建筑工程廢水的處理與利用

李合亮 LI He-liang

（中鐵十五局集團第五工程有限公司，天津300133）

0 引言

隨著新型城鎮化的建設，建筑行業產生了大量的污染物。特別是在地質沖孔施工過程中產生大量的含各類雜質的廢水，在載體樁基施工過程中，由于降水也會產生大量的含鐵、錳等雜質的地下水，不經處理直接排入河道，鐵、錳是人體所必需的微量元素，但是攝入過量的鐵、錳會引起中毒，誘導疾病發生。為避免鐵錳攝入過量而引發疾病，針對廢水中鐵、錳的含量我國制定相應的標準[《生活飲用水衛生標準》（GB15749-2006）]，該標準中明確規定鐵含量≤0.3㎎/L，錳含量≤0.1㎎/L。此外還有混凝土澆灌、混凝土養護、車輛沖洗等產生的廢水，這些混合有地質層雜質的廢水較為零散，不便集中處理，基本上是直接排放。

近幾年綠色建筑理念的提出，一些建筑公司和科研機構在此方面也正在進行探索和研究，建筑工程廢水污染問題得到了一定的改善。現有技術多采用帶溢流堰的沉降池進行澄清后排放，這樣的操作模式多為單元沉降，需要建多個大容量的沉降池用于廢水處理，投資高、結構復雜、占地面積大、穩定連續運行周期短，而且施工完成后需要將沉降池拆除，耗資巨大，處理效果差，廢水沉降時間過長，無法循環利用，不但達不到了環保排放的要求，而且水資源利用率低。也有一些技術采用多級加藥處理工藝，處理工藝過剩、運行成本高、經濟性差，需要人工現場維護，難以進一步推廣和應用。

1 建筑工程廢水的處理工藝

針對現有技術應用存在的投資高、結構復雜、處理工藝過剩、占地面積大、穩定連續運行周期短、運行成本高、經濟性差、能耗大、運行負荷不均勻、水資源利用率低等問題，本建筑工程廢水處理裝置具有工藝簡單、經濟實用、穩定可靠、社會效益好、水資源利用率高等特點。

1.1 工藝流程

工藝流程示意圖如圖1。

圖1 工藝流程示意圖

1.1.1 進出水 建筑工程所產生的廢水通過收集管網匯集到曝氣收集池中經曝氣后進入沉淀池，廢水中大顆粒雜質在沉淀池中后進入調節池，然后通過進水泵送入壓力處理器，經壓力處理器處理后的清水進入清水池，然后再通過清水泵經清水管網送到指定的用水點。

1.1.2 沖洗 當壓力處理器出水水質和內部阻力超過規定時，開啟沖洗泵，對壓力處理器進行沖洗，清除吸附在壓力處理器內部的雜質，沖洗水是利用清水池的清水。壓力處理器通過定期沖洗可實現再生，壓力處理器的運行—沖洗—運行等過程通過開關相關閥門來完成。

1.1.3 沖洗排液 壓力處理器沖洗產生的排液進入洗液收集池，經沉淀后，上部清液回流至曝氣收集池重新進入流程處理；底部污泥與沉淀池底部污泥經脫水后送至指定場所。

1.1.4 曝氣 用曝氣風機對進入曝氣收集中的建筑工程廢水進行曝氣充氧。

1.1.5 控制功能 本工藝系統根據壓力處理器的高壓、低壓，曝氣收集池、沉淀池、調節池、洗液收集池、清水池的液位，傳遞的復位、開關等輸入信號的變化要求，通過改變進水閥、泵、沖洗閥等電動執行機構及元件相對應的輸出信號，經過一個標準的PLC系統實現和達到高低壓力保護、高低液位控制、進水閥、泵、沖洗閥的開啟調節進行自動沖洗等功能的自動控制。

1.2 工藝原理

①鐵、錳初期在廢水中存在的形式通常Fe2+、Mn2+，易溶于水，不易析出去除，為了簡化流程，減少占地面積，本工藝采用將廢水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+氧化成Mn4+，經析出和沉淀再加以過濾的方法達到除去Fe2+、Mn2+的目的。

②由于地下水中的所含二價鐵在水中的溶解度較大，因在地下與空氣隔絕，到地面上一但與空氣接觸Fe2+氧化成Fe3+，與氧迅速反應生成難溶于水的以三價鐵氫氧化鐵為主的氫氧化物，其反應過程為鐵氧化：4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-，最終從水中析出。

③以二價錳的形式溶于水是主要的去除對象，研究和實踐表明當二價錳經氧化轉變成四價錳時，以不溶于水的MnO2及水合物固體物質的懸浮粒子形式存在于水中，輔以一定的物理方法很容易從水中析出。利用溶解氧將Mn2+氧化成Mn4+，以含水二氧化錳（MnO2mH2O）的固體形態從水中分離出來。

④利用曝氣氧化將水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+氧化成Mn4+的固體顆粒后經過壓力處理器中的濾料吸咐過濾最終被除去。壓力處理器中的濾料采用精制石英砂和精制錳砂，以二氧化錳（MnO2）為主要成分的精制錳砂對二價鐵氧化成三價鐵具有良好的催化作用。通常以錳砂中的MnO2的含量高低來評價精制錳砂質量，因為錳砂中的MnO2的含量越高其除鐵效果就越好，人們有時也將精制錳砂稱為除鐵催化劑，含鐵錳地下經過這種催化劑的作用Fe2+可快速氧化成Fe3+，其反應如下：

Fe（OH）3沉淀物經壓力處理器中的精制錳砂濾層后被去除。在去除的過程中，鐵的氫氧化物和高價錳的氫氧化物在濾料表面分別形成“鐵質活性濾膜”、“錳質活性濾膜”，附著在濾料表面的這種膜具有很強的催化活性，所以精制錳砂層起著催化和過濾雙層作用，也有膜過濾的效果，可以使鐵、錳在pH較低的條件下實現接觸氧化，被水中溶解氧氧化為Fe（OH）3和高價錳被并“鐵質活性濾膜”、“錳質活性濾膜”截留在壓力處理器中，從而達到降低建筑工程廢水中鐵、錳等雜質含量的目的。

因此在壓力處理器中裝入精制石英砂和精制錳砂實現去除建筑工程的廢水中的鐵、錳、懸浮物等雜質并脫色、除味，凈化水質。

2 建筑工程廢水的處理與利用效果

以某建筑工程為例，該工程要求處理廢水量為50m3/h，日處理廢水量為1100m3。按上述建筑工程廢水的處理工藝建設了一套處理裝置，其處理與利用效果介紹如下。

2.1 處理前進水水質

處理前廢水水質見表1。

表1 建筑工程廢水進水混合水質

2.2 處理后出水水質

處理前出水水質見表2。

表2 建筑工程廢水出水水質

根據表2中處理的出水分析數據，對照[《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）]標準要求，可見處理后的出水水質基本達到其中的Ⅰ類。

2.3 工程概況

2.3.1 工程投資

約62萬元。

2.3.2 占地面積

約75m2。

2.3.3 運行成本

2.3.3.1 能耗

總運行功率13.25kW.h，電費按0.76元/kW.h計，單位廢水處理能耗為：0.265kW.h，單位廢水處理能耗成本為：E1=0.2014元。

2.3.3.2 人工費

裝置為智能化，僅每天巡檢一次，按每天80元，單位廢水處理人工費為：E2=0.0727元。

2.3.3.3 單位廢水處理總成本

E=E1+E2=0.2741元。

2.3.4 水利用率

該裝置投運后，建設工地用水由自來水改用處理水（生活用水除外）包括消防水、衛生廁所水、環境噴哂水、混凝土用水及其養護水等，水利用率達到較高水平。根據回用水流量計顯示平均每天約回用420m3，用水高峰期近560m3，回用率達38.2%。

2.4 工藝特點

2.4.1 實施流程

某建筑工程廢水處理實施的工藝流程如圖2。

圖2 建筑工程廢水處理工藝流程圖

工程廢水由集水總管進入曝氣收集池，在曝氣收集池中經曝氣風機送入空氣，然后與空氣混合，混合均勻后進入沉淀池進行固液分離，分離后的廢水進入調節池由進水泵送入壓力處理器，經過多種催化吸附濾料處理的廢水達清水要求進入清水池，最后通過清水池中的清水泵送到指定的用水地點。經過多種催化吸附濾料處理后的濾渣由沖洗泵定時定量沖洗后進入洗液收集池。

2.4.2 流程特點

2.4.2.1 接觸氧化

通過曝氣風機將空氣以氣泡形式進入廢水中，廢水經過空氣的不斷翻轉，增大氣—水的接觸面積，使空氣中的氧氣充分分散于水中，提高了廢水鐵、錳離子的氧化速度。曝氣在增加廢水中溶解氧的同時驅除散失了廢水中游離的CO2，提高水的pH值，因為水的pH值越高，越有利于反應向鐵錳的氧化方向進行，提高除鐵除錳效率。

2.4.2.2 催化吸附

經濾料層后去除Fe3+形成的絮凝體（Fe（OH）3沉淀物）；將大部分尚未氧化的Fe2+、Mn2+催化氧化作用和羥基氧化的離子交換作用，以便除鐵。其除鐵、錳是一個自動催化反應過程。結合到化合物中Fe2+、Mn2+，能迅速進行氧化和水解反應，使催化物質得到再生。

2.4.2.3 活性濾膜

除了依靠它自身的催化作用外，還有在過濾時在濾料表面逐漸形成一層鐵、錳質濾膜作為活性濾膜，能起催化作用。新生成的羥基氧化鐵錳作為活性濾膜物質又參與新催化除鐵錳過程，所以活性濾膜除鐵錳過程是一個自動催化過程。

2.4.2.4 優質濾料

精制錳砂對鐵和錳等雜質有較大的吸附容量和較短的“成熟”期，從而延長壓力處理器沖洗周期和快速進入廢水凈化過程。

2.4.2.5 工藝控制

主自動控制部分包括沖洗泵、進出口工藝轉換的四個電動閥、PLC控制柜。在PLC內設定沖洗的時間、周期、次序，當到沖洗的時間時，PLC控制指令將進出口上的四個閥倒換流程，完成后再發出開啟沖洗泵的指令，沖洗開始，沖洗結束后，PLC發出指令，停止沖洗泵，再將進出口上的四個閥倒換到正常流程，然后再進行下一個壓力處理器的沖洗。全過程實現自調自控，無人值守。

2.5 效果

該工藝裝備的使用，得到了工程建筑工程師的認可，由最初的懷凝到信任，并大力宣傳，同時也得到了當地環保部門的支持，解決了當地環保部門對建筑工程廢水處理管理的難題。

圖3 主自動控制部分示意圖

3 結論

實踐表明，建筑工程廢水的處理與利用具有如下優點：①工藝設計合理，廢水處理循環科學，出水達到循環利用要求和環保排放標準，無廢水排放，凈化效果好和再利用率高，減少建筑工程施工現場一次水的消耗，節約了建筑工程的用水成本。②一體化結構緊湊，占地面積小，拆裝、移動、使用維護方便，操作簡單，投資成本和運行成本都比較低，PLC自動化控制程度高，無需專人維護，有效解決了建筑工程廢水處理困難，缺少廢水處理場地，用工成本高昂等問題。③高效沉淀池和洗液收集池，縮短了停留時間，提高了固液分離效果和處理能力，減少了沉淀和洗液收集池的容積，節省了投資和占地面積，無需投放沉降劑。④壓力處理器截污效果好，負荷穩定，確保工藝裝置的安全穩定連續運行周期。⑤無需加藥，能耗低，從而有效降低了的運行成本。⑥單級過濾，流程簡化，運行動力設備少，能耗最低。⑦良好的經濟性，顯著的經濟、環保和社會效益。