路文旭

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 工程質(zhì)量監(jiān)督站，北京 100041）

0 引言

隨著我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，隧道工程在鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目中所占的比重日益增加，隧道施工所產(chǎn)生的環(huán)境污染和生態(tài)影響也逐漸引起人們的關(guān)注，其中，鐵路隧道施工廢水是主要的污染源[1-2]。隧道廢水主要來源于穿越不良地質(zhì)單元時(shí)產(chǎn)生的涌水、施工面鉆孔廢水、爆破后降塵廢水、噴射混凝土和注漿產(chǎn)生的廢水，以及被污染的基巖裂隙水、巖溶水等[3]。隧道施工廢水一般呈堿性，廢水中主要污染物為懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)及石油類污染物等[4-6]。如果隧道施工廢水未經(jīng)處理而直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[1,7]。因此，有必要開展隧道施工廢水處理的工程設(shè)計(jì)研究。

基于隧道施工廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，為有效去除水中主要污染物且在處理過程中不產(chǎn)生新的污染物、避免二次污染，隧道施工廢水主要采用物理化學(xué)法進(jìn)行處理。但由于施工廢水的來源和性質(zhì)上的差異，處理工藝的選擇也會(huì)有所不同。目前，國內(nèi)已有的隧道施工廢水處理工藝主要有混凝/沉淀/過濾、沉淀/隔油/氣浮/砂濾等各種組合工藝，但處理的主要目標(biāo)污染物為SS 及石油類污染物[8-9]，鮮少有實(shí)際工程處理大水量隧道施工廢水中的有機(jī)污染物，如氨氮、CODcr及生化需氧量(BOD)。LEE J 等[10]采用微濾-反滲透工藝對(duì)隧道施工廢水進(jìn)行了中試研究，結(jié)果表明該工藝可去除99%以上的有機(jī)污染物和無機(jī)污染物，出水達(dá)到再生水利用水質(zhì)，但鑒于運(yùn)行成本費(fèi)用及設(shè)備維護(hù)等問題，該組合并不適用于大水量的隧道施工廢水實(shí)際處理工程。因此，目前鐵路隧道施工廢水處理項(xiàng)目中，需要研究針對(duì)大水量的可快速去除水體中SS、石油類污染物及少量有機(jī)污染物的處理工藝，從而實(shí)現(xiàn)隧道施工廢水高效、低耗、資源化的處理。

固定化微生物-曝氣生物濾池(G-BAF)高效脫氮工藝是研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的生物脫氮新工藝，該工藝可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，在同一個(gè)反應(yīng)器中可實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氮的高效去除。在此，以某隧道施工廢水為例，針對(duì)隧道施工產(chǎn)生的高SS 微污染水體的處理，設(shè)計(jì)采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設(shè)備—G-BAF 池”工藝，為鐵路隧道施工廢水處理提供參考。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

該隧道全長(zhǎng)12 010 m，區(qū)間最大埋深為432 m。隧道施工廢水的污染主要來源于大量固體顆粒物的進(jìn)入，若未經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)周圍飲用水源、生態(tài)環(huán)境及景觀區(qū)造成一定的影響。根據(jù)建設(shè)方提供的資料，污水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)規(guī)模為35 m3/h。設(shè)計(jì)處理出水一部分滿足《鐵路回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 3007—2000)用于施工回用，剩余部分達(dá)到《水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/307—2013) B 級(jí)的排放要求，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1 所示。

1.2 工藝流程

基于廢水高SS、低碳氮比的水質(zhì)特點(diǎn)，工藝的處理效果，運(yùn)行的可靠性，造價(jià)及運(yùn)行成本等因素，結(jié)合同類廢水及相似廢水處理的工程經(jīng)驗(yàn)[9，11-12]，設(shè)計(jì)采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾—G-BAF 池”組合處理工藝，工藝流程如圖1 所示。

隧道施工廢水經(jīng)平流式沉砂池去除較重的無機(jī)顆粒后，通過隔油沉淀池及一體化兩級(jí)氣浮過濾設(shè)備去除水體中的油類物質(zhì)及微細(xì)懸浮顆粒雜質(zhì)。廢水在進(jìn)入氣浮設(shè)備之前投加混凝劑聚合氯化鋁(Poly aluminium Chloride，PAC)及助凝劑聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)，形成的絮體與溶氣水中的小氣泡相互粘合，然后進(jìn)入氣浮區(qū)，并隨小氣泡一同浮到水面，形成浮渣。下層的清水經(jīng)集水器流至清水池后，一部分回流用作溶氣水，剩余清水通過溢流口流出。氣浮池上面的浮渣由刮板刮至污泥池并排出。藥物投加量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理水量及懸浮物濃度進(jìn)行試驗(yàn)確定。

消毒池內(nèi)通過加入次氯酸鈉對(duì)廢水進(jìn)行消毒，處理滿足《鐵路回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求后，部分污水進(jìn)行回用；另一部分污水進(jìn)入G-BAF 池進(jìn)行生物處理。G-BAF 池中投加曝氣池有效容積50% ~ 60%的大孔生物載體，將高效微生物固定在載體上，用于降解水體中CODcr、氨氮等污染物。

沉砂池和沉淀池外設(shè)置有集油桶用于收集浮油，集油桶內(nèi)的含油排渣待定期收集后，運(yùn)至地方環(huán)保部門指定地點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)處置。隔油沉淀池沉淀的泥砂和氣浮過濾設(shè)備排出的浮渣及污泥排入污泥干化場(chǎng)，污泥干化脫水后外運(yùn)送至指定地點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)處置。

2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.1 平流沉砂池

表1 隧道施工廢水處理設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)

圖1 工藝流程

平流式沉砂池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要用于去除廢水中無機(jī)顆粒。池體的平面尺寸長(zhǎng)×寬為6.0 m×1.3 m，有效水深為0.57 m，采用2 格設(shè)計(jì)，一用一備。沉砂池的表面水力負(fù)荷為19.45 m3/ (m2·h)。沉砂池中砂斗容積按照2 d 的沉砂量進(jìn)行計(jì)算，每格池中設(shè)有2 個(gè)沉沙斗，單個(gè)沉沙斗的有效容積為0.20 m3，采用人工排砂。

2.2 隔油沉淀池

隔油沉淀池的主要功能是進(jìn)行油水分離，同時(shí)進(jìn)行泥砂沉淀。采用平流式隔油沉淀池，池體采用2 格設(shè)計(jì)，單格的長(zhǎng)×寬為11.00 m×2.60 m，有效水深為1.3 m，水力停留時(shí)間為2 h。

2.3 一體化氣浮過濾設(shè)備

采用一體化兩級(jí)氣浮過濾設(shè)備去除水體中微小油滴及密度接近于水的微細(xì)懸浮顆粒狀雜質(zhì)。設(shè)備處理能力為70 m3/h，直徑為2 m，高度為4 m，設(shè)有2套。該設(shè)備為重力無閥濾池，氣浮池內(nèi)停留時(shí)間為50 min，接觸區(qū)接觸時(shí)間為10 min，溶氣水的回流比為30% ~ 40%。濾料為均質(zhì)石英砂濾料，平均濾速為10 m/h。

2.4 G-BAF 池

考慮隧道施工廢水出水水量的不確定性，為保證出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，G-BAF 池設(shè)計(jì)處理能力為100 m3/h。分為5 組三級(jí)，單組單級(jí)的尺寸為5 m×5 m×4.5 m。在G-BAF 池中投加曝氣池有效容積50% ~ 60%的大孔生物載體，將高效微生物固定其上，同時(shí)前端設(shè)有配水區(qū)，末端設(shè)有集水區(qū)。設(shè)計(jì)COD 容積負(fù)荷為2.25 kg/(m3·d)，水力停留時(shí)間為25 h，氣水比為30 : 1[13-14]。

3 廢水處理效果分析

表2 各單元污染物去除情況

工藝各單元去除效率如表2 所示。

由表2 結(jié)果可知，采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設(shè)備—G-BAF 池”工藝處理鐵路隧道施工廢水，能夠有效去除水中的SS、CODcr、NH3-N、TN、石油類等污染物。通過隔油沉淀池及一體化氣浮過濾設(shè)備的聯(lián)合作用可有效去除水體中的SS 及石油類污染物，去除率分別為97%和80%。G-BAF 處理單元因其具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷，能夠較好地適應(yīng)隧道施工廢水排水量不均衡、水質(zhì)變化大的特點(diǎn)，主要用于去除水體中氨氮及TN 等污染物，單元去除率可達(dá)到85%。

G-BAF 工藝因其采用高效懸浮大孔載體及固定化技術(shù)，使該單元內(nèi)形成的微生物量大且不易脫落，這樣既提高了容積負(fù)荷和生化降解速度，保證了出水水質(zhì)，又避免了設(shè)備堵塞。同時(shí)，采用該技術(shù)的曝氣濾池體積是普通濾池的20% ~ 50%，且后端無需設(shè)置二沉池，減少了占地面積，從而節(jié)省了基建費(fèi)用。G-BAF 采用固定化微生物載體，使處理單元內(nèi)厭氧和好氧環(huán)境同時(shí)存在，不僅可以發(fā)生同步硝化反硝化，適用于低碳氮比廢水處理，而且該單元內(nèi)微生物呈現(xiàn)分層和分群現(xiàn)象，生物鏈長(zhǎng)，污泥產(chǎn)量是傳統(tǒng)生物處理工藝的3% ~ 5%。

綜上所述，這一處理工藝具有設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定及處理效率高的特點(diǎn)，且占地面積小、能耗低、產(chǎn)泥量少，適用于高懸浮物、低碳氮比的微污染隧道施工廢水處理。

4 結(jié)束語

隧道污水處理采用隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設(shè)備—G-BAF 池廢水處理工藝，處理后的排水可以達(dá)到《水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/307—2013)的B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一部分出水可作為再生水回用至生產(chǎn)線，節(jié)約了水資源、減少了環(huán)境污染，這一工藝可以為我國高懸浮物、低碳氮比的微污染隧道施工廢水處理的設(shè)計(jì)提供借鑒。