大涌水炭质板岩隧道废水处理技术研究

中国资源综合利用Vol.36，No.112018年11月污水治理大涌水炭质板岩隧道废水处理技术研究佟洪广（中铁二十局集团第二工程有限公司，西安 710016）摘要：炭质板岩隧道施工过程中会产生大量废水，水体浑浊，呈黑色，直接排放将对周边农田、河道及生活用水造成污染。经专业机构取水样检测分析，结果显示，其磷、氨氮、水中悬浮物和色度等指标均超标。原有的大型三级沉淀池由于涌水量大，已不能满足废水净化要求，废水处理站建设势在必行。废水处理站独立运行，采用快速泥水分离自动过滤+二氧化氯消毒核心处理工艺，自动反冲洗，使水质达到排放标准，不对周边环境造成影响。关键词：大涌水；炭质板岩隧道；废水处理技术中图分类号：X70文献标识码：A文章编号：1008-9500(2018)11-0051-04StudyonWastewaterTreatmentTechnologyofGushingWaterCarbonaceousSlateTunnelTongHongguang(NO.2EngineeringCorporationLimitedofCR20G,Xi'an710016,China)Abstract:Duringtheconstructionofcarbonaceousslatetunnels,alargeamountofwastewaterwillbegenerated,andthewaterbodywillbeturbidandblack.Directdischargewillcausepollutiontosurroundingfarmland,riversanddomesticwater.Thewatersamplesfromtheprofessionalinstitutionsweretestedandanalyzed.Theresultsshowedthattheindicatorssuchasphosphorus,ammonianitrogen,suspendedsolidsandcolorinthewaterexceededthestandard.Theoriginallarge-scalethree-stagesedimentationtankhasbeenunabletomeetthewastewaterpurificationrequirementsduetothelargeamountofwaterinflow,andtheconstructionofwastewatertreatmentstationsisimperative.Thewastewatertreatmentstationoperatesindependently.Itadoptsrapidmud-waterseparationandautomaticfiltration+chlorinedioxidedisinfectioncoretreatmentprocess,andautomaticbackwashing,sothatthewaterqualitymeetsemissionstandardsanddoesnotaffectthesurroundingenvironment.Keywords:seriouswater;carbonslatetunnel;wastewatertreatment;technologyresearch隧道工程作为铁路建设中的重要组成部分，其对线路截弯取直、缩短线路长度及减少土地占用等有着不可替代的作用。隧道工程对生态环境的影响主要发生在隧道的施工期，其重点影响因素主要为隧道废渣和废水。其中，隧道废水对生态环境影响最直接、最迅速，尤为引起人们的重视[1]。《中华人民共和国环境保护法》已由中华人民共和国第十二届全国人民代表大会常务委员会第八次会议于2014年4月24日修订通过，自2015年1月1日起施行，保护和改善环境已上升至法律层面。大涌水炭质板岩隧道施工废水量大，水体色度、浊度超标，直接排放会对周边河流、农田及生活用水造成污染。本文仅以隧道施工过程中产生的废水为研究对象，通过现场踏勘、废水取样试验等手段对废水水质、水量等进行分析研究，结合大涌水炭质板岩隧道施工生产实际，制定出一套行之有效的处理工艺流程，为此类隧道施工期废水处理提供理论依据、解决思路，可供同仁借鉴参考。1 工程概况隧道全长2285m，隧址区位于湘西山地，地势陡缓多变，地貌主要为中低山和山间谷地，汇水面积收稿日期：2018-09-05作者简介：佟洪广（1983-），男，辽宁营口人，工程师，从事隧道与地下工程技术与管理工作。中国资源综合利用第11期污水治理大，地表水系呈网状发育，水量较丰富。隧道分布粉质板岩及条带状粉砂质板岩、泥质板岩等底层，其中出现大涌水地段为一处断层破碎带，现场开挖围岩为炭质板岩，坡度为-11.5‰，设计估算该段最大涌水量为1368m3/d，现水流量13800m3/d，月水量测试最高峰涌水量26000m3/d，水质浑浊，水体呈黑色，观感极差。隧道周边水系较为发育，中小水系密布，隧道口前方大小块农田依地势开垦。地表水较发育，水塘、水渠密布；地下水类型主要为孔隙潜水、岩溶裂隙水，受季节变化影响大。2 废水处理2.1试验检测专业机构取水样进行检测，主要指标如表1所示，按环评要求，隧道施工期废水排放已超过《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准限值。表1 施工期废水水质序号检测项目数值一级排放标准限值1总磷（mg/L）0.40.12氨氮（mg/L）19153悬浮物（mg/L）260804色度（mg/L）3701005粪大肠菌群（个/L）14000100006pH10.86～92.2处理方案2.2.1废水处理站建设的必要性原有的30m×10m×6m的大型三级沉淀池，由于涌水量大，已不能满足废水净化要求，需在原有废水处理基础上增建废水处理站，对隧道施工期废水进行处理，达标排放。2.2.2处理工艺本隧道施工废水主要超标指标为色度、浊度，核心处理工艺采用快速泥水分离自动过滤+二氧化氯消毒。助凝剂pH值调节剂一并投加。其废水处理工艺流程如图1所示。图1 废水处理工艺流程2.2.3处理参数根据每天废水量，考虑废水量非均衡性，结合施工班制，处理规模按600m3/h设计，消毒液投加量1mg/L，混凝剂投加量25mg/L，助凝剂投加量2mg/L，调沉池停留时间1h，设备工作时间24h，运行9个月。2.2.4废水、泥沙最终出路隧道施工期排放的废水经处理达标后就近排至附近河流。处理设施排放的泥砂，经污泥干化场干化后与隧道弃渣一起填埋。2.3主要处理构筑物和设备选型2.3.1预氧化调沉池施工便道道路狭窄，拐弯半径较小，多处架空电缆、电线，净空有限，运输不便。隧道附近设有拌和站1座，混凝土供应方便，考虑到隧道施工期废水处理为临时工程，为节省时间、方便施工、减少占地，其预氧化调沉池采用片石混凝土砌筑，容积为650m3，现场安排作业人员在隧道附近空地现场浇筑。在池底设2台移动式吸沙泵，其参数Q=10m3/h，H=15m，N=1.5kW，定期将泥砂抽至干化场。在预氧化沉淀池前投加消毒液，考虑到原材料便于采购，采用300g/h，N=6kW电解法二氧化氯发生器2套，2台同时工作，原料为食盐。2.3.2提升泵预氧化调沉池外就地安装废水提升泵，其主要作用就是将上层浆液通过提升泵进入“快速泥水分离自动过滤设备”进行过滤，进一步泥水分离、过滤，使第11期佟洪广：大涌水炭质板岩隧道废水处理技术研究污水治理其出水浊度在10mg/L以下。根据现场扬程、流量及功率实际需求，购置提升泵3台（型号为IS200-150-250B，Q=346m3/h，H=15m，N=22kW），2用1备。2.3.3快速泥水分离自动过滤设备隧道废水经氧化调沉池沉淀，经提升泵进入快速泥水分离自动过滤设备，购置泥水Q=150m3/h快速泥水分离自动过滤设备4套，满足600m3/h使用要求。独立运行，自动反冲洗。排泥根据原水浊度，在运行中积累资料，确定排泥周期，绘制浊度-时间关系曲线，以确保其正常功能的发挥。快速泥水分离自动过滤设备为钢结构，每套设备由快速泥水分离设备（2个外直径φ=3.2m，h=7.5m钢罐体）和自动过滤设备（2个外直径φ=3m，h=4.5m钢罐体）组成。因罐体自重较大，需对原有场地地基进行处理，现场基础采用C25混凝土基础，厚0.5m，高出设计地面0.1m，处理后进行检算，检算结果为地基承载力和抗倾覆能力满足要求。在快速泥水分离自动过滤系统前投加絮凝剂和助凝剂。随着絮凝沉淀技术日益完善，开发的絮凝剂种类繁多，独具特色的新产品也不断涌现。凡是用来将水溶液中小的溶质、胶体或是悬浮物颗粒变为絮状物沉淀的物质都叫絮凝剂，絮凝剂的选择直接影响絮凝效果[2]。现场经过对多种絮凝剂、助凝剂使用效果进行比选，最后絮凝剂采用聚合氯化铝，助凝剂采用PAM高分子助凝剂，投药量按25mg/L和2mg/L操作，其投加量根据运行中水质变化情况不断调整。2.3.4污泥干化场污泥干化场采用砖砌体，分两格，轮换使用，定期分格清除沉泥。清除的沉泥及时外运与隧道弃渣一并填埋。干化场处设D×H=3m×4m钢筋混凝土抽升井一座，内安装2台潜污泵，潜污泵型号为：Q=10m3/h，H=15m，N=1.5kW，一主一备，用以抽升干化场分离的泥水。泥水经“抽升井”分离，留取上清液，重新进入预氧化调沉池、提升泵、快速泥水分离自动过滤设备重复进行处理，直至达标。2.3.5其他隧道废水处理管和污泥回流管采用普通钢管，给水管道采用PE管，消毒液管、投药管采用ABS工程塑料管。2.4附属设施一是废水处理站选址。废水处理站拟选在搅拌站后面的空地处，可以节约成本，不用征地。二是投药及消毒间。拟采用活动板房，面积115m2，可直接购买，需考虑使用阻燃材料。三是围挡设置。为保证设备安全，四周设3.0m高砖砌围墙，并设置防爬网和刺丝滚笼。四是设置值班室，由专人负责对出入人员进行审查、登记。2.5电力2.5.1供电负荷分布及电源选择（1）供电负荷分布。废水处理工程供电负荷主要包隧道废水处理站内的通信、给排水、空调通风和室内外照明等动力照明负荷。（2）负荷等级及电源选择。三级负荷包括废水处理站内给排水设备、暖通设备、室内外照明等动力照明负荷。三级负荷提供一路电源。2.5.2供电原则及方案设计（1）供电原则。采用技术先进、经济合理、安全可靠的供电方案，由就近隧道施工电源供电。（2）供电方案。由废水处理站附近的拌和站接引一路220/380V电源给废水处理站内各负荷供电。在废水处理站值班室内设总电源配电箱，各水泵附近设置就地控制箱。2.5.3主要设备选型（1）电力线路。低压电力线路采用全电缆线路。全部采用铜芯，低压电缆采用聚氯乙烯绝缘电缆。（2）配电箱、控制箱。室外配电箱、控制箱外壳均采用不锈钢材质，防护等级为IP65。2.6施工及运营注意事项（1）废水处理场地应按设计标高整平，要求设备基础稳固。处理构筑物及管道布置根据现场实际地形地貌情况可适当调整。设备基础应在设备到货核对有关尺寸后再行施工，设备的安装调试及运营管理应严格按产品说明执行。混凝剂投加量的选择应根据原水混凝沉淀试验结果调整，其出水水质必须达标。（2）运行期间注意加强管理和安全维护工作。废水处理站建成投入使用后，应设专职人员进行管理和维护，以确保废水处理设施的正常运转。施工期间处理后的水质需定期做水质监测化验，如出现异常，现场需及时进行相应处理。投药间、消毒间应保证空气对流，避免二氧化氯泄漏。（3）消毒间、投药间设备均需由设备供应商负责安装、调试，工作人员要经设备供应商进行操作培训，熟练掌握。污泥干化场及废水抽升井处附近有人员活动时，施工及运营期间应注意宣传告知，确保过中国资源综合利用第11期污水治理往行人安全。在运行中积累资料，确保水质达标，符合排放标准。（4）二氧化氯能与许多化学物质发生爆炸性反应，对热、震动、撞击和摩擦相当敏感，极易分解发生爆炸，它具有很强的腐蚀性。在施工之前要做好作业人员