隧道施工期廢水處理工程設計

收稿日期：2023-11-27

作者簡介：安新（1987—），男，陜西西安人，工程師。研究方向：工程項目管理。

摘要：隧道工程施工期會產生多種廢水，若直接排放，將對周邊生態環境造成嚴重危害。本文以某隧道工程為例，結合設計規模及水質要求，分析廢水處理工藝流程、主要構筑物設計和各處理單元處理效果。結果表明，采用“隔油沉淀池+一體化氣浮過濾+固定化微生物-曝氣生物濾池（G-BAF池）”處理工藝，出水水質符合《水污染物綜合排放標準》（DB 11/307—2013）的B級排放標準。處理后的廢水進行再生利用，部分可回用于隧道施工。

關鍵詞：隧道；施工期；廢水處理；工藝流程

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.052

Design of wastewater treatment engineering during tunnel construction period

An xin， Zhao Xiaotao， Hu Qiong

（Chengdu Branch of China Anneng Group Third Engineering Bureau Co.， Ltd.， Chengdu 611136， China）

Abstract： During the construction period of tunnel engineering， various types of wastewater will be generated， if discharged directly， it will cause serious harm to the surrounding ecological environment. Taking a certain tunnel project as an example， combined with the design scale and water quality requirements， this paper analyzes the wastewater treatment process， main structure design， and treatment effects of each treatment unit. The results show that using the treatment process of oil separation sedimentation tank+integrated air flotation filtration+Gaia-biological aerated filter （G-BAF tank）， the effluent quality meets the B-level discharge standard of the “Comprehensive Water Pollutant Discharge Standard” （DB 11/307—2013）. The treated wastewater can be recycled and partially reused for tunnel construction.

Keywords： tunnel; construction period; wastewater treatment; process flow

隧道施工期間，廢水主要來源于隧道開挖、混凝土施工、機械設備清洗等活動。這些廢水含有大量懸浮物、泥沙、有機物、礦物油以及化學添加劑，其水質特征表現為高濁度、高懸浮固體含量和可能的化學污染。若直接排放，這些廢水將對周圍生態環境造成嚴重危害。目前，隧道施工廢水處理主要采用物理沉淀、化學處理、生物處理等工藝，存在處理效率不高、占地面積大、運行成本高等不足[1]。鑒于此，本研究提出一種新型廢水處理工藝，即“隔油沉淀池+一體化氣浮過濾+固定化微生物-曝氣生物濾池（G-BAF池）”處理工藝。該工藝首先通過隔油沉淀池去除廢水中的大顆粒懸浮物（SS）和油脂，然后利用一體化氣浮過濾設備去除細小懸浮物和部分溶解性有機物，最后通過G-BAF池進行深度生物處理，以去除廢水中的有機物和氮磷等營養物質。此工藝具有占地面積小、處理效率高、運行成本低等優點，適用于空間受限、環境要求嚴格的隧道施工現場[2]。

1 工程概況

1.1 設計規模及水質要求

某隧道工程全長為13 155 m，最大埋深為388 m，該隧道施工期產生大量低碳氮比、高懸浮物的廢水。廢水中，SS、生化需氧量（BOD）、化學需氧量（CODCr）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）和石油類的濃度分別為520 mg/L、52 mg/L、95 mg/L、17.5 mg/L、16.2 mg/L和

1.38 mg/L，pH為10左右。必須對廢水進行處理，使各污染物指標達到相關排放標準，減少水體污染，保護區域生態環境[3]。該隧道的廢水處理站設計處理能力為40 m3/h，出水符合《水污染物綜合排放標準》

（DB 11/307—2013）的B級排放標準，可以回收利用。

1.2 工藝流程設計

根據施工期廢水特點，為提高廢水處理效果，該隧道廢水處理站采用“隔油沉淀池+一體化氣浮過濾+G-BAF池”的工藝流程，如圖1所示。其間對廢水處理工藝流程進行精細設計，以適應高懸浮物和低碳氮比的特殊水質。首先，廢水通過平流式沉砂池去除重的無機顆粒，然后通過隔油沉淀池和一體化兩級氣浮過濾設備去除油類和微細懸浮顆粒。在進入氣浮設備前，添加聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），形成絮體，與溶氣水中的氣泡結合，通過氣浮作用分離浮渣。清水部分回流，用作溶氣水，余下的通過溢流口流出。處理后的廢水在消毒池中加入次氯酸鈉消毒，滿足回用標準的部分進行回用，另一部分進入G-BAF池進行生物處理，有效去除CODCr、氨氮等污染物。沉砂池和沉淀池外設有集油桶收集浮油，定期處理。污泥經干化處理后運至指定地點處置[4]。

2 主要構筑物設計

2.1 平流沉砂池

平流沉砂池主要用于去除廢水中的沙粒和較大的懸浮物。根據廢水流量和沉砂效率，確定平流沉砂池尺寸（長6.0 m，寬1.3 m），有效水深設計為0.57 m，采用2格設計，以確保足夠的停留時間和沉降效率。為了有效沉降顆粒物，沉砂池中的水流速度需要控制在適宜范圍。經試驗確定，流速為20.55 m3/（m2·h）。砂斗容量按2 d沉砂量計算，每格池有2個沉沙斗，每個沉沙斗為0.20 m3。為提高沉砂效率，沉砂池中設置斜板或斜管，能夠增加有效沉降面積。沉砂池需要定期清理沉積的泥沙，底部設置排泥管道[5]。

2.2 隔油沉淀池

隔油沉淀池主要用于去除廢水中的油脂和輕質懸浮物。隔油沉淀池采用矩形結構，以便收集和清理油脂。池體長度為12.0 m，寬度為2.7 m，有效水深為

1.5 m。設計時，為了確保油脂高效分離，廢水在池中的停留時間控制在2 h。采用機械刮油裝置定期去除浮在水面的油脂。油脂具有腐蝕性，隔油沉淀池要選擇具有足夠強度的材料，以承受長期使用的磨損。

2.3 一體化氣浮過濾設備

一體化氣浮過濾設備將氣浮和過濾相結合，可以有效去除廢水中的細小懸浮顆粒、部分溶解性有機物以及微小的油滴。該設備集成氣浮和過濾兩種處理方式，可節省空間，提高處理效率和可靠性。氣浮單元負責生成微小氣泡，氣泡附著在懸浮顆粒上，使其浮到水面形成浮渣。考慮氣泡大小和分布，氣浮單元的水力停留時間設計為50 min，接觸區接觸時間為10 min，溶氣水的回流比為35%左右。過濾單元去除氣浮處理后仍然懸浮在水中的微小顆粒，采用均質石英砂濾料，平均濾速為12 m/h。設備處理能力設計為80 m3/h，高度設計為4 m，直徑設計為2 m。一體化氣浮過濾設備配備自動控制系統，可自動監測水質，調節氣浮和過濾過程的參數，自動清洗和維護系統。

2.4 G-BAF池

G-BAF池主要用于深度生物處理，以去除廢水中的有機物、氮、磷等營養物質。G-BAF池結合生物膜和活性濾料的優點，具有高效的生物處理能力。G-BAF池處理能力設計為120 m3/h，適應不同的出水水量。G-BAF池采用五組三級設計，單組單級尺寸為5.0 m×5.0 m×4.5 m，大孔生物載體投加量為曝氣池的55%，以固定微生物。G-BAF池設計CODCr負荷為2.25 kg/（m3·d），水力停留時間為25 h，氣水比為30∶1，確保廢水中的污染物得到充分的生物降解。G-BAF池設計有清洗和再生系統，以便保持處理效率。

3 廢水處理效果分析

“隔油沉淀池+一體化氣浮過濾+G-BAF池”處理工藝應用后，該隧道廢水處理站各處理單元的污染物去除效果如表1所示。總體來看，該工藝各處理單元在去除不同類型污染物方面各有側重，通過整體協同作用實現廢水的有效處理。G-BAF池對有機物、氮和磷的去除效果尤為顯著，確保出水符合《水污染物綜合排放標準》（DB 11/307—2013）的B級排放標準。

3.1 平流沉砂池

平流沉砂池可以去除部分顆粒較大的懸浮物，但效率不高，SS去除率為27%。原因可能是一些細小的懸浮顆粒未能有效沉降。BOD和CODCr去除率分別為12%和18%，說明沉砂池對有機物的去除效果有限，它主要機理是物理沉降，對溶解性有機物的處理能力較弱。TN、NH3-N和石油類去除率為0%，表明平流沉砂池對這些污染物幾乎沒有處理效果，這些污染物需要后續處理單元進行去除。

3.2 隔油沉淀池

隔油沉淀池可以進一步去除部分懸浮物，但效率仍然有限，SS去除率為18%。BOD和CODCr去除率分別為20%和19%，表明隔油沉淀池對有機物的去除有一定效果，仍需要進一步處理。石油類去除率為57%，表明隔油沉淀池油脂去除效果顯著。

3.3 一體化氣浮過濾設備

一體化氣浮過濾設備在去除懸浮物方面非常有效，SS去除率高達95%。BOD和CODCr去除率分別為16%和21%，有機物含量進一步降低，但BOD去除率較低。石油類去除率為48%，廢水的油脂含量進一步減少。

3.4 G-BAF池

G-BAF池對懸浮物的去除效果顯著，SS去除率為54%。BOD和CODCr去除率均達到90%，表明G-BAF池在去除有機物方面非常有效。TN和NH3-N去除率均為86%，表明G-BAF池在去除氮類污染物方面效果顯著。石油類去除率為0%，原因可能是前處理單元已經去除大部分油脂，剩余濃度較低，難以進一步去除。

4 結語

隧道施工期會產生大量廢水，本設計采用“隔油沉淀池+一體化氣浮過濾+G-BAF池”處理工藝，處理后廢水中SS、BOD、CODCr、TN、NH3-N和石油類等污染物均實現有效去除，出水符合《水污染物綜合排放標準》（DB 11/307—2013）的B級排放標準。處理后的廢水進行再生利用，部分出水回用于隧道施工。這不僅節約寶貴的水資源，還減少環境污染。水資源循環利用體現可持續發展理念，在資源緊張和環境保護日益受重視的當今社會具有重要意義。

參考文獻

1 劉 飛.鐵路隧道施工期廢水處理站設置原則及規模探討[J].環境科技，2023（1）：39-43.

2 封國強.鐵路工程施工期水環境污染分析與控制[J].鐵路節能環保與安全衛生，2021（5）：25-28.

3 柴寶紅，方布雷，王 巖，等.隧道廢水小粒徑懸浮物微絮凝法快速處理技術[J].隧道與地下工程災害防治，2021（4）：61-67.

4 張 萌.鐵路隧道施工廢水凈化綜合處理技術[J].運輸經理世界，2020（3）：122-124.

5 路文旭.隧道施工廢水處理工程設計[J].鐵路節能環保與安全衛生，2019（6）：14-17.