劉東斌 陳亞利 言海燕 曹文娟 徐德良 王喜

摘要：隧道施工過(guò)程中將產(chǎn)生大量隧洞排水，其主要污染指標(biāo)為懸浮物、石油類和COD等，倘若得不到妥善處理，任由其排放，勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊水環(huán)境造成污染。本文以某鐵路隧道施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢水為研究對(duì)象，采用介質(zhì)加載混凝方法進(jìn)行處理，研究結(jié)果表明，當(dāng)PAC投加量50mg/L、PAM投加量3mg/L、微砂投加量150mg/L時(shí)，原水濁度為44NTU、SS為124mg/L的低溫低濁型隧道施工污水處理后剩余濁度為2.65NTU、剩余SS為8mg/L，氨氮、COD、石油類等指標(biāo)也有所下降，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002 ）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）二類水標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)要求。

Abstract： In the process of tunnel construction， there will be a large number of tunnel drainage， and the main pollution indicators are suspended solids， petroleum and COD. If they are not properly treated and allowed to discharge， it will inevitably cause pollution to the surrounding water environment. In this paper， the waste water produced in the construction of a railway tunnel is taken as the research object and treated by the method of medium loading coagulation. The results show that when PAC dosage is 50mg/L， PAM dosage is 3mg/L and micro sand dosage is 150mg/L， the turbidity of raw water is 44NTU and SS is 124mg/L， the residual turbidity is 2.65NTU， the residual SS is 8mg/L， ammonia nitrogen， COD Petroleum and other indicators also decreased， and all indicators can meet the requirements of class I standard of integrated wastewater discharge standard （GB8978-1996）， class I a standard of pollutant discharge standard for urban sewage treatment plant （GB18918-2002）， class II water standard of environmental quality standard for surface water （GB3838-2002）.

關(guān)鍵詞：低溫低濁;隧道施工;廢水;加載混凝;試驗(yàn)

Key words： low temperature and turbidity;tunnel construction;waste water;loaded coagulation;test

中圖分類號(hào)：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0143-03

0? 引言

隧道施工過(guò)程中往往會(huì)大量的施工廢水，包括隧道施工機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水，混凝土注漿施工中產(chǎn)生的廢水，或者在隧道施工中穿越不良地質(zhì)時(shí)的涌水，爆破施工時(shí)的降塵水，基層巖石因開裂而從縫隙中進(jìn)入的滲水等[1-2]。這類廢水中夾雜大量巖層粉細(xì)物及部分化工、石油類廢液，在排放過(guò)程中與城市給排水管網(wǎng)發(fā)生交集，致使排水管網(wǎng)堵塞，或是因施工原因?qū)е滤次廴緩亩斐山o水管網(wǎng)的污染。另一方面，隧道在開挖過(guò)程中往往會(huì)引起地下水位變化，對(duì)城市局部水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害[3]。對(duì)隧道施工廢水的處理進(jìn)行妥善處理，是隧道施工沿線水環(huán)境安全的重要保障，也是促進(jìn)隧道施工向綠色施工模式轉(zhuǎn)變的中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

隧道施工廢水隧道中主要污染物為顆粒物及懸浮物，偶爾含油類、炸藥殘余物、少量有機(jī)物、鹽類等。根據(jù)《鐵路給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10010-2016）規(guī)定，隧道施工產(chǎn)生的廢水、沖洗施工現(xiàn)場(chǎng)廢水、機(jī)械設(shè)備流放的冷卻水等生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水排水要求需要達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)或《鐵路回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》TB/T 3007規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可采用“格柵+調(diào)節(jié)沉淀隔油+氣浮或過(guò)濾”工藝處理，要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978規(guī)定的二級(jí)或三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用“格柵+調(diào)節(jié)沉淀”工藝處理[4]。婁掌印以天目山隧道施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢水為研究對(duì)象進(jìn)行絮凝沉淀處理，研究結(jié)果表明“聚合鋁-陽(yáng)離子有機(jī)高分子”投放量達(dá)到 30mg/L 時(shí)，施工生產(chǎn)廢水中所含的油量去除率為12%，以及 SS 的去除率95%[5]。胡鍇通過(guò)分析黃巖隧道工程中沖斜井的生產(chǎn)廢水水質(zhì)，分析結(jié)果表明該隧道工程中所產(chǎn)生的施工廢水所含污染物主要為氨氮，生產(chǎn)廢水經(jīng)專用沉淀過(guò)濾池進(jìn)行相應(yīng)處理后，除 pH外其他指標(biāo)基本滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6]。韓國(guó) Jae-Hyun Lee 等人使用微濾（MF）-反滲透（RO）膜系統(tǒng)對(duì)隧道工程施工生產(chǎn)廢水進(jìn)行分析研究表明運(yùn)用MF膜系統(tǒng)能夠去除生產(chǎn)廢水中顆粒物中的污染物（濁度低于 0.3NTU），利用MF-RO 組合工藝能夠去除 99%以上已知的有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物，使其達(dá)到再生水利用水質(zhì)[8]。

但隧道建設(shè)項(xiàng)目屬于典型的線性項(xiàng)目，需跨越不同的地理、地質(zhì)區(qū)域[7]，施工廢水水質(zhì)與水量變化大。我國(guó)氣候復(fù)雜多樣，大部分地區(qū)的氣溫年較差較大，南北氣候溫差對(duì)比明顯，且隧道工程多處山區(qū)丘陵，隧道施工方法隨地理地質(zhì)機(jī)動(dòng)調(diào)整，地質(zhì)情況在一定程度上決定隧道施工產(chǎn)生廢水水質(zhì)情況。因此廢水處理的方法需要適應(yīng)水質(zhì)、水量和水溫的變化。而國(guó)內(nèi)目前暫無(wú)針對(duì)低溫低濁這類極端環(huán)境、氣候條件情況下隧道施工污水處理的研究、應(yīng)用報(bào)道。本文針對(duì)某高海拔低溫地區(qū)的低溫低濁隧道施工廢水，進(jìn)行加載混凝的試驗(yàn)研究，優(yōu)選低溫低濁型隧道施工廢水處理的混凝劑、絮凝劑、加載介質(zhì)的最佳藥劑配比，以期為高海拔高原地區(qū)隧道施工建設(shè)提供污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)依據(jù)。

1? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

①實(shí)驗(yàn)儀器：ST300型便攜式pH計(jì)、STZ-A1型便攜式濁度儀、SE402FZH電子天平、JJ-1型六連攪拌器等。具體見(jiàn)表1。

②實(shí)驗(yàn)試劑：包括聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鋁（AS）、硫酸鐵（FS）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）、三氯化鐵（FeCl3）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）、活性炭、微砂、磁粉、澄清污泥。其中混凝劑溶液的配制方法是稱取100g的混凝劑粉末，向其中加入少量水溶解后緩慢投入到盛有 1000mL水的溶液杯中，不斷攪拌使混凝劑溶液質(zhì)地均勻后儲(chǔ)存?zhèn)溆?。助凝劑的配制方法是稱取2g的助凝劑粉末，緩慢投入到盛有 1000mL水的溶液杯中，不斷攪拌使混凝劑溶液質(zhì)地均一后儲(chǔ)存?zhèn)溆?。使用前混凝劑溶液要充分?jǐn)嚢杌靹蛞员苊饣炷齽┏恋怼?shí)驗(yàn)試劑的信息列表如表2所示。

③實(shí)驗(yàn)原水：實(shí)驗(yàn)廢水取自某西北高海拔低溫地區(qū)隧道施工段，廢水水質(zhì)指標(biāo)如表3所示，主要污染指標(biāo)為pH、濁度、SS。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在保持水溫的條件下，量取一定的水樣于500mL 燒杯中，分別加入混凝劑、絮凝劑、介質(zhì)，按照設(shè)定的程序利用六聯(lián)程控混凝試驗(yàn)攪拌儀進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，靜置沉淀30min，取上清液測(cè)定濁度、SS等水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)混凝效果，以選取最佳的藥劑添加量。

1.3 分析方法

主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為濁度、SS，輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)為pH、水溫、SS、氨氮、石油類，具體分析方法如表4所示。

2? 結(jié)果與討論

2.1 混凝劑投加量對(duì)加載混凝效果的影響

在保持水溫的條件下，以PAC為混凝劑，設(shè)定加藥量分別為30mg/L、35mg/L、40mg/L、45mg/L、50mg/L、55mg/L、60mg/L、65mg/L;攪拌30s后，以PAM為絮凝劑，投加量為2mg/L。按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝反應(yīng)后，測(cè)定出水中SS和濁度來(lái)評(píng)價(jià)混凝效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

如圖所示，隨著加藥量逐步增加，剩余濁度和剩余SS出現(xiàn)相似的變化規(guī)律，呈現(xiàn)迅速降低后緩慢增加的趨勢(shì)。當(dāng)投加量為50mg/L時(shí)，去除效果最好，剩余濁度為23.5NTU，剩余SS為51mg/L，出水釩花松散。表明當(dāng)藥劑投加量達(dá)到時(shí)，低溫低濁廢水混凝效果在一定程度上，并不受PAC藥劑投加量的影響，主要是由于絮體不凝結(jié)，不沉降。

2.2 絮凝劑投加量對(duì)加載混凝效果的影響

在保持水溫的條件下，以PAC為混凝劑，加藥量為50mg/L;攪拌30s后，以PAM為絮凝劑，設(shè)定分別投加0.5mg/L、1mg/L、1.5mg/L、2mg/L、2.5mg/L、3mg/L、3.5mg/L、

4mg/L。按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝反應(yīng)后，測(cè)定出水中SS和濁度來(lái)評(píng)價(jià)混凝效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖可見(jiàn)，增加PAM的用量可以加強(qiáng)低溫低濁類型廢水的混凝效果，在絮凝劑PAM投加量為3mg/L時(shí)，剩余濁度為8.4NTU，剩余SS為16mg/L。

2.3 介質(zhì)投加種類及投加量對(duì)加載混凝效果的影響

在保持水溫的條件下，以PAC為混凝劑，加藥量為50mg/L;攪拌30s后，以PAM為絮凝劑，加藥量為3mg/L;用活性炭、微砂、磁粉、澄清污泥四種介質(zhì)進(jìn)行加載對(duì)比，且各控制藥劑投加量為0mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L。按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行加載混凝反應(yīng)后，測(cè)定出水中SS和濁度來(lái)評(píng)價(jià)混凝效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，處理后水濁度、剩余SS均呈逐步降低的趨勢(shì)，說(shuō)明低溫低濁水質(zhì)處理增加介質(zhì)可以較大的提高污染物去除率，優(yōu)化混凝效果。同時(shí)在相同投藥量的情況下，投加微砂的處理后出水效果呈現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢(shì)，剩余濁度和剩余SS低于投加其他3種介質(zhì)后的沉后水剩余濁度，微砂投加量150mg/L時(shí)，剩余濁度為2.65NTU，剩余SS為8mg/L。

2.4 最優(yōu)條件下加載混凝處理后出水水質(zhì)

根據(jù)上述試驗(yàn)，確定該低溫低濁類型隧道施工廢水最佳處理參數(shù)： PAC 投藥量為 50mg/L、PAM投藥量為3mg/L、微砂投加量 150mg/L，在最優(yōu)條件下進(jìn)行處理，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分析。檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

由表5可見(jiàn)，最優(yōu)參數(shù)下，隧道廢水沉后水除濁度和SS外，其余指標(biāo)也處理效果較好，均能滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）二類水標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)要求。

3? 結(jié)論

以某西北高海拔低溫地區(qū)隧道施工生產(chǎn)廢水作為的原水為處理對(duì)象進(jìn)行加載混凝小試研究，以處理后廢水的濁度、SS、COD、氨氮等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)廢水處理效果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察，可以得出如下結(jié)論：

①低溫低濁類型隧道施工廢水采用PAC（50mg/L）+PAM（2mg/L）的藥劑組合，處理效果較差，沉后水剩余濁度為23.5，沉后剩余SS為51mg/L，且絮凝時(shí)釩花松散，出水可看見(jiàn)明顯絮體，表觀效果較差。通過(guò)增加PAM的投加量至3mg/L，可以提高出水效果，將濁度降低至8.4NTU，SS降低至16mg/L，但SS指標(biāo)還不能滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。

②通過(guò)投加介質(zhì)，基于加載混凝的機(jī)理可以進(jìn)一步提高低溫低濁類隧道施工廢水的處理效果，實(shí)驗(yàn)確定的最優(yōu)工藝參數(shù)為 PAC 投藥量50mg/L、PAM投藥量為3mg/L、微砂投加量為150mg/L，此時(shí)處理后剩余濁度為2.65NTU、剩余SS為8mg/L，可以達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。

③對(duì)最優(yōu)參數(shù)處理后的廢水進(jìn)行了其他指標(biāo)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)處理后的SS、COD、pH、氨氮、總磷、石油類等各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）二類水標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)要求。加載混凝工藝可作為低溫低濁類隧道施工污水、尤其是環(huán)境敏感區(qū)域隧道施工污水處理的最佳工藝之一。

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