旭龍水電站樞紐區(qū)施工廢水處理研究

賀松 王孟 翟紅娟

摘要：為了實現(xiàn)旭龍水電站樞紐區(qū)施工廢水綜合利用及廢水零排放，基于水量平衡分析方法，分析了樞紐區(qū)用水方式、用水時段分布和用水規(guī)律，以及施工廢水產(chǎn)生量及水質特征，提出了所在區(qū)域的樞紐區(qū)施工廢水處理工藝和回用途徑。結果表明：旭龍水電站樞紐區(qū)施工用水主要包括混凝土沖洗養(yǎng)護用水、灌漿系統(tǒng)用水、洞室施工用水和溫控系統(tǒng)用水，高峰期用水量為33 049 m3/d，高峰期廢水產(chǎn)生量為12 805 m3/d；其中，溫控用水循環(huán)使用、不產(chǎn)生廢水?；炷琉B(yǎng)護廢水和洞室廢水通過處理后作為施工用水的補充水源以及用于灑水降塵，灌漿系統(tǒng)廢水通過管道進入污水處理設施處理后回用于灌漿系統(tǒng)，旭龍水電站樞紐區(qū)廢水回用量為12 805 m3/d，表明樞紐區(qū)廢水通過處理后可全部回用，不外排。

關鍵詞：施工廢水； 廢水處理； 水量平衡； 廢水零排放； 旭龍水電站

中圖法分類號：X52

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.017

文章編號：1006-0081（2024）05-0092-06

0 引言

水利水電項目建設施工通常具有建設規(guī)模大、建設周期長等特點，施工過程涉水活動多、用水總量及強度大，相應產(chǎn)生的廢水種類多、數(shù)量也較大，施工期廢水按來源可分為生產(chǎn)廢水和生活污水［1］。生產(chǎn)廢水的特征污染物為SS、pH和石油類，生活污水的特征污染物主要為COD、BOD5、NH3-N和懸浮物（SS）［2］，若不經(jīng)處理直接排入當?shù)睾恿魉w中，將會對當?shù)氐乇硭h(huán)境造成嚴重影響，甚至破壞當?shù)厮矗?］。因此，施工廢水處理一直是水利水電工程施工期環(huán)境保護工作的重要內容。

目前，針對各類廢污水已有相應處理方法，比如砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水一般采用自然沉淀法、絮凝沉淀法和成套設備處理法，混凝土生產(chǎn)廢水一般采用一體化沉淀池處理，機修含油廢水一般采用隔油池處理，生活污水一般采用A/O、SBR、MBR法［4］。施工期產(chǎn)生的廢污水經(jīng)處理后根據(jù)周邊環(huán)境要求及施工用水需求，一般進行排放或者綜合利用。對廢水產(chǎn)生量大、施工現(xiàn)場無法消納的廢水，經(jīng)處理至滿足相應排放標準后排入周邊受納水體；對廢水進行處理后，施工現(xiàn)場可以全部消納，或者周邊水體禁止排放廢水的施工廢污水，則需全部回用。根據(jù)不同類型施工廢水產(chǎn)生特點及廢水特性，結合施工用水需求，對施工廢污水進行綜合利用，是適應中國水資源短缺，落實“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，以及保護生態(tài)環(huán)境的重要舉措［5］。目前水利水電工程中，根據(jù)廢污水產(chǎn)生特點及用水需求，對廢污水進行綜合利用的技術比較成熟。例如，砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的廢水經(jīng)處理后可以全部回用于砂石加工系統(tǒng)［6］；生活污水綜合利用的具體途徑是將生活污水收集起來進行處理，達標后用于沖洗廁所、澆灌周圍林地或農(nóng)田等［2］。一般施工附屬企業(yè)產(chǎn)生的廢污水經(jīng)集中收集處理后可以回用于系統(tǒng)內部，比較容易實現(xiàn)廢污水綜合利用及零排放。樞紐區(qū)施工廢水包括地下洞室群施工廢水、帷幕固結灌漿廢水、混凝土養(yǎng)護沖洗廢水等，產(chǎn)生量較大、產(chǎn)生部位分散，特別是大型水電站樞紐區(qū)產(chǎn)生的施工廢水較難集中收集處理和綜合利用。

金沙江上游旭龍水電站為Ⅰ等大（1）型工程，位于云南省德欽縣與四川省得榮縣交界的金沙江干流上游河段，開發(fā)任務以發(fā)電為主［7］。電站由混凝土雙曲拱壩、水墊塘、二道壩、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。旭龍水電站地處橫斷山脈地段，屬峽谷地貌類型，工程區(qū)山高坡陡、地形陡峻，施工用地面積非常有限［8］。旭龍水電站施工期廢水按來源可分為樞紐區(qū)生產(chǎn)廢水、施工輔助企業(yè)生產(chǎn)廢水和施工營地生活污水。其中，樞紐區(qū)生產(chǎn)廢水主要為地下洞室群施工廢水，大壩混凝土倉面養(yǎng)護、沖毛等過程產(chǎn)生的廢水、壩基帷幕灌漿與固結灌漿產(chǎn)生的廢水、基坑排水［9］。旭龍水電站建設周期長、施工規(guī)模大，樞紐區(qū)建筑物集中，樞紐施工區(qū)產(chǎn)生的廢水總量大、難收集，且旭龍水電站所在河段水環(huán)境功能為Ⅱ類水，根據(jù)GB 8978-1996《污水綜合排放標準》，該水域禁止新建排污口［10］。因此，如何處理施工區(qū)產(chǎn)生的廢水成為迫切需要解決的問題。

本文圍繞旭龍水電站樞紐區(qū)施工期生產(chǎn)用水及生產(chǎn)廢水，基于水量平衡分析方法，對旭龍水電站樞紐區(qū)施工期用排水進行分析研究，并結合樞紐區(qū)廢水回用實際情況，提出了樞紐區(qū)施工廢水資源化利用途徑和方式，可為旭龍水電站樞紐區(qū)施工廢水進行收集處理和綜合利用、實現(xiàn)廢水零排放提供技術支撐。

1 施工用排水及水量平衡分析

1.1 用水分析

旭龍水電站施工用水主要包括大壩混凝土養(yǎng)護用水、灌漿系統(tǒng)用水、溫控用水和地下洞室施工用水等。旭龍大壩混凝土量為228萬m3，高峰月澆筑強度約12.6萬m3/月。根據(jù)高峰月混凝土澆筑強度計算，大壩混凝土施工高峰期養(yǎng)護用水量為11 642 m3/d；大壩溫控用水量為8 644 m3/d，循環(huán)使用，供水水質為生產(chǎn)用水標準；工程灌漿高峰強度按照9 000 m/月考慮，灌漿系統(tǒng)用水量為4 200 m3/d；地下洞室施工用水包括地下洞室鉆孔開挖、降塵用水和混凝土襯砌養(yǎng)護用水，工程區(qū)地下洞室總長度10.2 km，施工交通隧洞長約32 km，高峰期洞室施工用水為8 563 m3/d。綜上所述，樞紐區(qū)施工高峰期用水合計33 049 m3/d。供水水質為生產(chǎn)用水標準，須符合DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》。

1.2 排水分析

樞紐區(qū)生產(chǎn)廢水主要包括大壩混凝土養(yǎng)護廢水、灌漿系統(tǒng)廢水、洞室廢水和基坑排水。大壩混凝土倉面養(yǎng)護、沖毛等過程均會產(chǎn)生廢水，主要污染物為pH和SS，SS濃度約為500 mg/L，根據(jù)本工程的主體工程用水量計算，大壩混凝土養(yǎng)護廢水產(chǎn)生量約12 137 m3/d，回用水量為8 644 m3/d，廢水外排量為3 493 m3/d，廢水排往基坑。工程灌漿清孔、場地沖洗等過程均會產(chǎn)生廢水，廢水主要污染物為pH和SS，SS濃度約為500～2 000 mg/L，廢水產(chǎn)生量約為300 m3/d，全部回用于灌漿系統(tǒng)，零外排。地下洞室廢水主要來自導流洞、交通洞、泄洪洞、引水隧洞等地下洞室的開挖與混凝土襯砌養(yǎng)護，地下洞室廢水水質與涌水滲水量、圍巖類別等密切相關，廢水主要污染物包括SS、石油類、炸藥殘余物等，本工程洞室施工過程中洞室廢水產(chǎn)生量約為3 850 m3/d?；优潘ǔ跗谂潘徒?jīng)常性排水，根據(jù)工程估算，初期排水強度約3 680 m3/h，初期排水水質與河流水質基本相似，一般直接排放。經(jīng)常性排水包括降水、基礎和圍堰滲水、施工棄水等，其中降水和滲水水質較好；施工棄水主要為大壩混凝土養(yǎng)護、沖洗和地下洞室群施工產(chǎn)生，污染物主要是SS，其濃度約為500～2 000 mg/L，產(chǎn)生量約為5 483 m3/h。

1.3 水量平衡分析

根據(jù)樞紐區(qū)施工用水和排水分析，旭龍水電站樞紐區(qū)水量平衡分析見表1。由此可知，樞紐區(qū)施工總用水量為33 049 m3/d，耗水量為20 244 m3/d，回用水量為12 805 m3/d，需要補充新鮮水量為20 244 m3/d，廢水排放量為0。

旭龍水電站樞紐區(qū)用水主要分為灌漿系統(tǒng)用水、混凝土沖洗養(yǎng)護用水、混凝土溫控用水和洞室施工用水，其中灌漿系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后全部回用，混凝土沖洗養(yǎng)護廢水和洞室施工廢水經(jīng)處理后部分回用于混凝土沖洗養(yǎng)護和洞室內灑水降塵，剩余水回用于綠化和道路灑水降塵，不外排，樞紐區(qū)用水分析見圖1。由此可見，旭龍水電站樞紐區(qū)施工用水在進行分類集中收集處理后，可以實現(xiàn)資源化利用，實現(xiàn)廢水零排放。

2 生產(chǎn)廢水綜合利用

旭龍水電站樞紐區(qū)施工布置較為緊湊，生產(chǎn)廢水主要包括洞室廢水、混凝土養(yǎng)護沖洗廢水、灌漿廢水和基坑排水等，根據(jù)不同種類的施工廢水產(chǎn)生部位、產(chǎn)生量和廢水特性，研究制定不同的處理工藝及集中回收資源化利用技術。

2.1 洞室施工廢水

洞室廢水主要來源于隧道鉆孔、降塵、混凝土養(yǎng)護等工序產(chǎn)生的施工作業(yè)廢水及受污染的隧洞滲水。隧洞滲水與地下水賦存條件、巖性及其滲透系數(shù)等有關，洞室廢水不易排出，隧洞施工如穿越可溶巖地層等不良地質單元時滲水量較大［11］。

隧洞施工廢水產(chǎn)生量不大，廢水中不含有毒物質，主要污染物為懸浮物，pH＞7；石油類和COD為非主要污染物［12］。施工高峰期隧洞排水主要污染物濃度：懸浮物100～5 000 mg/L，pH為8～10。處理目標為達到施工用水或綠化、灑水降塵用水標準。

因隧洞滲水水質較好，為降低隧洞涌水被施工活動污染的程度，盡可能做到施工污水和隧洞滲水分離［13］。

2.1.1 洞室滲水處理

在隧洞內兩側和中心設置集排水溝，在施工支洞和導流洞洞口設置集水池，將地下滲水引出到集水池，滲水可存蓄作為后續(xù)施工用水水源，存蓄不下的排入河道。在施工圖設計階段，根據(jù)地質專業(yè)預測隧洞可能的滲水量，設計排水溝的尺寸、坡度和最大排水量。

2.1.2 施工廢水處理

在隧洞內部設置移動式調節(jié)池、絮凝沉淀池和清水池，各水池采用鋼板結構，隨工程施工進度進行施工廢水的移動收集和處理。① 在隧洞內部設置污水收集處理設施，可解決外部無用地面積難題；② 設置移動式沉淀池，可隨工程進度靈活進行污水收集處理；③ 通過設置鋼板式移動沉淀池，可將污水及時收集在池內，避免污水在地面橫流而導致與地下涌水混合的問題。在絮凝沉淀池進行隔油、加藥和調節(jié)pH，清水進入清水池備用，保證污水處理后可回用于隧洞內降塵等施工用水，污泥進行外運處理。洞室施工廢水處理工藝流程見圖2。

2.2 混凝土養(yǎng)護、沖洗廢水

大壩主體工程混凝土倉面養(yǎng)護、沖毛等過程均會產(chǎn)生廢水［14］，主要污染物為pH和SS，SS濃度約為500 mg/L?；炷翜乜赜盟h(huán)使用，不會產(chǎn)生廢水。

引水發(fā)電建筑物主要由進水口、引水隧洞、主廠房及安裝場、主變洞、交通出線豎井、尾水調壓室、尾水隧洞、尾水出口、地面開關站、交通洞、通風排煙系統(tǒng)及廠外排水系統(tǒng)等組成。引水發(fā)電建筑物各洞室廢水可結合大壩的混凝土倉面養(yǎng)護等壩區(qū)的施工廢水一起處理。

2.2.1 壩上游廢水

壩上游洞室廢水和施工作業(yè)面的混凝土沖洗養(yǎng)護廢水等，直接匯入上游基坑內，上游基坑常年積水，通過在上游基坑內進行自然沉淀和絮凝沉淀的方式對廢水進行處理，上清液可通過泵抽取回用于上游綠化、道路灑水及施工用水等。上游基坑內沉淀的泥渣直接沉淀于基坑內作為基坑防滲材料。

2.2.2 壩下游廢水

在壩踵下游側設置平行于壩踵的集水渠，集水渠通過基坑內設置的集水渠連接基坑內的集水池，保證坡度可以自流。沿壩體表面流下的難以集中收集的混凝土養(yǎng)護廢水和倉面沖洗水等流入壩踵的集水渠，通過集水渠將廢水引流到大壩下游基坑內的集水池，下游基坑廢水收集處理系統(tǒng)如圖3所示。

在下游基坑范圍內最高點和最低點之間的區(qū)域設置集水池、沉淀池、清水池，在集水池、沉淀池、清水池周邊設置一定高度的圍堰，防止基坑滲水混入集水池和沉淀池。在引水隧洞、地下廠房等地下洞室群各洞口埋設集水管，通過集水管將洞室內廢水引流至基坑內的集水池。

將收集到的壩區(qū)施工廢水進行初沉，在沉淀池內通過調節(jié)pH及混凝沉淀，清水進入清水池作為施工補充水源，通過泵站抽取回用于混凝土養(yǎng)護、倉面沖洗、洞室內灑水降塵、綠化和道路灑水降塵等，不外排。沉淀泥渣可用作二道壩的建筑材料或運送至渣場，廢水收集處理流程如圖4所示。

2.3 灌漿系統(tǒng)廢水

工程灌漿鉆孔、清孔、制漿、場地沖洗等過程均會產(chǎn)生廢水，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，廢水主要污染物為pH和SS，SS濃度約為500～2 000 mg/L，廢水排放量約為300 m3/d。處理目標達到施工用水標準。

在灌漿施工區(qū)布置一條平行于灌漿軸線的排水渠，與污水處理設施相連。灌漿廢水通過管道進入污水處理設施，處理后回用于灌漿。處理流程見圖5。

2.4 基坑排水

在基坑范圍內高程最低的區(qū)域設置12 m×10 m×3.3 m的集水沉淀池，基坑內的滲水可通過自流方式匯流到最低處的集水沉淀池，實現(xiàn)壩區(qū)施工廢水和基坑滲水的分離。在集水沉淀池內進行混凝-中和處理［14］，上清液通過潛水泵抽取至清水池。清水池的水與壩區(qū)施工廢水處理后的清水一起抽至施工水廠的高位水池，作為施工用水的補充水源，或回用于混凝土養(yǎng)護、倉面沖洗、洞室內灑水降塵、綠化和道路灑水降塵等，利用不完的可排入下游河道。

2.5 廢污水資源化利用綜合效益分析

旭龍水電站樞紐區(qū)施工用水量33 049 m3/d，施工廢污水處理規(guī)模12 805 m3/d，施工期98個月。采用廢污水傳統(tǒng)技術，廢污水處理設施費用約4 144萬元，運行費用約8 860萬元。

通過廢污水資源化利用，廢污水處理設施費用可減少約1 020萬元，運行費用減少約2 658萬元，可節(jié)約費用約3 678萬元；中水回用設施增加投資約1 338萬元，可節(jié)約水量約5 817萬m3，節(jié)約費用約6 166萬元。

3 結論與展望

針對旭龍水電站樞紐區(qū)施工廢水產(chǎn)生量大、廢水難收集和較難實現(xiàn)廢水零排放這一難題，本文通過對樞紐區(qū)施工用水及排水情況進行梳理，提出了基于水量平衡分析的施工廢水收集及處理回用方法，為旭龍水電站樞紐區(qū)施工廢水資源化利用及實現(xiàn)廢水零排放提供了新的技術手段。

（1） 旭龍水電站施工用水主要包括大壩混凝土養(yǎng)護用水、灌漿系統(tǒng)用水、溫控用水和地下洞室施工用水，高峰期用水量為33 049 m3/d；旭龍水電站樞紐區(qū)生產(chǎn)廢水主要包括大壩混凝土養(yǎng)護廢水、灌漿系統(tǒng)廢水、洞室廢水和基坑排水，高峰期廢水產(chǎn)生量為12 805 m3/d。

（2） 混凝土養(yǎng)護、沖洗廢水經(jīng)集水渠收集處理后，回用于道路灑水和施工用水；洞室施工廢水通過移動式沉淀池收集處理后，回用于洞內灑水降塵和施工用水；灌漿系統(tǒng)廢水經(jīng)處理后回用于灌漿系統(tǒng)；基坑廢水經(jīng)處理后回用于混凝土養(yǎng)護、倉面沖洗、綠化和道路灑水降塵等；樞紐區(qū)施工廢水經(jīng)處理后，約12 805 m3/d的廢水量可以回用，占樞紐區(qū)總用水量的42.6%。通過廢水資源化利用后，旭龍水電站樞紐區(qū)施工廢水可以實現(xiàn)零排放。

隨著水利水電工程施工期環(huán)保要求和標準的提高，特別是施工區(qū)附近存在敏感水體，禁止排放廢污水時，做好水電站施工期廢污水資源化利用，實現(xiàn)廢污水零排放具有重要意義。通過該工程實踐研究可知，樞紐區(qū)施工廢水在進行資源化利用后，可以在樞紐區(qū)內完全消納，只需定期補充鮮水量，不外排廢污水，實現(xiàn)廢污水零排放；洞室廢水和基坑廢水處理的關鍵是做好廢水和涌水、滲水的分離，分離后的廢水經(jīng)處理后可用于工程施工道路及工區(qū)的灑水降塵。

綜上所述，根據(jù)水電站施工過程中廢污水產(chǎn)生的特點，結合施工用水需求，建立廢污水資源化利用途徑，可實現(xiàn)水電站樞紐區(qū)施工期廢污水零排放，并取得較好的經(jīng)濟效益。

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編輯：江文

Study on treatment of construction wastewater in hub area of Xulong Hydropower Station

HE Song，WANG Meng，ZHAI Hongjuan

（Changjiang Water Resources Protection Institute，Wuhan 430051，China）

Abstract：

In order to achieve full use of construction wastewater in the Xulong Hydropower Station hub area and zero discharge of wastewater，based on the water balance analysis method，the water usage mode，water usage period distribution，water usage pattern，as well as the amount and water quality characteristics of construction wastewater generated in the hub area were analyzed.A construction wastewater treatment process and reuse approach suitable for the project area were proposed.The results showed that the construction water for the Xulong Hydropower Station hub area mainly included concrete flushing and maintenance water，grouting system water，tunnel construction water，and temperature control system water，with peak water consumption of 33 049 m3/d and wastewater production of 12 805 m3/d.Among them，temperature controlled water was recycled and did not produce wastewater.After treatment，concrete maintenance wastewater and tunnel wastewater were used as supplementary water sources for construction water，as well as for watering and dust reduction.The grouting system wastewater entered the sewage treatment facility through pipelines and was reused in the grouting system.The reuse amount of wastewater in the Xulong Hydropower Station hub area was 12 805 m3/d.The research results indicated that the wastewater in the hub area could be fully reused without being discharged after treatment.

Key words：

construction wastewater； wastewater treatment； water balance； wastewater zero discharging； Xulong Hydropower Station

收稿日期：2023-10-13

基金項目：國家自然科學基金（52109005）；水利部重大科技項目（SKS-2022040）

作者簡介：賀松，男，工程師，碩士，研究方向為水污染治理。E-mail：352486216@qq.com

通信作者：王孟，男，正高級工程師，碩士，主要從事水資源保護管理研究工作。E-mail：280342187@qq.com