引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞（越嶺段）施工期間污水處理技術(shù)研究

房佳亮

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

1 工程概況

引漢濟(jì)渭工程穿越秦嶺段隧洞全長(zhǎng)81.78 km，隧洞進(jìn)口位于三河口水庫(kù)壩后匯流池，出口位于渭河一級(jí)支流黑河金盆水庫(kù)右側(cè)支溝黃池溝內(nèi)，其中出口段全長(zhǎng)6493 m。里程樁號(hào)K75+286～K81+779，最大埋深約780 m，出口底板高程510.00 m，設(shè)計(jì)流量70 m3/s，坡降1/2530。采用Ⅰ型馬蹄形斷面，初期支護(hù)采用錨網(wǎng)噴加型鋼支撐的柔性支護(hù)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(dú)頭掘進(jìn)，采用鉆爆法施工，無(wú)軌運(yùn)渣。

出口段位于北秦嶺加里東褶皺帶內(nèi)，無(wú)大的斷裂構(gòu)造通過，但秦嶺北麓區(qū)域性斷裂（東西～北西西走向）和岐山～馬召區(qū)域（北西走向）均在隧洞出口外側(cè)通過。巖體受構(gòu)造作用影響嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～較破碎，巖質(zhì)軟弱，節(jié)理密集帶及小揉皺和褶曲發(fā)育。主要涉及地層為第四系全新統(tǒng)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(jié)理、裂隙、巖溶的發(fā)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(bǔ)給，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)最大隧洞正常涌水量12529 m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量15058 m3/d。

2 污水處理系統(tǒng)原理及各部分組成

2.1 污水來(lái)源及主要污染物

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

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

2.2 污水處理系統(tǒng)原理

本套污水處理系統(tǒng)最大處理能力為15200 m3/d，按隧洞預(yù)計(jì)最大涌水量進(jìn)行設(shè)計(jì)。其基本原理為：污水經(jīng)由管道排至洞口初級(jí)沉淀池，在初級(jí)沉淀池內(nèi)沉淀絕大部分粗顆粒后由管道自流至絮凝反應(yīng)池，經(jīng)絮凝反應(yīng)池加藥攪拌絮凝反應(yīng)后流至隔油沉淀池，在隔油沉淀池進(jìn)一步沉淀后最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)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(jī)脫水后運(yùn)至棄渣場(chǎng)填埋，隔油沉淀池中油污及時(shí)進(jìn)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(tǒng)流程圖

2.3 初級(jí)沉淀池

考慮隧洞內(nèi)污水涌水量較大且含泥量高而增設(shè)初級(jí)沉淀池，設(shè)置在隧洞口位置，初級(jí)沉淀池為2組并聯(lián)，主要作用是將污水中的粗顆粒進(jìn)行初級(jí)沉淀。作用原理是隧道內(nèi)污水通過明溝匯集排入初級(jí)沉淀池，削弱水流沖擊荷載來(lái)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(nèi)。通過長(zhǎng)期試驗(yàn)證明，初級(jí)沉淀池可沉淀污水淤泥60%以上。初級(jí)沉淀池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)6 m，寬4 m，深4 m，其結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 初級(jí)沉淀池平面和側(cè)立面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：m）

2.4 藥劑配制系統(tǒng)

2.4.1 藥劑選擇及配合比確定

根據(jù)隧道主要污染物種類和性質(zhì)，選擇目前市場(chǎng)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(wú)機(jī)絮凝劑，與污水按比例混合攪拌后絮凝反應(yīng)去除污水中污染物[1]；PAC是一種無(wú)機(jī)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(wǎng)捕等機(jī)理作用，使水腫細(xì)微懸浮粒子和膠體離子脫穩(wěn)，聚集、絮凝、混凝、沉淀，達(dá)到凈化處理效果。PAM通過產(chǎn)品本身的分子能與分散于溶液中的懸浮粒子架橋吸附，產(chǎn)生極強(qiáng)的絮凝作用[2]。

項(xiàng)目委托有相應(yīng)資質(zhì)的第三方環(huán)境監(jiān)測(cè)單位出具了聚合氯化鋁PAC混凝劑和聚丙烯酰胺PAM無(wú)機(jī)絮凝劑的配合比報(bào)告。

2.4.2 加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)由攪拌桶、水位控制器、時(shí)控電磁閥、2臺(tái)3.5 KW攪拌機(jī)等主要構(gòu)件組成，通過水位控制器控制桶內(nèi)蓄水量自動(dòng)上水，時(shí)控電磁閥控制定時(shí)攪拌、自動(dòng)加藥。按照藥劑配合比，在攪拌桶內(nèi)加入PAC混凝劑和PAM絮凝劑，通過桶內(nèi)攪拌機(jī)攪拌后，將藥劑混合液自流加入絮凝反應(yīng)池。

2.5 絮凝反應(yīng)池

絮凝反應(yīng)池主要用于PAC混凝劑和PAM絮凝劑和原水的混合、反應(yīng)。經(jīng)過初級(jí)沉淀池的出水通過小坡度明溝排水至絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池內(nèi)添加PAC混凝劑和PAM絮凝劑，通過池內(nèi)的低轉(zhuǎn)速絮凝攪拌機(jī)，低速攪拌，利用其機(jī)械能使污水與藥劑充分混合，加速絮凝反應(yīng)[3]。絮凝反應(yīng)池為2組并聯(lián)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸長(zhǎng)15.6 m，寬7.8 m，出水口高度3.72 m，進(jìn)水口高4.8 m，池底坡度i=0.06，在池底一端設(shè)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(yīng)池立面和平面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：m）

2.6 隔油沉淀池

隔油沉淀池共4組，并聯(lián)設(shè)置，單組尺寸長(zhǎng)15.6 m，寬7.8 m，出水口高度3.72 m，進(jìn)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(shè)置集泥槽，加有藥劑的混合水通過進(jìn)水管進(jìn)入，隔油板分隔，水流從下向上流動(dòng)排出溢流管進(jìn)入下一隔油沉淀池，流動(dòng)過程中絮凝體顆粒下落至池底，而后自動(dòng)滑下，進(jìn)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(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式見圖4。

圖4 隔油沉淀池立面和平面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：m）

2.7 池底淤泥清理

受隧洞口場(chǎng)地限制，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法設(shè)置機(jī)械清淤通行道路，采用在初級(jí)沉淀池、絮凝反應(yīng)池和隔油沉淀池池頂設(shè)置自行走淤泥抽排軌道系統(tǒng)完成池頂清淤，小車沿軌道縱橫移動(dòng)排污泵進(jìn)行抽淤，抽排淤泥至臥螺脫泥機(jī)（LWnj-B-6000泥漿專用離心機(jī)），進(jìn)行泥水分離，分離出水再次排入絮凝反應(yīng)池，循環(huán)以上路徑，淤泥脫水后用自卸車運(yùn)至棄渣場(chǎng)填埋。自行走淤泥抽排軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 自行走淤泥抽排軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.8 水質(zhì)處理分析

2.8.1 水質(zhì)處理要求

根據(jù)《陜西省引漢濟(jì)渭工程環(huán)境影響報(bào)告書》（2014年1月）要求，本工程污水處理后排放水質(zhì)需滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中地表Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，主要控制指標(biāo)見表1。

表1 污染物對(duì)應(yīng)地表Ⅱ類水控制標(biāo)準(zhǔn)

2.8.2 水質(zhì)處理統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)過污水處理系統(tǒng)處理的水質(zhì)，我們統(tǒng)計(jì)了近3年來(lái)水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)，見表2，取水樣見圖6，檢測(cè)報(bào)告見圖7。

表2 近3年水質(zhì)處理檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖6 取水樣

圖7 水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告

上述檢測(cè)數(shù)據(jù)均合格，通過長(zhǎng)期試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，污水處理系統(tǒng)處理水質(zhì)能夠滿足地表Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，可供魚類生存，見圖8、圖9。

圖8 處理站末端設(shè)置的生物養(yǎng)生池

圖9 處理水質(zhì)清澈

2.9 施工注意事項(xiàng)

(1)加強(qiáng)施工機(jī)械車輛設(shè)備日常檢查保養(yǎng)，杜絕燃油、機(jī)油外泄；

(2)專人負(fù)責(zé)污水處理系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備日常保養(yǎng)檢查、淤泥清理，保證運(yùn)行良好；

(3)藥劑的滴加量必須經(jīng)試驗(yàn)確定配合比，隨著水量及濁度的變化而經(jīng)常調(diào)整；

(4)配制PAC和PAM水溶液時(shí)，應(yīng)在搪瓷，鍍鋅，鋁制或塑料桶內(nèi)進(jìn)行，不可在鐵容器內(nèi)配制和貯存[2]；

(5)溶解時(shí)，應(yīng)注意將產(chǎn)品均勻的慢慢地加入帶攪拌的溶解器中，氣溫較低時(shí)采取加熱措施，應(yīng)避免結(jié)固，溶液在適宜溫度下配制，并應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間過劇的機(jī)械剪切。建議攪拌器60轉(zhuǎn)/min～200轉(zhuǎn)/min，否則會(huì)導(dǎo)致聚合物降解，影響使用效果[2]；

(6)PAC和PAM水溶液應(yīng)做到現(xiàn)用現(xiàn)配，當(dāng)溶解液長(zhǎng)時(shí)間放置，其性能將會(huì)根據(jù)水質(zhì)情況而逐漸降低[2]；

(7)對(duì)添加了絮凝劑水溶液的混合水，應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間激烈攪拌，否則將會(huì)破壞已經(jīng)形成的絮凝物，降低絮凝沉淀效果[2]。

3 結(jié)論

隧道施工污水處理系統(tǒng)處理水質(zhì)能夠滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中地表Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種高效率、低投入、操作簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)的隧道施工期污水處理技術(shù)。總體投入費(fèi)用較低，后期維護(hù)費(fèi)用少，并可有效保護(hù)水環(huán)境安全，此方法在隧道施工期的水環(huán)境保護(hù)方面值得推廣應(yīng)用。