大涌水炭質板巖隧道廢水處理技術研究

佟洪廣

（中鐵二十局集團第二工程有限公司，西安 710016）

隧道工程作為鐵路建設中的重要組成部分，其對線路截彎取直、縮短線路長度及減少土地占用等有著不可替代的作用。隧道工程對生態環境的影響主要發生在隧道的施工期，其重點影響因素主要為隧道廢渣和廢水。其中，隧道廢水對生態環境影響最直接、最迅速，尤為引起人們的重視[1]。

《中華人民共和國環境保護法》已由中華人民共和國第十二屆全國人民代表大會常務委員會第八次會議于2014年4月24日修訂通過，自2015年1月1日起施行，保護和改善環境已上升至法律層面。

大涌水炭質板巖隧道施工廢水量大，水體色度、濁度超標，直接排放會對周邊河流、農田及生活用水造成污染。本文僅以隧道施工過程中產生的廢水為研究對象，通過現場踏勘、廢水取樣試驗等手段對廢水水質、水量等進行分析研究，結合大涌水炭質板巖隧道施工生產實際，制定出一套行之有效的處理工藝流程，為此類隧道施工期廢水處理提供理論依據、解決思路，可供同仁借鑒參考。

1 工程概況

隧道全長2285 m，隧址區位于湘西山地，地勢陡緩多變，地貌主要為中低山和山間谷地，匯水面積大，地表水系呈網狀發育，水量較豐富。隧道分布粉質板巖及條帶狀粉砂質板巖、泥質板巖等底層，其中出現大涌水地段為一處斷層破碎帶，現場開挖圍巖為炭質板巖，坡度為-11.5‰，設計估算該段最大涌水量為1368 m3/d，現水流量13800 m3/d，月水量測試最高峰涌水量26000 m3/d，水質渾濁，水體呈黑色，觀感極差。

隧道周邊水系較為發育，中小水系密布，隧道口前方大小塊農田依地勢開墾。地表水較發育，水塘、水渠密布；地下水類型主要為孔隙潛水、巖溶裂隙水，受季節變化影響大。

2 廢水處理

2.1 試驗檢測

專業機構取水樣進行檢測，主要指標如表1所示，按環評要求，隧道施工期廢水排放已超過《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）中的一級標準限值。

表1 施工期廢水水質

2.2 處理方案

2.2.1 廢水處理站建設的必要性

原有的30 m×10 m×6 m的大型三級沉淀池，由于涌水量大，已不能滿足廢水凈化要求，需在原有廢水處理基礎上增建廢水處理站，對隧道施工期廢水進行處理，達標排放。

2.2.2 處理工藝

本隧道施工廢水主要超標指標為色度、濁度，核心處理工藝采用快速泥水分離自動過濾+二氧化氯消毒。助凝劑pH值調節劑一并投加。其廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程

2.2.3 處理參數

根據每天廢水量，考慮廢水量非均衡性，結合施工班制，處理規模按600 m3/h設計，消毒液投加量1 mg/L，混凝劑投加量25 mg/L，助凝劑投加量2 mg/L，調沉池停留時間1 h，設備工作時間24 h，運行9個月。

2.2.4 廢水、泥沙最終出路

隧道施工期排放的廢水經處理達標后就近排至附近河流。處理設施排放的泥砂，經污泥干化場干化后與隧道棄渣一起填埋。

2.3 主要處理構筑物和設備選型

2.3.1 預氧化調沉池

施工便道道路狹窄，拐彎半徑較小，多處架空電纜、電線，凈空有限，運輸不便。隧道附近設有拌和站1座，混凝土供應方便，考慮到隧道施工期廢水處理為臨時工程，為節省時間、方便施工、減少占地，其預氧化調沉池采用片石混凝土砌筑，容積為650 m3，現場安排作業人員在隧道附近空地現場澆筑。

在池底設2臺移動式吸沙泵，其參數Q=10 m3/h，H=15 m，N=1.5 kW，定期將泥砂抽至干化場。在預氧化沉淀池前投加消毒液，考慮到原材料便于采購，采用300 g/h，N=6 kW電解法二氧化氯發生器2套，2臺同時工作，原料為食鹽。

2.3.2 提升泵

預氧化調沉池外就地安裝廢水提升泵，其主要作用就是將上層漿液通過提升泵進入“快速泥水分離自動過濾設備”進行過濾，進一步泥水分離、過濾，使其出水濁度在10 mg/L以下。根據現場揚程、流量及功率實際需求，購置提升泵3臺（型號為IS200-150-250B，Q=346 m3/h，H=15 m，N=22 kW），2用1備。

2.3.3 快速泥水分離自動過濾設備

隧道廢水經氧化調沉池沉淀，經提升泵進入快速泥水分離自動過濾設備，購置泥水Q=150 m3/h快速泥水分離自動過濾設備4套，滿足600 m3/h使用要求。獨立運行，自動反沖洗。排泥根據原水濁度，在運行中積累資料，確定排泥周期，繪制濁度-時間關系曲線，以確保其正常功能的發揮。

快速泥水分離自動過濾設備為鋼結構，每套設備由快速泥水分離設備（2個外直徑φ=3.2 m，h=7.5 m鋼罐體）和自動過濾設備（2個外直徑φ=3 m，h=4.5 m鋼罐體）組成。因罐體自重較大，需對原有場地地基進行處理，現場基礎采用C25混凝土基礎，厚0.5 m，高出設計地面0.1 m，處理后進行檢算，檢算結果為地基承載力和抗傾覆能力滿足要求。

在快速泥水分離自動過濾系統前投加絮凝劑和助凝劑。隨著絮凝沉淀技術日益完善，開發的絮凝劑種類繁多，獨具特色的新產品也不斷涌現。凡是用來將水溶液中小的溶質、膠體或是懸浮物顆粒變為絮狀物沉淀的物質都叫絮凝劑，絮凝劑的選擇直接影響絮凝效果[2]。現場經過對多種絮凝劑、助凝劑使用效果進行比選，最后絮凝劑采用聚合氯化鋁，助凝劑采用PAM高分子助凝劑，投藥量按25 mg/L和2 mg/L操作，其投加量根據運行中水質變化情況不斷調整。

2.3.4 污泥干化場

污泥干化場采用磚砌體，分兩格，輪換使用，定期分格清除沉泥。清除的沉泥及時外運與隧道棄渣一并填埋。干化場處設D×H=3 m×4 m鋼筋混凝土抽升井一座，內安裝2臺潛污泵，潛污泵型號為：Q=10 m3/h，H=15 m，N=1.5 kW，一主一備，用以抽升干化場分離的泥水。泥水經“抽升井”分離，留取上清液，重新進入預氧化調沉池、提升泵、快速泥水分離自動過濾設備重復進行處理，直至達標。

2.3.5 其他

隧道廢水處理管和污泥回流管采用普通鋼管，給水管道采用PE管，消毒液管、投藥管采用ABS工程塑料管。

2.4 附屬設施

一是廢水處理站選址。廢水處理站擬選在攪拌站后面的空地處，可以節約成本，不用征地。二是投藥及消毒間。擬采用活動板房，面積115 m2，可直接購買，需考慮使用阻燃材料。三是圍擋設置。為保證設備安全，四周設3.0 m高磚砌圍墻，并設置防爬網和刺絲滾籠。四是設置值班室，由專人負責對出入人員進行審查、登記。

2.5 電力

2.5.1 供電負荷分布及電源選擇

（1）供電負荷分布。廢水處理工程供電負荷主要包隧道廢水處理站內的通信、給排水、空調通風和室內外照明等動力照明負荷。

（2）負荷等級及電源選擇。三級負荷包括廢水處理站內給排水設備、暖通設備、室內外照明等動力照明負荷。三級負荷提供一路電源。

2.5.2 供電原則及方案設計

（1）供電原則。采用技術先進、經濟合理、安全可靠的供電方案，由就近隧道施工電源供電。

（2）供電方案。由廢水處理站附近的拌和站接引一路220/380 V電源給廢水處理站內各負荷供電。在廢水處理站值班室內設總電源配電箱，各水泵附近設置就地控制箱。

2.5.3 主要設備選型

（1）電力線路。低壓電力線路采用全電纜線路。全部采用銅芯，低壓電纜采用聚氯乙烯絕緣電纜。

（2）配電箱、控制箱。室外配電箱、控制箱外殼均采用不銹鋼材質，防護等級為IP65。

2.6 施工及運營注意事項

（1）廢水處理場地應按設計標高整平，要求設備基礎穩固。處理構筑物及管道布置根據現場實際地形地貌情況可適當調整。設備基礎應在設備到貨核對有關尺寸后再行施工，設備的安裝調試及運營管理應嚴格按產品說明執行。混凝劑投加量的選擇應根據原水混凝沉淀試驗結果調整，其出水水質必須達標。

（2）運行期間注意加強管理和安全維護工作。廢水處理站建成投入使用后，應設專職人員進行管理和維護，以確保廢水處理設施的正常運轉。施工期間處理后的水質需定期做水質監測化驗，如出現異常，現場需及時進行相應處理。投藥間、消毒間應保證空氣對流，避免二氧化氯泄漏。

（3）消毒間、投藥間設備均需由設備供應商負責安裝、調試，工作人員要經設備供應商進行操作培訓，熟練掌握。污泥干化場及廢水抽升井處附近有人員活動時，施工及運營期間應注意宣傳告知，確保過往行人安全。在運行中積累資料，確保水質達標，符合排放標準。

（4）二氧化氯能與許多化學物質發生爆炸性反應，對熱、震動、撞擊和摩擦相當敏感，極易分解發生爆炸，它具有很強的腐蝕性。在施工之前要做好作業人員的安全教育培訓工作，配齊安全防護用品，加強通風，確保作業人員安全。廢水處理系統用電量大，要安排專業電工定期對設備及線路進行檢查，提前發現問題，消除隱患。

3 結論

本隧道經過鐵路建設者9個月的艱苦努力，順利通過斷層破碎帶，施工期廢水經過一系列工藝處理，做到了達標排放，未對周邊環境造成任何影響，贏得地方政府和百姓口碑，樹立了施工企業形象，也為子孫后代留下了綠水青山。

只考慮發展經濟，不顧環境保護，以犧牲環境為代價去謀求經濟的發展，是不可取的。塞罕壩兩代人近50年的艱苦奮斗，在極端困難的艱苦條件下，在140萬畝的總經營面積上，成功營造了112萬畝人工林，創造了一個變荒原為林海、讓沙漠成綠洲的綠色奇跡，可破壞卻不用50年。同樣，施工企業要走可持續發展之路，文明施工、綠色施工，建造優質工程，更要綠色工程。