建筑工程廢水的處理與利用

李合亮 LI He-liang

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，天津300133）

0 引言

隨著新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)，建筑行業(yè)產(chǎn)生了大量的污染物。特別是在地質(zhì)沖孔施工過(guò)程中產(chǎn)生大量的含各類(lèi)雜質(zhì)的廢水，在載體樁基施工過(guò)程中，由于降水也會(huì)產(chǎn)生大量的含鐵、錳等雜質(zhì)的地下水，不經(jīng)處理直接排入河道，鐵、錳是人體所必需的微量元素，但是攝入過(guò)量的鐵、錳會(huì)引起中毒，誘導(dǎo)疾病發(fā)生。為避免鐵錳攝入過(guò)量而引發(fā)疾病，針對(duì)廢水中鐵、錳的含量我國(guó)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)[《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB15749-2006）]，該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定鐵含量≤0.3㎎/L，錳含量≤0.1㎎/L。此外還有混凝土澆灌、混凝土養(yǎng)護(hù)、車(chē)輛沖洗等產(chǎn)生的廢水，這些混合有地質(zhì)層雜質(zhì)的廢水較為零散，不便集中處理，基本上是直接排放。

近幾年綠色建筑理念的提出，一些建筑公司和科研機(jī)構(gòu)在此方面也正在進(jìn)行探索和研究，建筑工程廢水污染問(wèn)題得到了一定的改善。現(xiàn)有技術(shù)多采用帶溢流堰的沉降池進(jìn)行澄清后排放，這樣的操作模式多為單元沉降，需要建多個(gè)大容量的沉降池用于廢水處理，投資高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行周期短，而且施工完成后需要將沉降池拆除，耗資巨大，處理效果差，廢水沉降時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法循環(huán)利用，不但達(dá)不到了環(huán)保排放的要求，而且水資源利用率低。也有一些技術(shù)采用多級(jí)加藥處理工藝，處理工藝過(guò)剩、運(yùn)行成本高、經(jīng)濟(jì)性差，需要人工現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，難以進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

1 建筑工程廢水的處理工藝

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用存在的投資高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理工藝過(guò)剩、占地面積大、穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行周期短、運(yùn)行成本高、經(jīng)濟(jì)性差、能耗大、運(yùn)行負(fù)荷不均勻、水資源利用率低等問(wèn)題，本建筑工程廢水處理裝置具有工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定可靠、社會(huì)效益好、水資源利用率高等特點(diǎn)。

1.1 工藝流程

工藝流程示意圖如圖1。

圖1 工藝流程示意圖

1.1.1 進(jìn)出水 建筑工程所產(chǎn)生的廢水通過(guò)收集管網(wǎng)匯集到曝氣收集池中經(jīng)曝氣后進(jìn)入沉淀池，廢水中大顆粒雜質(zhì)在沉淀池中后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，然后通過(guò)進(jìn)水泵送入壓力處理器，經(jīng)壓力處理器處理后的清水進(jìn)入清水池，然后再通過(guò)清水泵經(jīng)清水管網(wǎng)送到指定的用水點(diǎn)。

1.1.2 沖洗 當(dāng)壓力處理器出水水質(zhì)和內(nèi)部阻力超過(guò)規(guī)定時(shí)，開(kāi)啟沖洗泵，對(duì)壓力處理器進(jìn)行沖洗，清除吸附在壓力處理器內(nèi)部的雜質(zhì)，沖洗水是利用清水池的清水。壓力處理器通過(guò)定期沖洗可實(shí)現(xiàn)再生，壓力處理器的運(yùn)行—沖洗—運(yùn)行等過(guò)程通過(guò)開(kāi)關(guān)相關(guān)閥門(mén)來(lái)完成。

1.1.3 沖洗排液 壓力處理器沖洗產(chǎn)生的排液進(jìn)入洗液收集池，經(jīng)沉淀后，上部清液回流至曝氣收集池重新進(jìn)入流程處理；底部污泥與沉淀池底部污泥經(jīng)脫水后送至指定場(chǎng)所。

1.1.4 曝氣 用曝氣風(fēng)機(jī)對(duì)進(jìn)入曝氣收集中的建筑工程廢水進(jìn)行曝氣充氧。

1.1.5 控制功能 本工藝系統(tǒng)根據(jù)壓力處理器的高壓、低壓，曝氣收集池、沉淀池、調(diào)節(jié)池、洗液收集池、清水池的液位，傳遞的復(fù)位、開(kāi)關(guān)等輸入信號(hào)的變化要求，通過(guò)改變進(jìn)水閥、泵、沖洗閥等電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及元件相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和達(dá)到高低壓力保護(hù)、高低液位控制、進(jìn)水閥、泵、沖洗閥的開(kāi)啟調(diào)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)沖洗等功能的自動(dòng)控制。

1.2 工藝原理

①鐵、錳初期在廢水中存在的形式通常Fe2+、Mn2+，易溶于水，不易析出去除，為了簡(jiǎn)化流程，減少占地面積，本工藝采用將廢水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+氧化成Mn4+，經(jīng)析出和沉淀再加以過(guò)濾的方法達(dá)到除去Fe2+、Mn2+的目的。

②由于地下水中的所含二價(jià)鐵在水中的溶解度較大，因在地下與空氣隔絕，到地面上一但與空氣接觸Fe2+氧化成Fe3+，與氧迅速反應(yīng)生成難溶于水的以三價(jià)鐵氫氧化鐵為主的氫氧化物，其反應(yīng)過(guò)程為鐵氧化：4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-，最終從水中析出。

③以二價(jià)錳的形式溶于水是主要的去除對(duì)象，研究和實(shí)踐表明當(dāng)二價(jià)錳經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變成四價(jià)錳時(shí)，以不溶于水的MnO2及水合物固體物質(zhì)的懸浮粒子形式存在于水中，輔以一定的物理方法很容易從水中析出。利用溶解氧將Mn2+氧化成Mn4+，以含水二氧化錳（MnO2mH2O）的固體形態(tài)從水中分離出來(lái)。

④利用曝氣氧化將水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+氧化成Mn4+的固體顆粒后經(jīng)過(guò)壓力處理器中的濾料吸咐過(guò)濾最終被除去。壓力處理器中的濾料采用精制石英砂和精制錳砂，以二氧化錳（MnO2）為主要成分的精制錳砂對(duì)二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵具有良好的催化作用。通常以錳砂中的MnO2的含量高低來(lái)評(píng)價(jià)精制錳砂質(zhì)量，因?yàn)殄i砂中的MnO2的含量越高其除鐵效果就越好，人們有時(shí)也將精制錳砂稱(chēng)為除鐵催化劑，含鐵錳地下經(jīng)過(guò)這種催化劑的作用Fe2+可快速氧化成Fe3+，其反應(yīng)如下：

Fe（OH）3沉淀物經(jīng)壓力處理器中的精制錳砂濾層后被去除。在去除的過(guò)程中，鐵的氫氧化物和高價(jià)錳的氫氧化物在濾料表面分別形成“鐵質(zhì)活性濾膜”、“錳質(zhì)活性濾膜”，附著在濾料表面的這種膜具有很強(qiáng)的催化活性，所以精制錳砂層起著催化和過(guò)濾雙層作用，也有膜過(guò)濾的效果，可以使鐵、錳在pH較低的條件下實(shí)現(xiàn)接觸氧化，被水中溶解氧氧化為Fe（OH）3和高價(jià)錳被并“鐵質(zhì)活性濾膜”、“錳質(zhì)活性濾膜”截留在壓力處理器中，從而達(dá)到降低建筑工程廢水中鐵、錳等雜質(zhì)含量的目的。

因此在壓力處理器中裝入精制石英砂和精制錳砂實(shí)現(xiàn)去除建筑工程的廢水中的鐵、錳、懸浮物等雜質(zhì)并脫色、除味，凈化水質(zhì)。

2 建筑工程廢水的處理與利用效果

以某建筑工程為例，該工程要求處理廢水量為50m3/h，日處理廢水量為1100m3。按上述建筑工程廢水的處理工藝建設(shè)了一套處理裝置，其處理與利用效果介紹如下。

2.1 處理前進(jìn)水水質(zhì)

處理前廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 建筑工程廢水進(jìn)水混合水質(zhì)

2.2 處理后出水水質(zhì)

處理前出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 建筑工程廢水出水水質(zhì)

根據(jù)表2中處理的出水分析數(shù)據(jù)，對(duì)照[《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）]標(biāo)準(zhǔn)要求，可見(jiàn)處理后的出水水質(zhì)基本達(dá)到其中的Ⅰ類(lèi)。

2.3 工程概況

2.3.1 工程投資

約62萬(wàn)元。

2.3.2 占地面積

約75m2。

2.3.3 運(yùn)行成本

2.3.3.1 能耗

總運(yùn)行功率13.25kW.h，電費(fèi)按0.76元/kW.h計(jì)，單位廢水處理能耗為：0.265kW.h，單位廢水處理能耗成本為：E1=0.2014元。

2.3.3.2 人工費(fèi)

裝置為智能化，僅每天巡檢一次，按每天80元，單位廢水處理人工費(fèi)為：E2=0.0727元。

2.3.3.3 單位廢水處理總成本

E=E1+E2=0.2741元。

2.3.4 水利用率

該裝置投運(yùn)后，建設(shè)工地用水由自來(lái)水改用處理水（生活用水除外）包括消防水、衛(wèi)生廁所水、環(huán)境噴哂水、混凝土用水及其養(yǎng)護(hù)水等，水利用率達(dá)到較高水平。根據(jù)回用水流量計(jì)顯示平均每天約回用420m3，用水高峰期近560m3，回用率達(dá)38.2%。

2.4 工藝特點(diǎn)

2.4.1 實(shí)施流程

某建筑工程廢水處理實(shí)施的工藝流程如圖2。

圖2 建筑工程廢水處理工藝流程圖

工程廢水由集水總管進(jìn)入曝氣收集池，在曝氣收集池中經(jīng)曝氣風(fēng)機(jī)送入空氣，然后與空氣混合，混合均勻后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，分離后的廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池由進(jìn)水泵送入壓力處理器，經(jīng)過(guò)多種催化吸附濾料處理的廢水達(dá)清水要求進(jìn)入清水池，最后通過(guò)清水池中的清水泵送到指定的用水地點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多種催化吸附濾料處理后的濾渣由沖洗泵定時(shí)定量沖洗后進(jìn)入洗液收集池。

2.4.2 流程特點(diǎn)

2.4.2.1 接觸氧化

通過(guò)曝氣風(fēng)機(jī)將空氣以氣泡形式進(jìn)入廢水中，廢水經(jīng)過(guò)空氣的不斷翻轉(zhuǎn)，增大氣—水的接觸面積，使空氣中的氧氣充分分散于水中，提高了廢水鐵、錳離子的氧化速度。曝氣在增加廢水中溶解氧的同時(shí)驅(qū)除散失了廢水中游離的CO2，提高水的pH值，因?yàn)樗膒H值越高，越有利于反應(yīng)向鐵錳的氧化方向進(jìn)行，提高除鐵除錳效率。

2.4.2.2 催化吸附

經(jīng)濾料層后去除Fe3+形成的絮凝體（Fe（OH）3沉淀物）；將大部分尚未氧化的Fe2+、Mn2+催化氧化作用和羥基氧化的離子交換作用，以便除鐵。其除鐵、錳是一個(gè)自動(dòng)催化反應(yīng)過(guò)程。結(jié)合到化合物中Fe2+、Mn2+，能迅速進(jìn)行氧化和水解反應(yīng)，使催化物質(zhì)得到再生。

2.4.2.3 活性濾膜

除了依靠它自身的催化作用外，還有在過(guò)濾時(shí)在濾料表面逐漸形成一層鐵、錳質(zhì)濾膜作為活性濾膜，能起催化作用。新生成的羥基氧化鐵錳作為活性濾膜物質(zhì)又參與新催化除鐵錳過(guò)程，所以活性濾膜除鐵錳過(guò)程是一個(gè)自動(dòng)催化過(guò)程。

2.4.2.4 優(yōu)質(zhì)濾料

精制錳砂對(duì)鐵和錳等雜質(zhì)有較大的吸附容量和較短的“成熟”期，從而延長(zhǎng)壓力處理器沖洗周期和快速進(jìn)入廢水凈化過(guò)程。

2.4.2.5 工藝控制

主自動(dòng)控制部分包括沖洗泵、進(jìn)出口工藝轉(zhuǎn)換的四個(gè)電動(dòng)閥、PLC控制柜。在PLC內(nèi)設(shè)定沖洗的時(shí)間、周期、次序，當(dāng)?shù)經(jīng)_洗的時(shí)間時(shí)，PLC控制指令將進(jìn)出口上的四個(gè)閥倒換流程，完成后再發(fā)出開(kāi)啟沖洗泵的指令，沖洗開(kāi)始，沖洗結(jié)束后，PLC發(fā)出指令，停止沖洗泵，再將進(jìn)出口上的四個(gè)閥倒換到正常流程，然后再進(jìn)行下一個(gè)壓力處理器的沖洗。全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自調(diào)自控，無(wú)人值守。

2.5 效果

該工藝裝備的使用，得到了工程建筑工程師的認(rèn)可，由最初的懷凝到信任，并大力宣傳，同時(shí)也得到了當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的支持，解決了當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)對(duì)建筑工程廢水處理管理的難題。

圖3 主自動(dòng)控制部分示意圖

3 結(jié)論

實(shí)踐表明，建筑工程廢水的處理與利用具有如下優(yōu)點(diǎn)：①工藝設(shè)計(jì)合理，廢水處理循環(huán)科學(xué)，出水達(dá)到循環(huán)利用要求和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)廢水排放，凈化效果好和再利用率高，減少建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)一次水的消耗，節(jié)約了建筑工程的用水成本。②一體化結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，拆裝、移動(dòng)、使用維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單，投資成本和運(yùn)行成本都比較低，PLC自動(dòng)化控制程度高，無(wú)需專(zhuān)人維護(hù)，有效解決了建筑工程廢水處理困難，缺少?gòu)U水處理場(chǎng)地，用工成本高昂等問(wèn)題。③高效沉淀池和洗液收集池，縮短了停留時(shí)間，提高了固液分離效果和處理能力，減少了沉淀和洗液收集池的容積，節(jié)省了投資和占地面積，無(wú)需投放沉降劑。④壓力處理器截污效果好，負(fù)荷穩(wěn)定，確保工藝裝置的安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行周期。⑤無(wú)需加藥，能耗低，從而有效降低了的運(yùn)行成本。⑥單級(jí)過(guò)濾，流程簡(jiǎn)化，運(yùn)行動(dòng)力設(shè)備少，能耗最低。⑦良好的經(jīng)濟(jì)性，顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。