隧道施工廢水處理成套設(shè)備設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

郭宗勇，黃偉彬，陳偉，陶化弟，林磊

（1.中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，山東 濟(jì)南 250399；2.福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350012）

隨著國家的不斷發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，我國公路建設(shè)在最近幾年迎來了飛速的發(fā)展。在公路建設(shè)的過程中，隧道施工時(shí)產(chǎn)生的廢水處理，是公路施工生產(chǎn)建設(shè)的難點(diǎn)。尤其是在近水源（生態(tài)）保護(hù)區(qū)，對其隧道施工廢水的處理要求更高。隧道施工過程中產(chǎn)生的廢水一般由以下幾部分組成：隧道施工中混凝土澆筑而產(chǎn)生的廢水；隧道開挖時(shí)，掌子面擾動產(chǎn)生的廢水；施工過程中，施工機(jī)具所污染的廢水；爆破后，隧道內(nèi)部降塵措施產(chǎn)生的廢水等。隧道施工過程中，混凝土漿液、巖土等污染物與隧道涌水（主要為潔凈的地下水）相混合，產(chǎn)生施工廢水。隧道施工中產(chǎn)生的廢水，主要為呈堿性的懸浮物超標(biāo)，懸浮物溶于水后，造成廢水水體pH值升高。在我國公路隧道施工過程中，最常用的廢水處理方式一般為沉淀工藝，直接將廢水引入沉淀池中，懸浮物沉淀后再將廢水排出。但該處理方法在近水源（生態(tài)）保護(hù)區(qū)還達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此導(dǎo)致許多在近水源（生態(tài)）保護(hù)區(qū)的隧道施工被叫停。所以，一種能夠用于近水源（生態(tài)）保護(hù)區(qū)隧道施工廢水處理成套設(shè)備孕育而生。

1 設(shè)計(jì)原則

隧道施工過程中會產(chǎn)生大量廢水，如果不經(jīng)處理任其自由排放，會污染附近河道等地表水體，為滿足環(huán)境保護(hù)的要求，必須對施工廢水進(jìn)行收集處理達(dá)標(biāo)后，方能回用或者排放。

隧道施工廢水處理成套設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：（1）能夠改善勞動衛(wèi)生環(huán)境，需嚴(yán)格執(zhí)行國家現(xiàn)行環(huán)保技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和地方環(huán)保的法律、法規(guī)及排放標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）選用安全、可靠、適用的工藝處理方法，在滿足達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求下，做到占地面積小、操作方便、投資小、運(yùn)行成本低；（3）為了提高廢水處理設(shè)施管理標(biāo)準(zhǔn)，廢水處理成套設(shè)備采用自動控制，降低人工運(yùn)維成本。

2 設(shè)計(jì)條件

隧洞排水：主要為隧道掌子面開挖、混凝土注漿等施工過程中產(chǎn)生的泥漿廢水，進(jìn)水水質(zhì)按表1設(shè)計(jì)；出水排放標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。Q=600t/d，由1組60t/h的污水處理設(shè)備組成。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

表2 出水水質(zhì)

3 處理工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程

借鑒公路施工廢水處理方法，處理工藝采用“沉砂集水池—一體化高效污水處理設(shè)備—石英砂過濾器—超濾設(shè)備—清水池”為主體的組合方法。該處理方法處理效果良好，能夠滿足尾水回用標(biāo)準(zhǔn)。工藝處理流程如圖1所示。

隧道施工廢水通過重力自流（順坡情況）或利用水泵提升（反坡情況）進(jìn)入五級沉砂池，通過重力自然沉淀去除廢水中的大顆粒物質(zhì)和砂粒，同時(shí)，通過隔油去除廢水中的部分石油類污染物后，末端排入集水池。集水池出水經(jīng)水泵提升至一體化高效污水處理器，通過酸劑調(diào)整pH，并投加PAC和PAM完成絮凝沉淀反應(yīng)去除廢水中的大部分的COD、懸浮物和石油類等污染物；出水進(jìn)入中間水池，通過水泵提升進(jìn)入多介質(zhì)過濾器，進(jìn)一步去除水中有機(jī)物和懸浮物后，再進(jìn)入超濾膜過濾裝置，涌水中的膠體污染物被阻隔在膜外側(cè)，出水自流進(jìn)入清水池。經(jīng)系統(tǒng)處理后的廢水滿足標(biāo)準(zhǔn)后回用。產(chǎn)生的污泥排入污泥濃縮池，污泥定期使用罐車外運(yùn)處置。

排放口安裝水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括CODcr全自動在線分析儀、pH計(jì)、超聲波明渠流量計(jì)、環(huán)保數(shù)采儀等儀器，實(shí)時(shí)監(jiān)測排放數(shù)據(jù)。施工現(xiàn)場設(shè)有戶外LED液晶屏幕，方便查閱在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行動態(tài)管理。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

為減小隧道施工廢水對環(huán)境的影響，隧道施工廢水應(yīng)進(jìn)行妥善處理，處理后排放的尾水需穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，尾水部分回用，剩余部分就近排入水體。

針對隧道施工廢水處理開發(fā)適合的一體化高效污水處理設(shè)備：（1）設(shè)計(jì)自動加藥裝置，將自動加藥系統(tǒng)集成到一體化高效處理設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)加藥的自動化。（2）通過流體力學(xué)模型對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，集合混合、絮凝、沉淀3個(gè)過程，使得廢水與藥劑充分混合、反應(yīng)，提高處理效率。（3）優(yōu)化出水裝置和位置，確保出水是水質(zhì)最好的中間水層。（4）通過一體化高效污水處理設(shè)備處理后的廢水進(jìn)入多介質(zhì)過濾器，過濾掉水中的一部分機(jī)物和懸浮物后，進(jìn)入超濾膜過濾裝置，超濾膜將廢水中的膠體污染物阻隔在膜外側(cè)，使得最終排出的廢水滿足標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.1 一體化高效污水處理器

設(shè)置高效污水處理器2臺，一用一備，按60t3/h設(shè)計(jì)。包括自動加藥系統(tǒng)、自動排泥系統(tǒng)、混合、絮凝、沉淀、智能報(bào)警系統(tǒng)。高效污水處理器如圖2所示。

圖2 一體化高效污水處理器

主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)：（1）加藥裝置，整套設(shè)備的加藥系統(tǒng)集成在本部分里。（2）污水進(jìn)水管道混合器，本部分藥劑與污水能充分地進(jìn)行反應(yīng)。（3）圓筒混合器，本部分集合了混合、絮凝和沉淀3個(gè)過程，并采用流體力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證藥劑與污水再一次反應(yīng)，從而達(dá)到去除70%～80%的懸浮物SS。（4）斜板沉淀池，其作用為完成圓筒混合器出水中絮體的高效泥水分離，從而達(dá)到懸浮物去除效率≥95%的效果。（5）出水箱，本部分出水管位于液面以下位置，確保出水是水質(zhì)最好的中間水層。本工程設(shè)置高效污水處理器2臺，一用一備，按60t/h設(shè)計(jì)。包括自動加藥系統(tǒng)、自動排泥系統(tǒng)、混合、絮凝、沉淀、智能報(bào)警系統(tǒng)。

3.2.2 多介質(zhì)過濾器

設(shè)置多介質(zhì)過濾器兩臺，一用一備，按60t/h設(shè)計(jì)。過濾器內(nèi)填充介質(zhì)分別為：石英砂濾料（1～2mm）和無煙煤濾料（1～2mm）。其中每臺多介質(zhì)過濾器石英砂濾料填充體積為3.93m3，約6.7t，每臺多介質(zhì)過濾器無煙煤濾料填充體積為1.45m3，約1.6t。

4 工程應(yīng)用設(shè)計(jì)

莆炎高速公路YA16合同段文筆山1號隧道，以隧道為主，橋涵為輔的方式穿越薯沙溪、東牙溪二級水源保護(hù)區(qū)。薯沙溪、東牙溪二級水源保護(hù)區(qū)，敏感性較高，為減小隧道施工廢水對水體的影響，隧道施工廢水應(yīng)進(jìn)行妥善處理，廢水經(jīng)過處理后應(yīng)能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，尾水部分回用，剩余部分就近排入水體。設(shè)備主體為“沉砂集水池—一體化高效污水處理設(shè)備—石英砂過濾器—超濾設(shè)備—清水池”處理工藝。

現(xiàn)場應(yīng)用效果：隧道施工廢水處理成套設(shè)備應(yīng)用于莆炎高速公路YA16合同段文筆山1號隧道施工廢水的處理，水樣檢查結(jié)果如圖3所示，具有高效去除隧洞排水中的污染物質(zhì)，設(shè)備安全運(yùn)行超過200d，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定，累計(jì)處理污水10萬噸，出水水質(zhì)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的III類水標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 文筆山1號隧道施工廢水處理水樣檢查結(jié)果

5 結(jié)語

針對隧道施工廢水處理，使用“沉砂集水池—一體化高效污水處理設(shè)備—石英砂過濾器—超濾設(shè)備—清水池”工藝為主體的成套設(shè)備，該一體化設(shè)備工藝成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，管理維護(hù)方便，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的III類水標(biāo)準(zhǔn)，為隧道施工廢水處理項(xiàng)目帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會價(jià)值。