長距離輸水隧洞施工期生產污水處理問題研究

賀 杰

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110003)

1 引言

長距離輸水隧洞相較于其他功能型山嶺隧道，因其自身輸水特性限制，施工場區多數建設于水源的源頭區、天然水的產匯流區，甚至是飲用水水源保護區。如何解決隧洞施工期污廢水的有效處理，減少對施工場區周邊環境、尤其是水環境的破壞及污染，是一個具有普遍性的實際工程問題。

東北地區一地處飲用水水源保護區內的長距離輸水隧洞工程，為解決隧洞施工期生產污廢水有效處理、達標排放的問題，在建設小型的污水處理設施、污水處理設備選型方面做了一些有效的嘗試，為該方面問題的處理積累了一定的經驗。

2 隧洞施工期污廢水處理的控制指標

2.1 工程概況

某工程的主體工程為長距離輸水隧洞工程，隧洞全長130km，洞徑8.5m，采用以TBM法施工為主、鉆爆法為輔的聯合施工方法。隧洞穿過地區為中低山丘陵地形，洞室埋深較大，一般為100～400m;穿越的地層及巖性復雜，洞線穿越48條大小不同的斷層。由于工程位于水源地保護區及旅游風景區，預防和消除施工造成的環境污染、控制排污將成為本工程的重中之重。

2.2 施工期污廢水處理的控制指標

綜合分析前人的研究成果，認為本工程施工中產生的污廢水來源應有以下幾個部分:

?基巖裂隙水;?隧洞穿越不良地質段產生的涌水;?用于施工設備冷卻、洞內降塵的水(鉆爆法施工中的鉆機用水，TBM法施工中的刀盤部分用水);? 噴射混凝土、二次襯砌和注漿加固產生的廢水、廢漿。

污廢水中的主要水體污染物為:?洞室開挖中產生的懸浮狀的石粉、巖屑;? 支護、加固施工中使用的膠凝材料中的堿性化合物(氫氧化物、硅酸系化合物等);?機械設備使用中產生的油污、乳化炸藥中的乳化劑等石油類化合物;? 混凝土、加固漿液中的無機質、有機質外加劑。

對上述的污廢水來源及水體污染物進行水樣分析，并結合飲用水水源保護區的相關要求(參照《污水綜合排放標準》(GB 8978—96)，認為本工程污水處理的污染物控制指標主要為:pH(酸堿度)、SS(懸浮物)、CODcr(化學需氧量)、BOD5(五日生化需氧量)和石油類。

通過施工期水樣監測驗證，本工程未經處理污廢水的未達標指標如表1所列。

表1 未處理過的污廢水未達標指數

3 污水處理方法選擇

水體污染物分為無機質污染物和有機質污染物兩大類，與之對應的污水處理的一般原則比較清晰:無機質污染物一般使用物理和化學方法進行處理，有機質污染物則多采用生物方法進行降解處理。按照這個原則，隧洞施工期生產污水的處理應主要采用物理化學方法進行處理。

依照水樣檢測的各項指標對比，該工程污水處理的主要污染物控制指標應為SS懸浮物和石油類物質兩項。傳統的隧洞施工期生產污水處理方式如:沉淀池自然沉淀、隔油池油污收集等也都是針對這兩類污染物，但由于其粗放的控制方式和對污染物處理的單一適應性，無法滿足本工程對排放水體的水質要求。在綜合分析了國內外研究成果的基礎上，參考相關污水處理實例，我們認為采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺進行混凝處理的混凝法對該工程的污水處理有較強的適用性。

混凝法中的“混凝”是膠體凝聚和絮凝的總稱，膠體的凝聚主要指膠體脫穩并生成微小聚集體的過程，絮凝主要是指脫穩的膠體或微小懸浮物聚集成大的絮凝體的過程。聚合氯化鋁作為高效的絮凝劑可有效去除水中SS懸浮物和乳化油;聚丙烯酰胺作為助凝劑與絮凝劑配合可加大絮凝產物的密度和強度，降低其含水率，便于收集去除。

但在實際操作中發現，如果直接將洞內污水沉淀后進行加藥處理，按理論加藥量其混凝效果無法達到預期。經分析認為，發生上述問題的原因主要為:洞內施工普遍使用普通硅酸鹽水泥，該類水泥無其他摻和料，堿性材料含量較高，導致洞內集中收集的污水OH－離子濃度過高，影響絮凝劑中金屬陽離子正常水解成為膠體。鑒于上述原因，應在對污水進行加藥前使用酸性藥劑對污水進行pH調節，為不引進其他離子對水體進行二次污染，選擇30%稀鹽酸作為酸堿度調節藥劑。

4 污水處理工藝與設備選型

為更切實有效地完成對污廢水的處理，選擇與處理方法和工程實踐相適應的設備也是十分重要的。

該工程在設備選型時考慮的因素主要有以下幾點:

?與采用的污水處理方法相適應，有較高的處理效率;?污水處理能力與工程地質水文情況相適應(根據地質勘查報告中的最大涌水量設計污水處理能力);?工藝盡量簡單，易于工人進行操作;? 節省工程占地，節約經濟投入。

經綜合考慮上述因素，并參考設備供應廠家的意見，選取反應隔油沉淀器、高效斜板澄清器和帶式壓濾機作為主要的水處理設備，處理工藝流程如下圖所示。

污水處理工藝流程圖

按上圖所示，污水首先進入集水池，該池調節污水的水量、水質，緩沖因水質水量不均勻變化對處理系統造成負荷沖擊。集水池設橋式吸砂機。污水經泵提升進入反應池。為提高絮凝劑反應效果，首先通過投加鹽酸調節廢水的pH值。加藥裝置計量泵將按一定比例配好的絮凝劑及助凝劑加入反應池。反應池內設空氣攪拌裝置。依靠空氣攪動水流以增加水流的紊動，來達到增加水中顆粒碰撞機會的效果，逐漸形成易沉降的較大絮凝體，部分易沉降顆粒在反應池沉淀區沉淀，去除部分SS及COD等。

同時水中氣泡與油珠等液體污染物微粒或密度接近于水的微粒接觸，由于界面張力會產生表面吸附作用，油珠即粘附在氣泡上，上升至液面，形成浮渣，浮渣通過收集裝置排入集油桶。凝聚后的水隨后進入澄清器。為最大化地加大處理效率、節省工程占地，本套設備中澄清器采用高效斜板式澄清器。斜板沉淀是淺池理論的實際應用，是把與水平面成一定角度的斜板組件置于沉淀池中。水流從下向上流動，水中絕大部分的絮凝體顆粒斜板底部，而后自動滑下，進入泥水分離區。斜板沉淀池的水力半徑小，池中水流基本上屬于層流狀態，則滿足了水流的穩定性要求，減少了水的紊動，促進沉淀，提高了沉淀效率。斜板沉淀具有處理效率高、停留時間短、占地面積小等特點。污泥部分回流至反應沉淀池，增強絮凝效果，提高COD去除率。

各個裝置污泥排至污泥池，再由螺桿泵提升至帶式壓濾機處理。壓濾后泥餅外運處理。

另外，在整套水處理設備的基礎上增加一體式的電控系統，該系統具有全自動可編程的特點，可有效地降低人員投入，并使整套設備簡單易用。主要構筑物和設備如表2所列。

表2 一體式電控系統構成

5 結語

目前，使用上述設備的小型污水處理設施已完成建設并投產運行，其污水處理效果和處理能力完全滿足了工程的需求，處理過的水體實現百分之百達標排放，保護了工程所在水源保護區的水體環境。

該工程在污水處理方面的經驗證明:建設小型污水處理設施在解決長距離輸水隧洞的施工期生產污水處理問題方面是切實可行的，且具有一定的社會推廣價值。■