引漢濟渭秦嶺隧洞（越嶺段）施工期間污水處理技術研究

房佳亮

(中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

1 工程概況

引漢濟渭工程穿越秦嶺段隧洞全長81.78 km，隧洞進口位于三河口水庫壩后匯流池，出口位于渭河一級支流黑河金盆水庫右側支溝黃池溝內，其中出口段全長6493 m。里程樁號K75+286～K81+779，最大埋深約780 m，出口底板高程510.00 m，設計流量70 m3/s，坡降1/2530。采用Ⅰ型馬蹄形斷面，初期支護采用錨網噴加型鋼支撐的柔性支護體系，鋼筋混凝土襯砌，成洞斷面6.76 m×6.76 m，隧洞由出口向小里程方向獨頭掘進，采用鉆爆法施工，無軌運渣。

出口段位于北秦嶺加里東褶皺帶內，無大的斷裂構造通過，但秦嶺北麓區域性斷裂（東西～北西西走向）和岐山～馬召區域（北西走向）均在隧洞出口外側通過。巖體受構造作用影響嚴重，節理裂隙發育，巖體破碎～較破碎，巖質軟弱，節理密集帶及小揉皺和褶曲發育。主要涉及地層為第四系全新統坡積碎石土，中元古界寬坪群四岔口巖組云母片巖夾石英片巖、綠泥巖。

洞身段大多位于地下水位以下，地下水分布主要受節理、裂隙、巖溶的發育和分布情況控制，主要為基巖裂隙水，水量較豐富，受大氣降水補給，設計預測最大隧洞正常涌水量12529 m3/d，可能出現的最大涌水量15058 m3/d。

2 污水處理系統原理及各部分組成

2.1 污水來源及主要污染物

施工期污水來源主要為隧洞內污水及洞外施工場地廢水，其中以隧洞內污水為主。隧洞內污水主要是隧道涌水混和施工廢水、機械污油和泥后在施工車輛碾壓攪動下形成渾濁度很高的污水。洞外施工場地廢水主要為車輛沖洗廢水、機械維修油污水。

污水中主要污染物為：石油類、化學需氧量（COD）、氨氮、硝酸鹽、懸浮物（SS）。

2.2 污水處理系統原理

本套污水處理系統最大處理能力為15200 m3/d，按隧洞預計最大涌水量進行設計。其基本原理為：污水經由管道排至洞口初級沉淀池，在初級沉淀池內沉淀絕大部分粗顆粒后由管道自流至絮凝反應池，經絮凝反應池加藥攪拌絮凝反應后流至隔油沉淀池，在隔油沉淀池進一步沉淀后最終達到排放標準排出。各池中沉淀的淤泥通過大功率污泥泵抽至臥螺脫泥機脫水后運至棄渣場填埋，隔油沉淀池中油污及時進行收集后集中處理。

具體處理流程見圖1。

圖1 污水處理系統流程圖

2.3 初級沉淀池

考慮隧洞內污水涌水量較大且含泥量高而增設初級沉淀池，設置在隧洞口位置，初級沉淀池為2組并聯，主要作用是將污水中的粗顆粒進行初級沉淀。作用原理是隧道內污水通過明溝匯集排入初級沉淀池，削弱水流沖擊荷載來降低水流速度，通過低速平流加速大顆粒淤泥沉淀，粗顆粒污泥沉淀在集泥槽內。通過長期試驗證明，初級沉淀池可沉淀污水淤泥60%以上。初級沉淀池為鋼筋混凝土結構，長6 m，寬4 m，深4 m，其結構形式見圖2。

圖2 初級沉淀池平面和側立面結構示意圖（單位：m）

2.4 藥劑配制系統

2.4.1 藥劑選擇及配合比確定

根據隧道主要污染物種類和性質，選擇目前市場較成熟的處理藥劑，投加聚合氯化鋁PAC混凝劑和聚丙烯酰胺PAM無機絮凝劑，與污水按比例混合攪拌后絮凝反應去除污水中污染物[1]；PAC是一種無機高分子混凝劑，主要通過壓縮雙層，吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網捕等機理作用，使水腫細微懸浮粒子和膠體離子脫穩，聚集、絮凝、混凝、沉淀，達到凈化處理效果。PAM通過產品本身的分子能與分散于溶液中的懸浮粒子架橋吸附，產生極強的絮凝作用[2]。

項目委托有相應資質的第三方環境監測單位出具了聚合氯化鋁PAC混凝劑和聚丙烯酰胺PAM無機絮凝劑的配合比報告。

2.4.2 加藥系統

加藥系統由攪拌桶、水位控制器、時控電磁閥、2臺3.5 KW攪拌機等主要構件組成，通過水位控制器控制桶內蓄水量自動上水，時控電磁閥控制定時攪拌、自動加藥。按照藥劑配合比，在攪拌桶內加入PAC混凝劑和PAM絮凝劑，通過桶內攪拌機攪拌后，將藥劑混合液自流加入絮凝反應池。

2.5 絮凝反應池

絮凝反應池主要用于PAC混凝劑和PAM絮凝劑和原水的混合、反應。經過初級沉淀池的出水通過小坡度明溝排水至絮凝反應池，在絮凝反應池內添加PAC混凝劑和PAM絮凝劑，通過池內的低轉速絮凝攪拌機，低速攪拌，利用其機械能使污水與藥劑充分混合，加速絮凝反應[3]。絮凝反應池為2組并聯鋼筋混凝土結構，尺寸長15.6 m，寬7.8 m，出水口高度3.72 m，進水口高4.8 m，池底坡度i=0.06，在池底一端設置集泥槽，類型均同斜板隔油沉淀池形式，見圖3。

圖3 絮凝反應池立面和平面結構示意圖（單位：m）

2.6 隔油沉淀池

隔油沉淀池共4組，并聯設置，單組尺寸長15.6 m，寬7.8 m，出水口高度3.72 m，進水口高4.8 m，處理能力為3800 m3/d，類型均為斜板隔油沉淀池，池底坡度i=0.06，在池底一端設置集泥槽，加有藥劑的混合水通過進水管進入，隔油板分隔，水流從下向上流動排出溢流管進入下一隔油沉淀池，流動過程中絮凝體顆粒下落至池底，而后自動滑下，進入集泥槽，水面浮油用浮油吸收器收集[4]。通過4組隔油沉淀池絮凝沉淀，從第4組隔油沉淀池溢流管排出。隔油沉淀池為鋼筋混凝土結構，其結構形式見圖4。

圖4 隔油沉淀池立面和平面結構示意圖（單位：m）

2.7 池底淤泥清理

受隧洞口場地限制，現場無法設置機械清淤通行道路，采用在初級沉淀池、絮凝反應池和隔油沉淀池池頂設置自行走淤泥抽排軌道系統完成池頂清淤，小車沿軌道縱橫移動排污泵進行抽淤，抽排淤泥至臥螺脫泥機（LWnj-B-6000泥漿專用離心機），進行泥水分離，分離出水再次排入絮凝反應池，循環以上路徑，淤泥脫水后用自卸車運至棄渣場填埋。自行走淤泥抽排軌道系統結構見圖5。

圖5 自行走淤泥抽排軌道系統結構圖

2.8 水質處理分析

2.8.1 水質處理要求

根據《陜西省引漢濟渭工程環境影響報告書》（2014年1月）要求，本工程污水處理后排放水質需滿足地表水環境質量標準(GB 3838-2002)中地表Ⅱ類水標準，主要控制指標見表1。

表1 污染物對應地表Ⅱ類水控制標準

2.8.2 水質處理統計分析

經過污水處理系統處理的水質，我們統計了近3年來水質檢測報告數據，見表2，取水樣見圖6，檢測報告見圖7。

表2 近3年水質處理檢測數據統計

圖6 取水樣

圖7 水質檢測報告

上述檢測數據均合格，通過長期試驗數據證明，污水處理系統處理水質能夠滿足地表Ⅱ類水標準，可供魚類生存，見圖8、圖9。

圖8 處理站末端設置的生物養生池

圖9 處理水質清澈

2.9 施工注意事項

(1)加強施工機械車輛設備日常檢查保養，杜絕燃油、機油外泄；

(2)專人負責污水處理系統設施設備日常保養檢查、淤泥清理，保證運行良好；

(3)藥劑的滴加量必須經試驗確定配合比，隨著水量及濁度的變化而經常調整；

(4)配制PAC和PAM水溶液時，應在搪瓷，鍍鋅，鋁制或塑料桶內進行，不可在鐵容器內配制和貯存[2]；

(5)溶解時，應注意將產品均勻的慢慢地加入帶攪拌的溶解器中，氣溫較低時采取加熱措施，應避免結固，溶液在適宜溫度下配制，并應避免長時間過劇的機械剪切。建議攪拌器60轉/min～200轉/min，否則會導致聚合物降解，影響使用效果[2]；

(6)PAC和PAM水溶液應做到現用現配，當溶解液長時間放置，其性能將會根據水質情況而逐漸降低[2]；

(7)對添加了絮凝劑水溶液的混合水，應避免長時間激烈攪拌，否則將會破壞已經形成的絮凝物，降低絮凝沉淀效果[2]。

3 結論

隧道施工污水處理系統處理水質能夠滿足地表水環境質量標準(GB 3838-2002)中地表Ⅱ類水標準要求，是一種高效率、低投入、操作簡便、適應性強的隧道施工期污水處理技術。總體投入費用較低，后期維護費用少，并可有效保護水環境安全，此方法在隧道施工期的水環境保護方面值得推廣應用。