超長隧洞開敞式TBM施工污水處理

【摘要】在TBM隧道施工領(lǐng)域，隧道工程不具備建設(shè)規(guī)模化的污水處理廠條件，TBM隧道工程TBM修刀車間、加工車間、備品備件倉庫等輔助設(shè)施規(guī)劃建設(shè)占用了大量的施工用地，在狹窄的施工場區(qū)規(guī)劃一體化污水處理系統(tǒng)就工程本身而言更經(jīng)濟(jì)合理，采取“一級沉淀+絮凝+斜管沉淀+污泥脫水”污水處理工藝，修建調(diào)節(jié)池、干化床、污泥池，配置反應(yīng)隔油池、高效斜板快速澄清器、污泥脫水系統(tǒng)等，實現(xiàn)了TBM隧道施工污水物理化學(xué)二級處理技術(shù)的成功應(yīng)用，降低了施工成本，使處理后的污水滿足飲用水源地二級保護(hù)區(qū)地表水Ⅲ類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并做到了施工污水循環(huán)利用。

【關(guān)鍵詞】超長隧洞；TBM施工；污水處理；一體化

1、工程概況

遼寧重點輸水工程水源段施工三標(biāo)主洞全長41.09km，TBM施工段37.69km（洞徑φ8.5m），主洞采用兩臺開敞式TBM掘進(jìn)，4條施工支洞把主洞劃分四個TBM掘進(jìn)段，TBM1-1段7.31km、TBM1-2段10.02km、TBM2-1段11.45km和TBM2-2段8.91km最大獨頭掘進(jìn)長度11.44km。

TBM施工污水均從各施工支洞口排放，支洞口施工區(qū)位于鴨綠江通溝河支流匯水區(qū)均屬于集安市飲用水源二級保護(hù)區(qū)，4個施工區(qū)河流水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)均為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅲ類。根據(jù)施工合同，為保護(hù)當(dāng)?shù)厮矗诟髦Ф炊纯趫龅仨毥ㄔ煳鬯幚硐到y(tǒng)，處理后的污水水質(zhì)污染物濃度除必須滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)限制要求外，還應(yīng)滿足受納水體（河流）即飲用水源二級保護(hù)區(qū)的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅲ類水體要求，處理的污水做到循環(huán)利用、零排放。

2、開敞式TBM隧洞污水來源及特點

2.1 開敞式TBM隧洞施工污水主要來源。開敞式TBM隧洞施工污水主要來源于TBM刀盤冷卻水（含石粉）、TBM外循環(huán)水（含少量油污）、泵車和拌合系統(tǒng)混凝土廢料（含緩凝型減水劑）或濕噴回彈料（含速凝劑）、開挖過程中遇到的斷層泥等。

2.2 開敞式TBM隧洞施工污水的特點

2.2.1 開敞式TBM施工用水分為內(nèi)循環(huán)冷卻水和工業(yè)用水，內(nèi)循環(huán)不存在外排，工業(yè)用水主要分布如下表1。機(jī)電設(shè)備冷卻用水回流至工業(yè)水箱循環(huán)利用，落地的刀盤噴水、1#皮帶噴水、錨噴設(shè)備用水等是TBM施工用水控制重點，污水均由L1梁下部的2臺3.7KW（50m3/h）污水泵抽至6#臺車6m3的污水箱，再由45KW污水泵沿洞壁右側(cè)DN150排污管抽排至服務(wù)區(qū)下游污水泵站集水坑內(nèi)。

2.2.2 施工污水排放量起伏變化大，例如在TBM掘進(jìn)過程中遇到透水性斷層污水排放濁度變化大。

3、開敞式TBM污水水質(zhì)分析

開敞式TBM隧洞施工污水主要來源于TBM刀盤冷卻水（含石粉）、TBM外循環(huán)水（含少量油污）、泵車和拌合系統(tǒng)混凝土或濕噴回彈料污水、隧洞圍巖滲水等，不含有脂肪、蛋白質(zhì)、尿酸、氨基酸、糖等有機(jī)物，其中TBM隧道施工污水懸浮物（SS）、石油類、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（P）、酸堿度（PH值）等六項是主要指標(biāo)。

表2 TBM隧道施工污水處理前檢測指標(biāo)（mg/l）

隧洞施工污水水質(zhì)與涌水滲水量、隧洞地址條件、施工方法、施工機(jī)器設(shè)備、施工距離等密切相關(guān)。隧洞涌水滲水量小，污水水質(zhì)指標(biāo)偏差，但需處理污水量較小；隧洞涌水滲水量大，污水水質(zhì)指標(biāo)偏好，但需處理污水量較大。隧洞圍巖較差，巖石強(qiáng)度較低時，尤其是凝灰?guī)r等軟巖洞段，由于運輸車輛碾壓產(chǎn)生大量泥漿，對污水水質(zhì)有較大影響。

4、污水處理方法

4.1 允許污水排放標(biāo)準(zhǔn)。PH值允許排放濃度為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)允許排放濃度為《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627-2008）中的直接排放的水污染物最高允許排放濃度。經(jīng)試驗檢測，隧洞污水單純依靠物理沉淀方法不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 設(shè)計污水處理量。開敞式TBM供排水系統(tǒng)設(shè)計時根據(jù)地下水微弱的地質(zhì)和水文情況，考慮了正常排水和應(yīng)急排水，排水量設(shè)計為300m3/h。在服務(wù)區(qū)設(shè)置抽水泵站，泵站布置135m3（3×3×15m）的集水池，并配置了2臺108m3/h（90KW）的臥式多級離心水泵。

4.3 污水處理設(shè)備。開敞式TBM隧道工程施工中，結(jié)合施工污水懸浮物（SS）、石油類、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（P）、酸堿度（PH值）等六項主要指標(biāo)，采取“一級沉淀+絮凝+斜管沉淀+污泥脫水”污水處理工藝，修建調(diào)節(jié)池、干化床、污泥池，配置反應(yīng)隔油池、高效斜板快速澄清器、污泥脫水系統(tǒng)等一整套污水處理設(shè)備。

4.4 一級污水沉淀在調(diào)節(jié)池通過物理作用從污水中分離、回收呈懸浮狀態(tài)的固體污染物（包括油膜和油珠），再通過吸砂機(jī)抽排至干化床晾曬，一級沉淀懸浮固體的去除率達(dá)到70%-80%。

4.5 二級污水處理中由于污水中有機(jī)污染物含量極低不選用生物法，而是采用絮凝法，投加混凝劑（聚合氯化鋁）和助凝劑（聚丙烯酰胺）產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在隔油反應(yīng)池內(nèi)曝氣凝聚和隔油，再通過特殊材質(zhì)和安裝角度的斜板絮凝，快速與顆粒接觸、吸附澄清，達(dá)到泥水快速分離，大幅度地去除一級處理后污水中無機(jī)的懸浮物和膠體顆粒物或低濃度的有機(jī)物。

4.6 高效斜管澄清器下部泥斗收集經(jīng)過絮凝的沉淀物，排放至污泥池，由污泥螺桿泵提升至DNY帶式壓濾機(jī)（污泥脫水單元），再添加PAM絮凝劑使沉淀物中的固體顆粒凝聚成團(tuán)，在重力和壓輥擠壓、剪切作用下，實現(xiàn)污泥脫水形成含水率60-80%的壓餅，集中外運。

4.7 污水處理工藝流程。污水處理站，再生產(chǎn)運行前，首先需檢查該系統(tǒng)單元的供電情況、管路系統(tǒng)閥門開啟情況。各個裝置污泥排至污泥池，再由螺桿泵提升至帶式壓濾機(jī)處理。壓濾后泥餅外運處理。

外加制劑采用加藥裝置計量泵送添加，聚合氯化鋁溶液濃度5%溶液藥劑含量50g/l，聚炳烯酰胺溶液濃度0.2%溶液藥劑含量2g/l，根據(jù)參照表3并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，每升制劑溶液處理每方污水統(tǒng)計如表4。

4.8 處理完成后達(dá)到的水質(zhì)指標(biāo)

5、成本分析

一體化的污水處理系統(tǒng)占地面積570m2，保溫棚、基礎(chǔ)土建和設(shè)備等建設(shè)費用約150萬元，較規(guī)模化的污水處理廠規(guī)劃設(shè)計更為合理，較工程本身造價而言更經(jīng)濟(jì)。一體化污水處理系統(tǒng)采用物理化學(xué)法進(jìn)行二級處理，處理后的污水達(dá)到了Ⅲ類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，污水每方處理成本降至2.20元，污水實現(xiàn)了循環(huán)利用，避免了污水排放，緩解了環(huán)保壓力。

6、結(jié)語

在開敞式TBM隧道施工領(lǐng)域，隧道工程不具備建設(shè)規(guī)模化的污水處理廠條件，TBM隧道工程TBM修刀車間、加工車間、備品備件倉庫等輔助設(shè)施規(guī)劃建設(shè)占用了大量的施工用地，在狹窄的施工場區(qū)規(guī)劃一體化污水處理系統(tǒng)就工程本身而言更經(jīng)濟(jì)合理，該一體化污水處理系統(tǒng)緊湊布置在洞外保溫棚內(nèi)，保溫棚建筑面積僅560m2，配置供暖保溫設(shè)施，滿足冬季運行條件。

開敞式TBM隧道工程施工中，結(jié)合施工污水懸浮物（SS）、石油類、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（P）、酸堿度（PH值）等六項主要指標(biāo)，采取“一級沉淀+絮凝+斜管沉淀+污泥脫水”污水處理工藝，修建調(diào)節(jié)池、干化床、污泥池，配置反應(yīng)隔油池、高效斜板快速澄清器、污泥脫水系統(tǒng)等，實現(xiàn)了TBM隧道施工污水物理化學(xué)二級處理技術(shù)的成功應(yīng)用，降低了施工成本，使處理后的污水滿足飲用水源地二級保護(hù)區(qū)地表水Ⅲ類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并做到了施工污水循環(huán)利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李久平，楊慶國.隧道工程施工期污水處理[J].東北水利水電，2013（5）：34-02.