黃土溝壑區(qū)鐵路隧道施工廢水采樣分析及處理對(duì)策

桂浩堯,顏　瑾

(1.西安鐵路局，陜西 西安　710054；2.西安市長(zhǎng)安區(qū)環(huán)保局監(jiān)測(cè)站，陜西 西安　710100)

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黃土溝壑區(qū)鐵路隧道施工廢水采樣分析及處理對(duì)策

桂浩堯1,顏瑾2

(1.西安鐵路局，陜西 西安710054；2.西安市長(zhǎng)安區(qū)環(huán)保局監(jiān)測(cè)站，陜西 西安710100)

摘要：為解決黃土溝壑區(qū)隧道施工引起水源地污染導(dǎo)致工程停工的問題，通過對(duì)某鐵路隧道工程中施工廢水的沿途采樣分析，提出黃土溝壑區(qū)隧道施工廢水主要超標(biāo)指標(biāo)為濁度和色度，主要污染途徑為施工廢水在排放過程中攜帶了徑路上的泥沙等膠體懸浮物，并據(jù)此優(yōu)化了原有的沉淀池處理方案，采用混凝沉淀對(duì)該黃土溝壑區(qū)鐵路隧道施工廢水進(jìn)行了處理，并取得了良好的處理效果。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；施工廢水；處理

“十二五”期間，我國的鐵路建設(shè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，路網(wǎng)規(guī)模和質(zhì)量都有了很大的提高。全國鐵路網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，營業(yè)里程已達(dá)12．1萬km，其中高速鐵路超過1．9萬km，“四縱四橫”高速主骨架基本建成[1]。在下一個(gè)五年中，黨的十八屆五中全會(huì)《決議》[2]中提出了要堅(jiān)持綠色發(fā)展的理念，要求鐵路建設(shè)更加注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，形成人與自然和諧發(fā)展的格局。在鐵路建設(shè)中，鐵路隧道穿越崇山峻嶺把大山兩邊的世界聯(lián)系起來。在帶來交通便捷的同時(shí)，如何妥善處理好鐵路隧道施工與水源保護(hù)區(qū)、森林公園等環(huán)境敏感點(diǎn)的保護(hù)成為一個(gè)亟待解決的問題。如何通過工程措施有效控制施工中污染物的排放，對(duì)于推進(jìn)鐵路建設(shè)科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建和諧的人與自然環(huán)境有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

本文對(duì)某黃土溝壑區(qū)鐵路工程中如意隧道進(jìn)行研究。該隧道位于黃土臺(tái)塬區(qū)，根據(jù)地勘資料隧道圍巖多為砂巖、泥巖等，圍巖級(jí)別以Ⅳ級(jí)為主。隧道為雙線隧道，全長(zhǎng)9 808 m，是全線的控制性工程。施工過程中設(shè)4座斜井作為輔助坑道，進(jìn)、出口及斜井共同掘進(jìn)，Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法或短臺(tái)階法施工，Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階七部開挖法或三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工。以該隧道施工廢水為控制對(duì)象，以物理化學(xué)法為主要技術(shù)手段，以達(dá)標(biāo)排放和經(jīng)濟(jì)合理為處理原則，對(duì)山區(qū)鐵路隧道施工廢水處理方法進(jìn)行了研究，優(yōu)化了處理方案。

1現(xiàn)場(chǎng)問題及來源分析

施工過程中施工單位在1#斜井出口設(shè)置了2座300 m3沉淀池，施工廢水經(jīng)沉淀后沿溝谷自流排放。排放的施工廢水流經(jīng)徐水溝上游流入當(dāng)?shù)氐诙嬘盟吹丶t旗水庫引起部分水域水面顏色變?yōu)榧t色，群眾多次向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門投訴。經(jīng)環(huán)保部門現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)、調(diào)查、取證，兩次致函現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)，要求如意隧道1#斜井停止施工并采取有效措施處理施工廢水。

隧道施工廢水來源主要有三類：一是施工過程中各工序產(chǎn)生的廢水；二是伴隨施工過程的隧道涌水和圍巖滲水；三是施工人員產(chǎn)生的生活污水[3]。

2水質(zhì)采樣分析

2.1采樣點(diǎn)選擇

共選擇5個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)1～5分別為：1#斜井正洞掌子面、1#斜井洞口、橋頭河村村頭108國道橋下、徐水溝匯入紅旗水庫處、紅旗水庫下游大壩附近取水口(圖1)。

圖1　采樣點(diǎn)位示意圖

2.2水質(zhì)分析

按照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行檢測(cè)，選擇色度、濁度、pH值、Ca2++Mg2+、CODMn作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(1) 色度和濁度(表1)。

表1　隧道施工廢水色度和濁度隨徑流變化的比較

1號(hào)采樣點(diǎn)水樣的色度和濁度與5號(hào)采樣點(diǎn)一致，明顯優(yōu)于2至4號(hào)采樣點(diǎn)。說明掌子面水樣的色度和濁度指標(biāo)優(yōu)于沿途其他采樣點(diǎn)。2號(hào)、3號(hào)采樣點(diǎn)濁度值大于1 000，而4號(hào)采樣點(diǎn)雖然濁度較低但呈乳白色，說明水樣中細(xì)微懸浮物或膠體物較多。

(2) pH值。5個(gè)采樣點(diǎn)的pH值均在8.05至9.04之間，呈弱堿性。變化幅度較小(圖2)。

圖2　隧道施工廢水pH值隨徑流變化的比較

(3) Ca2++Mg2+。水的硬度在掌子面和流入水庫后較大，在徑流的過程中較小(圖3)。

圖3　隧道施工廢水硬度隨徑流變化的比較

(4) CODMn。CODMn在1.01mg/L-1至1.93 mg/L之間變化幅度較小，并符合I類水體要求。同時(shí)隨著排水徑流長(zhǎng)度的增加呈顯著上升趨勢(shì)(圖4)。

圖4　隧道施工廢水CODMn隨徑流變化的比較

2.3污染物的來源

(1) 濁度。主要是鉆爆法施工中，機(jī)具鉆眼及爆破產(chǎn)生的微小顆粒物及粉塵與隧道出水混合，加之散落的石塊在作業(yè)過程中受碾壓破碎進(jìn)入隧道排水造成。

(2) pH值。主要是混凝土施工引起排水的酸堿度的變化，

(3) Ca2++Mg2+。主要是來自隧道圍巖經(jīng)爆破、碾壓進(jìn)入水體。

(4) CODMn。施工過程中施工機(jī)械以及突發(fā)的設(shè)備漏油產(chǎn)生油污以及工人在施工作業(yè)的過程中產(chǎn)生的有機(jī)污染物。其中油類是化學(xué)污染物的主要成分，其排放濃度與施工管理及機(jī)械養(yǎng)護(hù)關(guān)系密切[5]。

3處理方案

3.1工藝選擇

鑒于施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄，施工便道運(yùn)輸條件較差，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果和蔣紅梅等人的研究，以及祝捷[6]、陳培帥[7]、靳李平[8]等人對(duì)處理工藝的探索選擇物理化學(xué)處理工藝進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)處理后的出水進(jìn)行有組織排放。

3.2工藝流程

廢水處理工藝流程見圖5所示。

圖5　廢水處理工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用地下水動(dòng)力學(xué)法計(jì)算，如意隧道1#斜井施工正常涌水量估算為6 300 m3/d，設(shè)計(jì)處理能力按Q=300 m3/h計(jì)算，每日24 h連續(xù)運(yùn)行。斜井洞口至廢水處理站采用鑄鐵排水管排水，在坡度較大段落及管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置混凝土抗滑支墩。隧道施工廢水進(jìn)入處理站后經(jīng)平流式沉砂池去除較重的無機(jī)顆粒后，經(jīng)混合池加藥絮凝攪拌，流入隔油沉淀池，混凝沉淀后的廢水經(jīng)過砂濾罐、活性炭濾罐深度處理達(dá)到文獻(xiàn)[9]的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入回用水池，處理后廢水部分回用，其余部分經(jīng)6 km長(zhǎng)的d300 mm鑄鐵管排放至紅旗水庫下游泄洪渠內(nèi)。

沉砂池和隔油沉淀池外設(shè)置集油筒，桶內(nèi)含油排渣等定期收集后，運(yùn)至地方環(huán)保部門指定地點(diǎn)填埋、焚燒處理。沉砂池與隔油沉淀池應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清淤，沉砂運(yùn)至隧道棄渣場(chǎng)填埋。

根據(jù)砂濾罐、活性炭濾罐的運(yùn)行情況，及時(shí)對(duì)濾料進(jìn)行反沖洗。反沖洗用水采用回用水池貯存水，反沖洗出水經(jīng)廢水泵井抽升至混合池處理。

當(dāng)隧道涌水量大于處理構(gòu)筑物能力時(shí)，應(yīng)暫停施工，及時(shí)進(jìn)行封堵作業(yè)。

3.3主要構(gòu)筑物

采用平流式沉砂池，兩格設(shè)計(jì)，采用人工排砂，去除大粒徑顆粒。隔油沉淀池有效水深2 m，按水力停留時(shí)間2 h計(jì)算，用于油水分離，泥砂沉淀。砂濾罐、活性炭濾罐用于廢水深度處理，確保達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.4處理藥劑及投加設(shè)備

在混合池和氣浮池前設(shè)一體化自動(dòng)加藥裝置，根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告，進(jìn)水呈弱堿性，采用PAC作為混凝劑，同時(shí)適量投加酸性中和劑或PAM作為助凝劑。加藥機(jī)采用一體化自動(dòng)加藥裝置。

3.5其他注意事項(xiàng)

廢水處理站在隧道洞外的選址不應(yīng)影響隧道正線施工。同時(shí)應(yīng)采取修建排水管(溝)等設(shè)施避免混入作業(yè)場(chǎng)區(qū)的其他生產(chǎn)、生活污水，確保滿足處理設(shè)施的最大處理能力。

同時(shí)，施工過程中要做好隧道內(nèi)水倉及排水溝的隔離措施，及時(shí)清碴。斜井洞口至廢水處理站間的排水管路應(yīng)結(jié)合實(shí)際地形鋪設(shè)，在坡度較大段落及管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置抗滑支墩,采用180°混凝土基礎(chǔ)，以保證管道運(yùn)行安全。廢水處理站場(chǎng)地應(yīng)達(dá)到地基承載力100 kPa以上。

4處理效果

按照文獻(xiàn)[10]的要求，對(duì)出水進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示處理后的出水適用于預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土、素混凝土的拌和(表2)。

表2　處理后出水水質(zhì)

5結(jié)論及建議

(1) 水中污染物以無機(jī)物為主,有機(jī)污染物含量較少；濁度為主要的超標(biāo)指標(biāo)。正洞掌子面水質(zhì)好于其他各采樣點(diǎn)的水質(zhì)。

(2) 隧道掘進(jìn)施工并不會(huì)直接對(duì)水質(zhì)造成污染，主要的污染途徑是施工廢水在排出的過程中攜帶的流徑線路上的泥沙等懸浮物。

(3) 通過混凝沉淀、氣浮、過濾等處理工藝，出水水質(zhì)滿足達(dá)標(biāo)排放要求。

(4) 采取有組織排水措施能夠有效降低施工廢水在徑流過程中引入其他污染物加重污染。

(5) 結(jié)合利用水泥處理公路隧道施工廢水的探索，從降低處理成本的角度可考慮用水泥代替PAC、PAM進(jìn)行進(jìn)一步研究[11-12]。

〔參考文獻(xiàn)〕

[1]孫永福.闊步邁向鐵路現(xiàn)代化[J].鐵道學(xué)報(bào),2016(1):1.

[2]新華社北京電.中國共產(chǎn)黨第十八屆中央委員會(huì)第五次全體會(huì)議公報(bào)[J].交通財(cái)會(huì), 2015(11):45.

[3]徐志嬙.山嶺隧洞施工廢水處理方法探討[J].給水排水，2013,39(3)：57-60.

[4]TB 10104-2003，鐵路工程水質(zhì)分析規(guī)程[S].

[5]鄭新定,丁遠(yuǎn)見.隧洞施工廢水對(duì)水環(huán)境的影響分析及應(yīng)對(duì)措施[J].現(xiàn)代隧洞技術(shù)，2007(12):44.

[6]祝捷.引漢濟(jì)渭工程輸水隧洞施工廢水處理工藝研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2014(6):109-113.

[7]陳培帥，季鐵軍.絮凝劑在隧道施工廢水處理中的應(yīng)用研究[J].公路交通技術(shù),2012(2):138-140.

[8]靳李平，李厚峰，金鵬康，等.秦嶺輸水隧洞施工期廢水水質(zhì)評(píng)價(jià)及工藝研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,36(6):155-158.

[9]GB 8978-1996，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[10]TB 10424-2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[11]桂浩堯.公路施工廢水污染控制研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[12]劉萍.水泥+PAC處理隧道施工廢水技術(shù)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

收稿日期：2016-03-30；修改日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：桂浩堯(1981-)，男，山西沁縣人，碩士，西安鐵路局工程師．

中圖分類號(hào)：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)02-0244-03