鐵路隧道工程施工廢水處理對策研究

（中鐵上海工程局集團第一工程有限公司，安徽蕪湖 241000）

1 鐵路隧道工程施工廢水來源和特點

1.1 鐵路隧道工程施工廢水來源

鐵路隧道工程在施工時，由于隧道需要深入地下，易出現(xiàn)水質(zhì)污染的問題，尤其在一些南方地區(qū)，地下水系較為豐富，在這種情況下開展地下隧道施工會對地下水產(chǎn)生污染破壞。當廢水沒有經(jīng)過處理便被排放后，會對地表水體和人們的身體健康產(chǎn)生危害。在具體隧道施工中，常見的是用火藥爆破施工，還需要打樁施工、混凝土灌注和加固等，這些施工行為會對隧道周圍巖壁產(chǎn)生一定影響，巖石上的水泥脫落后，會產(chǎn)生大量泥漿而引起水污染，會威脅到施工隊伍在地下施工的安全。由于在地下施工時空間狹小、地質(zhì)水文條件復雜，如果隨意堆放施工材料，可能會滑落到水中直接污染地下水源。具體來說，隧道工程施工廢水主要有兩個來源，其一，穿越不良地質(zhì)時產(chǎn)生的涌水，這些涌水主要來自地下孔隙水、裂隙水、巖溶水，地下水的水量較大、水質(zhì)較好，如果在施工時不受污染可以直接排放。在鐵路隧道工程施工中，由于施工活動被排放的清水，在排出隧道時易被施工產(chǎn)生的廢水、因機械泄漏產(chǎn)生的油類物質(zhì)污染，目前大部分隧道工程施工沒有實施清水、污水分流。因此，原來的地下清水涌出后可能會與施工廢水混合被一同排出，直接導致所需處理的廢水量增大。另外一部分廢水是指施工活動產(chǎn)生的廢水，主要指爆破和鉆孔施工產(chǎn)生的廢水，如爆破后降塵使用的水變成受污染的廢水，噴射混凝土與注漿也會產(chǎn)生廢水。由于不同隧道其地質(zhì)、圍巖性質(zhì)不同，水質(zhì)會有一些差異，相同的隧道由于工期、施工時間存在差異、隧道突水、突泥現(xiàn)象的發(fā)生均會對施工廢水產(chǎn)生一定影響。

1.2 鐵路隧道工程施工廢水的特征

大部分鐵路隧道工程施工在較偏僻的地方進行，隧道環(huán)境復雜，施工產(chǎn)生的廢水中污染物成分比較復雜，可采用玻璃電極法、重量法、紅外光度法、重鉻酸鹽法、稀釋、接種等方法對污染物的酸堿值、懸浮物、石油類物質(zhì)、化學需氧量、生化需氧量等進行測試分析。當隧道施工廢水的酸堿值超出了允許排放的標準，懸浮物檢測最大、最小值均超出了允許排放濃度，會對環(huán)境造成較大的污染破壞。如果這些廢水未經(jīng)過處理便排放到洞外地表，再順著巖洞進入水體中會污染地表水體，會對周圍植物產(chǎn)生破壞。隧洞施工廢水的水質(zhì)和涌水滲水量、圍巖的類別等有較大的關(guān)聯(lián)，隧洞涌水滲水量小、廢水水質(zhì)指標偏差大，需要處理的廢水量較小。當隧洞的涌水滲水量較大、廢水水質(zhì)指標較好時需要處理的廢水量增大。隧洞的圍巖質(zhì)量較差，巖石強度較低可能會在施工中由于施工活動的影響，產(chǎn)生大量泥漿，影響廢水水質(zhì)。

2 鐵路隧道工程施工廢水主要污染物和對環(huán)境的影響

鐵路隧道工程施工廢水中，主要污染物為水中固體懸浮物、化學需氧量、少量的石油類物質(zhì)和堿性物質(zhì)。含有堿性物質(zhì)是由于在施工時，噴射混凝土和注漿的水發(fā)生水解反應產(chǎn)生了硅酸鈣物質(zhì)和氫氧化鈣物質(zhì)。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，隧道工程施工廢水中污染物濃度分別為：懸浮物450～5 000 mg/L，化學需氧量28～160 mg/L，石油類物質(zhì)0.2～20 mg/L，氨氮1.4～3.4 mg/L。

鐵路隧道施工產(chǎn)生廢水會對周圍的水體環(huán)境、植物、魚類等產(chǎn)生一定破壞，當施工廢水直接排入周邊地表水體中會導致地表水體的污染，當隧道工程開挖施工時，會對地下水環(huán)境產(chǎn)生破壞。廢水中懸浮物濃度太高會降低水的透明度，大量固體物質(zhì)沉淀在河底會覆蓋魚類的產(chǎn)卵場，破壞了水生生物的繁衍生存。

3 國內(nèi)外關(guān)于隧道工程施工廢水的處理研究

3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

鐵路隧道一般處在地形較復雜的山區(qū)，這些地區(qū)地勢崎嶇地下空間較為狹窄，受到地形地勢的影響，隧道工程施工時產(chǎn)生的廢水無法采用復雜的處理方法。國內(nèi)目前針對鐵路隧道廢水的處理，常見的是沉砂、混凝沉淀、氣浮和過濾等。如庫格線阿爾金山隧道采用鉆爆法施工后，隧道的進口段穿越第三系泥巖夾砂巖地層，巖層具有一定的膨脹特性，該隧道處在自然保護區(qū)域，對施工廢水處理時，須綜合考慮當?shù)氐牡貏莸匦螚l件、圍巖特征、當?shù)氐淖匀画h(huán)境，經(jīng)設(shè)計研究后采用平流沉砂池+隔油沉淀池+一體化兩級氣浮過濾的處理工藝。對陽安二線沿線隧道施工，由于施工現(xiàn)場距離漢江水體較近，在處理廢水時采用了經(jīng)典處理方式，可減少對自然水體的破壞。一般在沉淀時為了取得較好的沉淀處理效果，應確保廢水在沉淀池中停留的時間大于1.5 h，控制進水區(qū)的水流速度小于30 mm/s，有效水深控制在3～4 m。國內(nèi)對隧道廢水的處理上采用了酸堿中和、混凝作用和斜管沉淀等方式。酸堿中和是由于施工廢水中含有一些堿性物質(zhì)，通過加入鹽酸可中和降低廢水的酸堿值，使其達到排放的標準，經(jīng)過初沉的廢水送入酸堿反應池中，加入一定濃度的鹽酸，經(jīng)攪拌混合均勻后，采用試紙檢測酸堿值是否達到了廢水排放的標準，如果不達標則繼續(xù)調(diào)節(jié)鹽酸的流量直到滿足要求。需要注意的是，一般混凝劑自身有適用的酸堿值范圍，酸堿中和應在混凝作用前開展，避免對混凝劑的影響，確保良好的處理效果。

3.2 國外研究現(xiàn)狀

國外對于隧道廢水處理的研究，常見的是采用微濾和反滲透的方式進行隧道施工廢水處理，使用微濾膜系統(tǒng)實現(xiàn)對廢水的降濁，將廢水濁度降到一定值以后，再使用反滲透和微濾組合的方式去除廢水中的有機和無機污染物，達到排放水質(zhì)的要求。

Tsai等設(shè)計了化學反應與微濾處理結(jié)合的隧道施工廢水處理系統(tǒng)，檢驗廢水中各污染物成分的濃度，利用化學反應生成可溶性二氧化硅，化學試劑和酸堿值均會對去除二氧化硅產(chǎn)生影響。在化學試劑氯化鈣的濃度和酸堿值足夠高時，可降低水體中二氧化硅的濃度，但繼續(xù)增加氯化鈣并不能持續(xù)降低二氧化硅的濃度，說明化學試劑的使用有一定限值，超出了這個限值不能再起到去除沉淀物的作用。

酸堿值在一定范圍時，加入氯化鎂比加入氯化鈣去除二氧化硅的效果更好。Lee等設(shè)計了兩步微濾與反滲透結(jié)合的系統(tǒng)，實現(xiàn)對隧道施工廢水的處理，廢水先經(jīng)過微濾系統(tǒng)進行處理后去除其中的微污染物，如重金屬、懸浮物，使廢水濁度下降到一定值下，再進入反滲透系統(tǒng)中實現(xiàn)對污染物的有效去除，去除率可達95%以上，降低了廢水的濁度和污染物的濃度。使用反滲透系統(tǒng)可以減少廢水中的鹽度，采用此工藝處理隧道廢水可使鹽度接近于0，可使處理后的水質(zhì)滿足排放的條件。

4 結(jié)合隧道工程試驗分析對鐵路隧道工程施工廢水的處理

4.1 混凝沉淀

此隧道工程對施工廢水的處理采用了沉砂、混凝沉淀、氣浮和過濾的組合工藝，通過對各個處理工藝環(huán)節(jié)對懸浮物去除效果的監(jiān)督檢測，可驗證每一項工藝對于廢水污染物的去除效果。

混凝沉淀使用聚合氯化鋁混凝藥劑，混凝土沉淀對懸浮顆粒的去除率達86%左右，懸浮物的濃度在經(jīng)混凝沉淀后濃度控制在110 mg/L，混凝沉淀對懸浮顆粒去除的效果較好，但去除的效果隨著進水水量的增多而下降。當廢水處理設(shè)施實際進水流量過大，運行負荷較大時，可通過加大混凝藥劑量進行緩沖，能有效提高懸浮顆粒去除率，降低了處理設(shè)施的運行壓力。當經(jīng)處理后，懸浮顆粒的出水濃度無法滿足污水排放標準時，說明該沉砂、混凝沉淀的工藝無法滿足實際隧道污水處理的要求，須對該污水處理設(shè)施進行改進優(yōu)化。

4.2 氣浮

氣浮處理工藝對于懸浮顆粒的去除效果，其去除率可達到7%～20%，懸浮顆粒的出水濃度一般在100～150 mg/L之間，氣浮工藝去除懸浮顆粒的效果較差，去除率不高，出水中的懸浮顆粒的濃度不能滿足污水排放標準要求。因此，可以判斷氣浮處理工藝對于廢水中懸浮物的去除效果不佳，主要以去除懸浮物污染物的隧道施工廢水處理系統(tǒng)中，可節(jié)省氣浮處理的環(huán)節(jié)。

4.3 過濾

通過試驗發(fā)現(xiàn)過濾處理工藝對懸浮物的去除效果，去除率達到53%以上，且出水中懸浮物的濃度控制在40%左右，說明過濾工藝對于懸浮物的去除效果較好。在進水中懸浮物濃度不斷上升的情況下，可采用過濾處理工藝確保出水中懸浮物濃度的穩(wěn)定，確保去除廢水中懸浮物效果的穩(wěn)定。過濾處理工藝抗負荷的能力較好，出水中懸浮物的濃度一般滿足污水排放標準要求。

5 結(jié)語

綜上所述，隧道工程施工廢水主要污染物中包括懸浮物、石油類物質(zhì)、氨氮和少量COD物質(zhì)，但以懸浮物為主。對懸浮物污染物的處理工藝常見的有沉砂、混凝沉砂、氣浮和過濾等，其中以混凝沉砂和過濾處理工藝為最佳，可確保懸浮物的處理效果和出水中懸浮物濃度的穩(wěn)定，使出水中懸浮物濃度達到排放標準。基于對隧道工程施工廢水來源、特點的研究，建議在石油類污染物含量較低時，可直接取出氣浮處理環(huán)節(jié)，設(shè)置沉砂、混凝沉淀和過濾處理系統(tǒng)，簡化系統(tǒng)處理流程，節(jié)約成本，起到良好的去除污染物的效果。