高沉雙濾水處理技術在引漢濟渭工程中的應用

任吉濤

（陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710100）

陜西省引漢濟渭工程是從漢江流域調水到渭河流域的水資源調配工程，對促進全省經濟社會可持續發展，具有極為重要而深遠的意義。工程分為調水工程和輸水工程。調水工程包括黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐和98.3 km的秦嶺輸水隧洞，輸水隧洞最大埋深2012 m。隧道施工中涌水主要為地下水、基巖網狀裂隙水和部分斷層脈狀裂隙水，水量較豐富。由于施工期間爆破作業、混凝土作業、施工機械作業等產生大量廢水，廢水與涌水混合后排放成關鍵問題。引漢濟渭工程嶺北工區，地處西安黑河水源保護地及周至國家級自然保護區，環保敏感，廢水達標排放至關重要。本文就工程廢水排放問題結合現場實際和環境要求，經過多年實踐，對“高效沉淀+快濾+炭濾”自動化水處理工藝技術進行應用和分析，解決了工程難題，值得推廣。

1 水處理現狀及存在問題

根據工程設計和施工需要，工程沿線布設支洞，其中5、6、7號支洞洞口位于黑河水源保護區，毗鄰黑河河道，是洞內施工廢水唯一排放通道，洞口場地狹窄，也是洞內物資、設備、人員必經之路。洞內施工產生大量廢水，主要成分為石粉、懸浮物、化學需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、石油類等，若進入河道，將對河道水質造成嚴重污染。工程施工初期，在洞口建設了傳統的加藥多級沉定池，但由于水質濃度大，處理過程無法有效控制、實現自動化，人為行為因素影響大，出水參數波動大，不能有效滿足環保要求，隨之產生過施工與環保矛盾突出現象，常處于被動局面，影響到工程進展和西安供水安全，社會反響強烈。

分析問題本質，必須改變水處理工藝。國內水處理工藝較多，常應用于水處理廠、廠礦企業及化工工業廢水處理等。但對于引水隧洞施工廢水處理成功案例較少，加之特殊的地理環境和排放要求，所以必須建設高效、穩定的水處理設施，將廢水經過處理凈化，達到地表Ⅱ類水質標準后排放[1]。解決好廢水排放與水源保護的矛盾問題，是引漢濟渭工程最為敏感的問題，是一項緊迫且必須做好的工作。

2 高效沉淀+快濾+炭濾水處理設施

2.1 前期試驗

工程前期6號洞口建設了2組×3級（6 m×8 m）普通沉淀池，并安裝了自動加藥攪拌機，經過半年運行，結果證明：水質排放參數達不到地表Ⅱ類水且不穩定、占地面積大、質量無法控制，滿足不了水源地水質排放要求。

在6號洞口曾建設了斜管沉淀池二座，規格10 m×3 m×3 m，設計能力為3000 m3/d，小時平均流量125 m3/d，小時變化系數為1.1。經過攪拌，使混凝劑、助凝劑與廢水充分混合、絮凝、沉淀。結果證明：出水水質為20 mg/L，去除了大部分SS和部分CODcr，但無法處理吸附細小懸浮顆粒和石油類物質、部分有機物和微量有害物質，應對不了水量的增幅，滿足不了水源地水質排放要求。

2.2 方案選擇

由于洞內排水主要含有石粉、懸浮物，化學需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、石油類等嚴重超標。經過前期的試驗論證，傳統的加藥+攪拌+沉淀工藝，滿足不了水源地高指標、穩定性、可靠性要求，同時場地狹窄，布置多級沉定池不現實。

經過調研和專家指導，認為建設“高效沉淀+快濾+炭濾”自動化水處理設施，實施自動化監測和控制，對廢水進行多道工序、嚴格處理，能使水質達標排放，且要求整體運行穩定可靠；同時要能夠應對洞內水量的增幅，才能解決此項工程排水問題[2]。該工藝一般用于城市生活水處理，沒有在工程建設領域使用，在引漢濟渭工程尚為首次，在實施過程中需不斷探索，積累經驗。

2.3 工藝流程

在隧洞施工過程中產生的廢水與出現的涌水，通過收集、水泵提升、管道輸送至洞外，直接引入該設施高效沉淀池，使混凝劑PAC及絮凝劑PAM與原水在池內充分混合、反應、絮凝，實現泥水分離，可高效去除原水中的懸浮物及大分子有機物，大大降低出水濁度小于5NTU。分離的污泥在污泥泵的作用下回流和排放。

分離出的原水靠落差進入快濾池（主要為石英砂），經過多道集水槽漫過石英砂，從上至下充分接觸，以截留、吸附水中殘余的細小懸浮顆粒和石油類物質，同時去除部分有機物，使水質進一步凈化[3]。

快濾過的原水靠落差自流進入活性炭濾池（主要為柱狀活性炭），再次經過多道集水槽漫入活性炭體，以吸附水中殘余的石油類物質和微量有害物質，確保出水參數符合Ⅱ類水標準后，最后經排放水池溢流排出站外，進入河道?？鞛V池和活性炭池設置水頭損失儀，當濾池阻力增加達預定值時，開啟反沖洗裝置（見圖 1）。

圖1 工藝流程圖

2.4 主要參數及設備功能

以秦嶺隧洞6號環保設施為例。依工程勘探設計正常排放水量為16000 m3/d，富水區突發涌水最大排量約24000 m3/d，所以建設一座與其正常水量匹配，且要滿足隧洞最大排水量的水處理設施,設計667 m3/h的高效沉淀池2座，尺寸6.6 m×6.6 m×5 m，主要設備：混凝池2格，有效容積20 m3；快速攪拌機2臺，功率1.2 kW，葉片直徑700 mm，轉速75 rmp，其目的是兩套池體各自能獨立運行，便于停機檢修。絮凝池有效容積40 m3，慢速攪拌機1臺，功率1.5 kW，葉片直徑1120 mm，轉速10～50 rmp，慢速攪拌使其充分混合。斜管2×21 m2，斜長1300 mm，傾斜角度60°，斜管的設置使其表面負荷遠高出一般沉淀池約2倍左右，占地面積減少近一半。污泥循環泵、排放泵各1臺，型式為螺桿泵，流量2～14 m3/h，揚程2 bar,功率變頻調速4 kW，用于完成污泥的回流和排放[5]。

快濾池一座，尺寸16 m×6.8 m×4 m，設計濾速7 m/h，強制濾速9.34 m/h，總濾面積F=96 m2，氣-水反沖洗強度：氣沖強度55 m3/（h·m2），水沖強度q1=25 m3/（h·m2），反沖洗歷時10～13 min，周期24～36 h?；钚蕴繛V池與快濾池參數一致，設置兩座獨立的快濾池和活性炭池，為進一步吸附水中的細小懸浮物和石油類、部分有機物、微量有害物質，確保水質凈化效果。

綜合操作間一座，臥式離心脫水機2臺,處理能力270 kgDS/h，螺旋輸送機2臺，功率3 kW，螺旋直徑300 mm。PAMPAC自動配藥、加藥裝置各2套，反洗鼓風機3臺，型式為羅茨鼓風機，功率15 kW，主要放置加藥系統、反洗系統、污泥脫水設備以及起到PLC控制系統設備。

2.5 檢測結果及特點

該工藝水處理設施按照設計，經過3個月施工后，進行了調試、試運行，各項運行指標正常。組織驗收后，引漢濟渭公司選定了具備《環境污染治理設施運營資質》的運營單位。在三年運行期間，經長期檢測出水水質指標基本穩定。

2.5.1 檢測結果

化學需氧量COD為ND（4）mg/L,硝酸鹽氮0.54 mg/L，氨氮 NH3-N ND（0.025）mg/L，懸浮物 SS ND（4）mg/L，石油類ND（0.04）mg/L，濁度0.3 NTU。不但滿足了水質達標要求，且處理效果遠遠超過了設計出水參數（地表Ⅱ類水質）。

2.5.2 超容運行

當進水水質懸浮物超標達設計3倍，且持續12 h時，該設施在增加配藥量的情況下，運行正常，水質達標，且效果穩定可靠。特別在遇到突發性涌水，也表現出了超負荷運行的能力，最大處理能力達到25000 m3/d。

2.5.3 運行成本

該工藝水處理設施自動化程度較高，一般9個人能夠滿足全天三班倒的工作需要。在運行過程中，增加了藥劑循環利用機構，提高了藥劑利用率，明顯低于設計用藥量。對操作人員要求不高，維護成本低.。經計算，運行綜合單價相對市場水處理較低，約為0.5元/m3。

2.5.4 實時監測

該設施便于全過程實時在線監控，利用網絡監測，實時將圖片、參數傳播，使監測管理人員和環保部門能實時掌握監測數據，監督現場水質處置情況，實現遠程控制。

3 結語

“高效沉淀+快濾+炭濾”水處理設施在引漢濟渭工程的應用，是一個成功的實踐案例，完全解決了工程施工廢水排放問題。工藝流程較簡單，建設周期短，現場占地面積較小，可利用地勢高差布置。適用于臨近河道、水源保護區、環保敏感區，且地方狹窄情況下的施工廢水排放問題。運行指標可靠，穩定，特別是在突發進水量增大，或水質超標的情況下，能夠可靠超負荷運行，處理能力變化系數較大。在當前以十九大生態文明觀為指引，牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念下，為解決水利、鐵路、公路、環保等基礎設施建設中的廢水處理問題，提供了寶貴經驗和參考，值得推廣和應用。