隧道施工廢水處理及回用技術(shù)

黃東華

(中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300000)

綠色施工及環(huán)保理念目前已廣泛應(yīng)用于建筑施工行業(yè)，施工廢水處理及達(dá)標(biāo)排放是目前關(guān)注的熱點(diǎn)課題。在有效處理施工廢水的前提下[1]，達(dá)到中水回用的效果，降低用水量。長大公路隧道施工具有場址相對固定、施工周期相對較長、施工工藝相對單一等特點(diǎn)，適宜采用中水回用。

本工程為標(biāo)準(zhǔn)公路隧道，采用鉆爆法施工，因地層中存在一定的地下水，出水量及施工廢水量合計(jì)約800 m3/d。

1 隧道施工廢水水質(zhì)分析

1.1 隧道施工廢水來源

普通公路隧道施工中的爆破、鉆機(jī)鉆孔、噴射混凝土、注漿、混凝土養(yǎng)護(hù)、場地清洗等作業(yè)涉及用水，另外基巖裂隙水也是施工廢水的來源。本工程施工期水環(huán)境污染源主要為：

(1)爆破施工隧道內(nèi)產(chǎn)生的廢水。施工過程中的泥漿廢水和開挖面的注漿液，將會對周圍的水環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。隧洞通過不良地層時(shí)產(chǎn)生的涌水，也會帶來不利影響。

(2)施工物料廢水，隧道施工物料如油料、水泥、水玻璃等。

(3)施工廢水，施工機(jī)械使用中漏油、滴漏。

(4)施工營地生活污水，如餐飲洗滌污水及糞便污水。

1.2 水質(zhì)監(jiān)測方法及指標(biāo)

通過查閱《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8987-1996)，確定本文中隧道施工廢水的監(jiān)測項(xiàng)目及測試方法如表1所示、指標(biāo)參考值見表2。

表1 廢水監(jiān)測項(xiàng)目及測試方法

表2 出水水質(zhì)指標(biāo)[2] mg/L

1.3 水質(zhì)統(tǒng)計(jì)、分析結(jié)果

通過對多個(gè)隧道工程施工段(上游水體、隧道前方、隧道中、隧道口等)在建階段水樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，隧道廢水水質(zhì)指標(biāo)見表3、表4。根據(jù)廢水水樣分析，得出主要結(jié)果如下：這幾個(gè)公路隧道施工段廢水主要污染類型[4]為SS(固體懸浮物)、NH3-N、pH值及石油類。

1.4 水質(zhì)危害分析

(1)在隧道施工過程中，施工廢水中的大量固體顆粒進(jìn)入地表水，對地表水產(chǎn)生很大的影響，受污染的地表水可能影響附近及水體中的植物、動物的生長發(fā)育、改變生物生理結(jié)構(gòu)。

表3 隧道施工廢水水質(zhì)實(shí)測數(shù)值[3]

表4 施工生活廢水水質(zhì)實(shí)測數(shù)值 mg/L

(2)SS濃度過高會對魚類造成很大影響，甚至死亡。

(3)固體物質(zhì)沉淀于水體底部，會使水底棲生生物受到影響。

2 廢水處理技術(shù)對比分析

2.1 膜技術(shù)

常用的膜分離方法是微濾、納濾、超濾和反滲透[5]，其分類如圖1所示。

圖1 膜技術(shù)分類

2.2 厭氧好氧工藝

A/O工藝，又稱厭氧好氧工藝，普通活性污泥法[6]，其工藝流程見圖2。

2.3 厭氧—缺氧—好氧工藝

A2/O工藝，稱為厭氧—缺氧—好氧工藝[2]，其工藝流程見圖3。

圖2 A/O工藝流程

圖3 A2/O工藝流程

2.4 SBR法

SBR是序列間歇式活性污泥法[7]，其工藝流程見圖4。

圖4 SBR法流程

2.5 4種工藝對比

4種污水處理工藝的特征、優(yōu)缺點(diǎn)及成本等方面的對比情況，具體見表5。

從污水處理技術(shù)自身特點(diǎn)看，膜技術(shù)在確定好合適的滲透膜后，操作最為簡單，但是考慮到速度及施工廢水的粒徑不統(tǒng)一、不均勻，易沉淀的特點(diǎn)，膜技術(shù)在實(shí)際實(shí)施中難度較大。A/O工藝最為簡單、實(shí)用；A2/O工藝技術(shù)成熟，但場地及成本較A/O工藝高；SBR法技術(shù)要求相對較高。

根據(jù)隧道施工項(xiàng)目的臨時(shí)性及用水量較小的特點(diǎn)，并綜合考慮污水處理設(shè)備的建設(shè)及運(yùn)營成本[8]、工期等因素，推薦采用最簡單的A/O工藝。具體設(shè)備結(jié)構(gòu)為：調(diào)節(jié)池—二沉池—混凝反應(yīng)、沉淀池三級處理加污泥濃縮池集污的模式。

3 隧道施工廢水處理技術(shù)

3.1 廢水處理工藝

本項(xiàng)目采用A/O法去除隧道施工廢水中的COD和SS[9]。

表5 工藝對比

(1)進(jìn)水水質(zhì)：COD，300 mg/L；BOD5，180 mg/L；SS：150 mg/L。

(2)處理要求：污水經(jīng)二級處理后應(yīng)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)出水：COD<100 mg/L，BOD5<30 mg/L，SS<70 mg/L，PH=6.0～9.0。處理能力達(dá)到每日800 t，運(yùn)營期排泥周期為3個(gè)月。

3.2 廢水處理設(shè)施

(1)格珊參數(shù)為：間距20 mm，寬度1 000 mm，安裝角度45°。

(2)調(diào)節(jié)池長、寬、高分別為8 m、2 m、3 m。

(3)接觸氧化池。厭氧、曝氣池采用豎流沉淀池，在沉淀池中，污泥和清水被分離并過濾出來，部分上清液進(jìn)入下一個(gè)混凝沉淀池。該池具有脫氮除磷的功能，本設(shè)計(jì)選用鼓風(fēng)曝氣式生物接觸氧化池。污水在池內(nèi)停留時(shí)間一般約為3.0～8.0 h，曝氣裝置供氣量按800 m3/h考慮。接觸氧化濾池體積為146 m3，深約6 m。

(4)混凝反應(yīng)、沉淀池。隧道施工廢水經(jīng)混凝沉淀后，采用物化法進(jìn)一步去除COD和SS。在混凝反應(yīng)階段，沉淀池加入混凝劑PFS、PAM，以去除廢水中懸浮物。沉淀池尺寸與接觸氧化池相似。

(5)污泥濃縮池。主要功能是減少系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥量，一部分回流，另一部分進(jìn)入污濃縮池，上清液至調(diào)節(jié)池。

3.3 大排放量變化的抗荷措施

廢水處理時(shí)常常遇到廢水排放量短時(shí)間內(nèi)急劇變化的情況，因此提出應(yīng)對措施如下：

(1)增加有機(jī)負(fù)荷率，提高菌群發(fā)展[10]。

(2)合理控制泥齡，及時(shí)排除老化菌群。

(3)DO控制，保持曝氣池溶解氧[11]。

(4)合理控制加氯的速率，不破壞活性污泥絮體。

4 成本分析及運(yùn)行效果

建設(shè)費(fèi)用：設(shè)備采購安裝費(fèi)用約38萬元，土建施工費(fèi)用35萬元， 備件費(fèi)用4萬元，三項(xiàng)合計(jì)約77萬元。運(yùn)營期間每噸污水處理費(fèi)用：絮凝劑、混凝劑0.13元，按0.5%產(chǎn)出污泥量處理外運(yùn)費(fèi)用0.5元，電費(fèi)0.4元，日常維護(hù)費(fèi)約1.5元，四項(xiàng)合計(jì)2.53元/t。

施工廢水通過污水處理站處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，并通過中水回用技術(shù)用于現(xiàn)場車輛沖洗及場地降塵，以及生活區(qū)沖洗使用。

5 中水回用技術(shù)

5.1 車輛沖洗

處理合格后的隧道施工廢水可用于施工車輛沖洗，既減少施工車輛對周邊環(huán)境影響，又降低用水量。

5.2 場地降塵

施工區(qū)域四周布置有固定式噴淋系統(tǒng)，在特殊部位采用移動式霧炮，在施工道路范圍采用灑水車，噴淋、降塵水源取自處理合格的中水，降低施工現(xiàn)場水資源的取用量。

5.3 生活區(qū)沖洗

施工生活區(qū)及施工準(zhǔn)備區(qū)的廁所沖洗等對用水水質(zhì)要求不高的情況可采用中水技術(shù)，對廁所沖洗設(shè)施布置專用管路，使用達(dá)標(biāo)的中水。

6 結(jié)論

本工程采用A/O廢水處理工藝，技術(shù)成熟可靠、運(yùn)行成本較為低廉、廢水處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，通過中水利用技術(shù)，將處理后的中水用于現(xiàn)場施工區(qū)、生活區(qū)，降低了輔助用水量。

在實(shí)際工程中，應(yīng)對隧道施工廢水中主要污染物類型以及處理措施設(shè)置、處理水量和水質(zhì)指標(biāo)要求等方面進(jìn)行全面分析，針對隧道施工廢水排放量變化大、濁度變化大、影響因素多的特點(diǎn)，選擇施工便捷、廢水處理負(fù)荷大的施工廢水沉淀技術(shù)設(shè)計(jì)方案。