大涌水炭質(zhì)板巖隧道廢水處理技術(shù)研究

佟洪廣

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，西安 710016）

隧道工程作為鐵路建設(shè)中的重要組成部分，其對線路截彎取直、縮短線路長度及減少土地占用等有著不可替代的作用。隧道工程對生態(tài)環(huán)境的影響主要發(fā)生在隧道的施工期，其重點影響因素主要為隧道廢渣和廢水。其中，隧道廢水對生態(tài)環(huán)境影響最直接、最迅速，尤為引起人們的重視[1]。

《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》已由中華人民共和國第十二屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第八次會議于2014年4月24日修訂通過，自2015年1月1日起施行，保護(hù)和改善環(huán)境已上升至法律層面。

大涌水炭質(zhì)板巖隧道施工廢水量大，水體色度、濁度超標(biāo)，直接排放會對周邊河流、農(nóng)田及生活用水造成污染。本文僅以隧道施工過程中產(chǎn)生的廢水為研究對象，通過現(xiàn)場踏勘、廢水取樣試驗等手段對廢水水質(zhì)、水量等進(jìn)行分析研究，結(jié)合大涌水炭質(zhì)板巖隧道施工生產(chǎn)實際，制定出一套行之有效的處理工藝流程，為此類隧道施工期廢水處理提供理論依據(jù)、解決思路，可供同仁借鑒參考。

1 工程概況

隧道全長2285 m，隧址區(qū)位于湘西山地，地勢陡緩多變，地貌主要為中低山和山間谷地，匯水面積大，地表水系呈網(wǎng)狀發(fā)育，水量較豐富。隧道分布粉質(zhì)板巖及條帶狀粉砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖等底層，其中出現(xiàn)大涌水地段為一處斷層破碎帶，現(xiàn)場開挖圍巖為炭質(zhì)板巖，坡度為-11.5‰，設(shè)計估算該段最大涌水量為1368 m3/d，現(xiàn)水流量13800 m3/d，月水量測試最高峰涌水量26000 m3/d，水質(zhì)渾濁，水體呈黑色，觀感極差。

隧道周邊水系較為發(fā)育，中小水系密布，隧道口前方大小塊農(nóng)田依地勢開墾。地表水較發(fā)育，水塘、水渠密布；地下水類型主要為孔隙潛水、巖溶裂隙水，受季節(jié)變化影響大。

2 廢水處理

2.1 試驗檢測

專業(yè)機(jī)構(gòu)取水樣進(jìn)行檢測，主要指標(biāo)如表1所示，按環(huán)評要求，隧道施工期廢水排放已超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)限值。

表1 施工期廢水水質(zhì)

2.2 處理方案

2.2.1 廢水處理站建設(shè)的必要性

原有的30 m×10 m×6 m的大型三級沉淀池，由于涌水量大，已不能滿足廢水凈化要求，需在原有廢水處理基礎(chǔ)上增建廢水處理站，對隧道施工期廢水進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)排放。

2.2.2 處理工藝

本隧道施工廢水主要超標(biāo)指標(biāo)為色度、濁度，核心處理工藝采用快速泥水分離自動過濾+二氧化氯消毒。助凝劑pH值調(diào)節(jié)劑一并投加。其廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程

2.2.3 處理參數(shù)

根據(jù)每天廢水量，考慮廢水量非均衡性，結(jié)合施工班制，處理規(guī)模按600 m3/h設(shè)計，消毒液投加量1 mg/L，混凝劑投加量25 mg/L，助凝劑投加量2 mg/L，調(diào)沉池停留時間1 h，設(shè)備工作時間24 h，運行9個月。

2.2.4 廢水、泥沙最終出路

隧道施工期排放的廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后就近排至附近河流。處理設(shè)施排放的泥砂，經(jīng)污泥干化場干化后與隧道棄渣一起填埋。

2.3 主要處理構(gòu)筑物和設(shè)備選型

2.3.1 預(yù)氧化調(diào)沉池

施工便道道路狹窄，拐彎半徑較小，多處架空電纜、電線，凈空有限，運輸不便。隧道附近設(shè)有拌和站1座，混凝土供應(yīng)方便，考慮到隧道施工期廢水處理為臨時工程，為節(jié)省時間、方便施工、減少占地，其預(yù)氧化調(diào)沉池采用片石混凝土砌筑，容積為650 m3，現(xiàn)場安排作業(yè)人員在隧道附近空地現(xiàn)場澆筑。

在池底設(shè)2臺移動式吸沙泵，其參數(shù)Q=10 m3/h，H=15 m，N=1.5 kW，定期將泥砂抽至干化場。在預(yù)氧化沉淀池前投加消毒液，考慮到原材料便于采購，采用300 g/h，N=6 kW電解法二氧化氯發(fā)生器2套，2臺同時工作，原料為食鹽。

2.3.2 提升泵

預(yù)氧化調(diào)沉池外就地安裝廢水提升泵，其主要作用就是將上層漿液通過提升泵進(jìn)入“快速泥水分離自動過濾設(shè)備”進(jìn)行過濾，進(jìn)一步泥水分離、過濾，使其出水濁度在10 mg/L以下。根據(jù)現(xiàn)場揚程、流量及功率實際需求，購置提升泵3臺（型號為IS200-150-250B，Q=346 m3/h，H=15 m，N=22 kW），2用1備。

2.3.3 快速泥水分離自動過濾設(shè)備

隧道廢水經(jīng)氧化調(diào)沉池沉淀，經(jīng)提升泵進(jìn)入快速泥水分離自動過濾設(shè)備，購置泥水Q=150 m3/h快速泥水分離自動過濾設(shè)備4套，滿足600 m3/h使用要求。獨立運行，自動反沖洗。排泥根據(jù)原水濁度，在運行中積累資料，確定排泥周期，繪制濁度-時間關(guān)系曲線，以確保其正常功能的發(fā)揮。

快速泥水分離自動過濾設(shè)備為鋼結(jié)構(gòu)，每套設(shè)備由快速泥水分離設(shè)備（2個外直徑φ=3.2 m，h=7.5 m鋼罐體）和自動過濾設(shè)備（2個外直徑φ=3 m，h=4.5 m鋼罐體）組成。因罐體自重較大，需對原有場地地基進(jìn)行處理，現(xiàn)場基礎(chǔ)采用C25混凝土基礎(chǔ)，厚0.5 m，高出設(shè)計地面0.1 m，處理后進(jìn)行檢算，檢算結(jié)果為地基承載力和抗傾覆能力滿足要求。

在快速泥水分離自動過濾系統(tǒng)前投加絮凝劑和助凝劑。隨著絮凝沉淀技術(shù)日益完善，開發(fā)的絮凝劑種類繁多，獨具特色的新產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)。凡是用來將水溶液中小的溶質(zhì)、膠體或是懸浮物顆粒變?yōu)樾鯛钗锍恋淼奈镔|(zhì)都叫絮凝劑，絮凝劑的選擇直接影響絮凝效果[2]。現(xiàn)場經(jīng)過對多種絮凝劑、助凝劑使用效果進(jìn)行比選，最后絮凝劑采用聚合氯化鋁，助凝劑采用PAM高分子助凝劑，投藥量按25 mg/L和2 mg/L操作，其投加量根據(jù)運行中水質(zhì)變化情況不斷調(diào)整。

2.3.4 污泥干化場

污泥干化場采用磚砌體，分兩格，輪換使用，定期分格清除沉泥。清除的沉泥及時外運與隧道棄渣一并填埋。干化場處設(shè)D×H=3 m×4 m鋼筋混凝土抽升井一座，內(nèi)安裝2臺潛污泵，潛污泵型號為：Q=10 m3/h，H=15 m，N=1.5 kW，一主一備，用以抽升干化場分離的泥水。泥水經(jīng)“抽升井”分離，留取上清液，重新進(jìn)入預(yù)氧化調(diào)沉池、提升泵、快速泥水分離自動過濾設(shè)備重復(fù)進(jìn)行處理，直至達(dá)標(biāo)。

2.3.5 其他

隧道廢水處理管和污泥回流管采用普通鋼管，給水管道采用PE管，消毒液管、投藥管采用ABS工程塑料管。

2.4 附屬設(shè)施

一是廢水處理站選址。廢水處理站擬選在攪拌站后面的空地處，可以節(jié)約成本，不用征地。二是投藥及消毒間。擬采用活動板房，面積115 m2，可直接購買，需考慮使用阻燃材料。三是圍擋設(shè)置。為保證設(shè)備安全，四周設(shè)3.0 m高磚砌圍墻，并設(shè)置防爬網(wǎng)和刺絲滾籠。四是設(shè)置值班室，由專人負(fù)責(zé)對出入人員進(jìn)行審查、登記。

2.5 電力

2.5.1 供電負(fù)荷分布及電源選擇

（1）供電負(fù)荷分布。廢水處理工程供電負(fù)荷主要包隧道廢水處理站內(nèi)的通信、給排水、空調(diào)通風(fēng)和室內(nèi)外照明等動力照明負(fù)荷。

（2）負(fù)荷等級及電源選擇。三級負(fù)荷包括廢水處理站內(nèi)給排水設(shè)備、暖通設(shè)備、室內(nèi)外照明等動力照明負(fù)荷。三級負(fù)荷提供一路電源。

2.5.2 供電原則及方案設(shè)計

（1）供電原則。采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的供電方案，由就近隧道施工電源供電。

（2）供電方案。由廢水處理站附近的拌和站接引一路220/380 V電源給廢水處理站內(nèi)各負(fù)荷供電。在廢水處理站值班室內(nèi)設(shè)總電源配電箱，各水泵附近設(shè)置就地控制箱。

2.5.3 主要設(shè)備選型

（1）電力線路。低壓電力線路采用全電纜線路。全部采用銅芯，低壓電纜采用聚氯乙烯絕緣電纜。

（2）配電箱、控制箱。室外配電箱、控制箱外殼均采用不銹鋼材質(zhì)，防護(hù)等級為IP65。

2.6 施工及運營注意事項

（1）廢水處理場地應(yīng)按設(shè)計標(biāo)高整平，要求設(shè)備基礎(chǔ)穩(wěn)固。處理構(gòu)筑物及管道布置根據(jù)現(xiàn)場實際地形地貌情況可適當(dāng)調(diào)整。設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)在設(shè)備到貨核對有關(guān)尺寸后再行施工，設(shè)備的安裝調(diào)試及運營管理應(yīng)嚴(yán)格按產(chǎn)品說明執(zhí)行?；炷齽┩都恿康倪x擇應(yīng)根據(jù)原水混凝沉淀試驗結(jié)果調(diào)整，其出水水質(zhì)必須達(dá)標(biāo)。

（2）運行期間注意加強(qiáng)管理和安全維護(hù)工作。廢水處理站建成投入使用后，應(yīng)設(shè)專職人員進(jìn)行管理和維護(hù)，以確保廢水處理設(shè)施的正常運轉(zhuǎn)。施工期間處理后的水質(zhì)需定期做水質(zhì)監(jiān)測化驗，如出現(xiàn)異常，現(xiàn)場需及時進(jìn)行相應(yīng)處理。投藥間、消毒間應(yīng)保證空氣對流，避免二氧化氯泄漏。

（3）消毒間、投藥間設(shè)備均需由設(shè)備供應(yīng)商負(fù)責(zé)安裝、調(diào)試，工作人員要經(jīng)設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行操作培訓(xùn)，熟練掌握。污泥干化場及廢水抽升井處附近有人員活動時，施工及運營期間應(yīng)注意宣傳告知，確保過往行人安全。在運行中積累資料，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

（4）二氧化氯能與許多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生爆炸性反應(yīng)，對熱、震動、撞擊和摩擦相當(dāng)敏感，極易分解發(fā)生爆炸，它具有很強(qiáng)的腐蝕性。在施工之前要做好作業(yè)人員的安全教育培訓(xùn)工作，配齊安全防護(hù)用品，加強(qiáng)通風(fēng)，確保作業(yè)人員安全。廢水處理系統(tǒng)用電量大，要安排專業(yè)電工定期對設(shè)備及線路進(jìn)行檢查，提前發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患。

3 結(jié)論

本隧道經(jīng)過鐵路建設(shè)者9個月的艱苦努力，順利通過斷層破碎帶，施工期廢水經(jīng)過一系列工藝處理，做到了達(dá)標(biāo)排放，未對周邊環(huán)境造成任何影響，贏得地方政府和百姓口碑，樹立了施工企業(yè)形象，也為子孫后代留下了綠水青山。

只考慮發(fā)展經(jīng)濟(jì)，不顧環(huán)境保護(hù)，以犧牲環(huán)境為代價去謀求經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是不可取的。塞罕壩兩代人近50年的艱苦奮斗，在極端困難的艱苦條件下，在140萬畝的總經(jīng)營面積上，成功營造了112萬畝人工林，創(chuàng)造了一個變荒原為林海、讓沙漠成綠洲的綠色奇跡，可破壞卻不用50年。同樣，施工企業(yè)要走可持續(xù)發(fā)展之路，文明施工、綠色施工，建造優(yōu)質(zhì)工程，更要綠色工程。