细砂和泥中分选出来，所述离心筛砂组件5用于将所述细砂和泥进一步清洗并排出外运；

所述滤水装置2与所述离心筛砂组件5通过溢流管6相连通，所述滤水装置2用于对所述离心筛砂组件5的泥浆水进行过滤，将泥和水分离。

具体的，还包括传送装置3，所述传送装置3为皮带式卷扬机，其型号为JK 5.0T。

具体的，如图2-3所示，所述砂石分离组件4包括第一壳体7、倾斜板8、冲洗槽9、初筛网10和喷水管11，所述倾斜板8设于所述第一壳体7内，其中，在第一壳体7的倾斜板8的底部设有加强条22，所述加强条22设于所述倾斜板8和所述第一壳体7之间，所述加强条22用于对倾斜板8加固，加强条22的设置使倾斜板8更加牢固；所述倾斜板8较低的一侧设有冲洗槽9，所述倾斜板8与所述冲洗槽9相接，所述冲洗槽9底部设有初筛网10，所述喷水管11设于所述第一壳体7上部用于对倾斜板8上的初始集料进行冲洗；具体的，如图4所示，所述第一壳体7的侧壁上设有第一出料口17，所述初筛网10倾斜设置，所述第一出料口17与所述初筛网10的上部空间相连通。通过砂石分离组件4中的初筛网10的分选，将较大块的石块等从第一壳体7侧壁的第一出料口17排出，初筛网10倾斜设置能够使石块通过自身的重力滚落出第一出料口17，避免石块堆积在初筛网10上影响筛选效果。所述第一壳体7上还进一步设有平台18，所述平台18通过支撑条19固定在所述第一壳体7上方，所述平台18四周设有防护栏20，所述平台18一侧设有爬梯21，工作人员可以通过爬梯21至平台18上操作喷水管11进行初始集料的筛选，灵活变换角度对初始集料进行冲刷。

如图2-4所示，所述离心筛砂组件5包括第二壳体12和筛砂组件，所述第二壳体12和所述第一壳体7相邻设置，所述冲洗槽9下方与所述第二壳体12相连通，所述第二壳体12内部设有筛砂组件，所述筛砂组件包括叶轮13，所述叶轮13上设有转轴14，所述转轴14横向设置且两端分别与所述第二壳体12侧壁固定连接，所述叶轮13上设有铲砂斗16，所述铲砂斗16用于对进入所述第二壳体12的砂进行清洗分离。其中，叶轮13与所述转轴14之间设有轴承15，所述转轴14的两端通过支撑立柱固定在第二壳体12内部，所述叶轮13的外环与所述轴承15之间通过多条辐条23相连，通过辐条23连接铲砂斗16，在降低转速同时提高输出扭矩，使叶轮13的转速适中；叶轮13上设有并列的两排铲砂斗16，两排所述铲砂斗16交错设置，且通过隔板间隔和错缝设置，增大作业面积，提供铲砂效率。

所述第二壳体12上还设有第二出料口24，所述第二出料口24靠近所述铲砂斗16的出料端，所述皮带式卷扬机3与所述第二出料口24的位置相对应。

具体的，如图5所示，所述滤水装置2包括池体25、过滤层26、液面传感器27、轴流风机28和沉泥台29，所述池体25底部为斜坡32，位于坡顶一侧的池体25侧壁设有进水口30，位于坡底一侧的池体侧壁设有排水口31；

所述斜坡32上设有多阶沉泥台29，所述沉泥台29上设有三个过滤层26，其中，所述过滤层26包括孔径依次缩小的第一过滤板33、第二过滤板34和第三过滤板35，所述第一过滤板33、第二过滤板34和第三过滤板35按照从所述进水口30到所述排水口31的方向依次设置，所述过滤层26均向排水口31一侧的池体25侧壁倾斜。其中，所述池体25底部斜坡32的坡度为8％～12％，通过平缓的坡度设置可以使滤水池中的水从进水口30向排水口31方向流动。每阶所述沉泥台29的高度为6-10cm，沉泥台29的设置一方面有助于泥浆水中的泥有沉降的平台，另一方面还可以降低进入滤水池中的泥浆水流冲击力以及防止泥砂堆积在一起。

所述池体上部靠近所述进水口的一侧设有液面传感器27和轴流风机28，所述液面传感器27用于检测所述池体内泥浆水的高度，具体的，液面传感器27的型号均为M16，所述轴流风机28用于使进入池体25的泥浆水向下台阶方向传递振动波，其中，所述轴流风机28的功率为：500W；风流量：2000-4000m3/h；转速：1400rpm；全压：60pa。

所述滤水装置2还包括控制器36，所述液面传感器27和所述气流波动器28分别与所述控制器36电性连接。当滤水池内的水位超过液面传感器27设置的位置时，液面传感器27将发送电信号给控制器36，控制器36将发出信号控制溢流管6上的进水阀37关闭。

如图6所示，所述进水口30和所述排水口31分别设于所述池体25相对的两个侧壁，且所述进水口30与所述排水口31位于对角线方向。对角线的设计，使泥浆水在池体中产生存在密度差的异重流，从而提高沉淀效率，避免池底泥砂不均匀堆积，减小筛网负担。

实施例2

本发明提供一种循环式建筑泥浆水力分离方法，包括以下步骤：

S1：砂和石块的筛选，利用砂石分离组件将初始建筑集料中的石块筛选出来，剩下的砂进入离心筛砂组件；

S2：砂的清洗分离，在所述离心筛砂组件对砂进行清洗，通过叶轮输送到传送组外运；清洗后的泥浆水通过溢流管进入滤水装置；

S3：泥浆水的处理，将进入滤水装置中的泥浆水进行过滤，使泥浆在沉泥台积聚、吸附，最终得到过滤水；

S4：泥浆的回用，对所述沉泥台上的泥浆风干得到干燥的泥

所述S1中，砂石分离组件的倾斜板的倾斜角度为5-20°，所述砂石分离组件的初筛网的的倾斜角度为20-40°。

在应用上述建筑泥浆水力分离方法的过程中发现，砂石分离组件的倾斜板和初筛网的倾斜角度对初始建筑集料的分离效果具有很大的影响，为了使初始建筑集料中的泥砂和石块最大化的在倾斜板上进行一定的分离，进行了四组梯度实验，分别设置5°、10°、15°、20°四组不同的倾斜板坡度，对同一批次的初始建筑集料进行分离实验，其中，每组初始建筑集料的量均为200千克，水流喷管的流量为330L/min，实验结果如下表所示：

表1.1实施例2各实验组的实验数据汇总表

	实验组1-1	实验组1-2	实验组1-3	实验组1-4
					倾斜板坡度	5°	10°	15°	20°
初筛网坡度	35°	35°	35°	35°
					分离效果	5％的分离	30％的分离	40％的分离	10％的分离
初筛网堆积量	堆积严重	轻微堆积	轻微堆积	堆积严重
					分离时间	5min	3min	2.5min	4.5min
耗水量	1650L	990L	825L	1485L

通过改变不同的倾斜板坡度发现，当倾斜板倾斜度度为10-12°时，初筛网的堆积量比较适中，用时较短，消耗的清水的量最少。

实施例3

在实施例2的基础上，为了能够进一步优化泥砂和石块的分离效果，调整初筛网的倾斜角度，进行了四组梯度实验，分别设置20°、30°、35°、40°四组不同的初筛网坡度，对同一批次的初始建筑集料进行分离实验，其中，设置倾斜板的坡度为12°，每组初始建筑集料的量均为200千克，水流喷管的流量为330L/min，实验结果如下表所示：

表2.1实施例3各实验组的实验数据汇总表

	实验组2-1	实验组2-2	实验组2-3	实验组2-4
					倾斜板坡度	12°	12°	12°	12°
初筛网坡度	20°	30°	35°	40°
					初筛网堆积量	堆积严重	轻微堆积	轻微堆积	堆积严重
分离时间	4min	2.5min	2.0min	4.5min
					耗水量	1320L	825L	660L	1485L

实验表明，当倾斜板的角度一定时，初筛网坡度较低时，石块和泥砂重新在初筛网进行堆积，石块从初筛网滚落速度较慢，泥砂筛出时间较长，当初筛网较陡时，泥砂容易随石块从初筛网的高出向低处滚落，造成初筛网低处堆积严重，出现泥砂伴随石块排出的现象，造成泥砂的浪费，同时水流冲洗时间较长，耗水量较严重。当初筛网的倾斜角度在30-35°左右的时候，泥砂和石块的分离效果最好。

实施例4

由于初筛网的孔径大小对初始建筑集料分离效果也具有一定的影响，为了适应普遍的初始建筑集料，在上述实施例2和实施例3的基础上，对初筛网的孔径大小做了进一步的研究。分别设置1cm*1cm、1cm*3cm、1cm*4cm、1cm*5cm、1cm*7cm四组不同的孔径大小，对同一批次的初始建筑集料进行分离实验，其中，设置倾斜板的坡度为12°，初筛网的坡度为32°，每组初始建筑集料的量均为200千克，水流喷管的流量为330L/min，实验结果如下表所示：

表3.1实施例4各实验组的实验数据汇总表

由上述数据可以看出，孔径越大，耗水量越低，但分离效果不理想，分离出的泥砂中，石粒量较多，造成后续泥砂清洗及石块分离的工作量增大，孔径越小，分离效果越好，但需要的耗水量严重，不太可取，孔径控制在4-5cm²时，耗水量得到控制的同时，筛分效果最优，泥砂中含石块在一定范围内，整体投入的成本最低。

所以，通过调整砂石分离组件中各部分的参数，能够使泥砂和石块在分离过程中，实现耗时短，效率高的效果，极大的节省了泥砂处理成本，做到了废物利用，后面工序中清洗的砂还可以进一步的作为精砂出售。整体估算后得出在对900Kg的初始建筑集料进行处理过程中，控制倾斜板的坡度为12°，初筛网的坡度为32°，初筛网孔径为1cm*4.5cm，在砂石分离组件处耗时2.1min，分离出的砂中石块含量为2％左右，回收的砂重量为580kg，石块重量为20kg，消耗的水量为900L。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。