高沉双滤水处理技术在引汉济渭工程中的应用

任吉涛

（陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西 西安 710100）

陕西省引汉济渭工程是从汉江流域调水到渭河流域的水资源调配工程，对促进全省经济社会可持续发展，具有极为重要而深远的意义。工程分为调水工程和输水工程。调水工程包括黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和98.3 km的秦岭输水隧洞，输水隧洞最大埋深2012 m。隧道施工中涌水主要为地下水、基岩网状裂隙水和部分断层脉状裂隙水，水量较丰富。由于施工期间爆破作业、混凝土作业、施工机械作业等产生大量废水，废水与涌水混合后排放成关键问题。引汉济渭工程岭北工区，地处西安黑河水源保护地及周至国家级自然保护区，环保敏感，废水达标排放至关重要。本文就工程废水排放问题结合现场实际和环境要求，经过多年实践，对“高效沉淀+快滤+炭滤”自动化水处理工艺技术进行应用和分析，解决了工程难题，值得推广。

1 水处理现状及存在问题

根据工程设计和施工需要，工程沿线布设支洞，其中5、6、7号支洞洞口位于黑河水源保护区，毗邻黑河河道，是洞内施工废水唯一排放通道，洞口场地狭窄，也是洞内物资、设备、人员必经之路。洞内施工产生大量废水，主要成分为石粉、悬浮物、化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、石油类等，若进入河道，将对河道水质造成严重污染。工程施工初期，在洞口建设了传统的加药多级沉定池，但由于水质浓度大，处理过程无法有效控制、实现自动化，人为行为因素影响大，出水参数波动大，不能有效满足环保要求，随之产生过施工与环保矛盾突出现象，常处于被动局面，影响到工程进展和西安供水安全，社会反响强烈。

分析问题本质，必须改变水处理工艺。国内水处理工艺较多，常应用于水处理厂、厂矿企业及化工工业废水处理等。但对于引水隧洞施工废水处理成功案例较少，加之特殊的地理环境和排放要求，所以必须建设高效、稳定的水处理设施，将废水经过处理净化，达到地表Ⅱ类水质标准后排放[1]。解决好废水排放与水源保护的矛盾问题，是引汉济渭工程最为敏感的问题，是一项紧迫且必须做好的工作。

2 高效沉淀+快滤+炭滤水处理设施

2.1 前期试验

工程前期6号洞口建设了2组×3级（6 m×8 m）普通沉淀池，并安装了自动加药搅拌机，经过半年运行，结果证明：水质排放参数达不到地表Ⅱ类水且不稳定、占地面积大、质量无法控制，满足不了水源地水质排放要求。

在6号洞口曾建设了斜管沉淀池二座，规格10 m×3 m×3 m，设计能力为3000 m3/d，小时平均流量125 m3/d，小时变化系数为1.1。经过搅拌，使混凝剂、助凝剂与废水充分混合、絮凝、沉淀。结果证明：出水水质为20 mg/L，去除了大部分SS和部分CODcr，但无法处理吸附细小悬浮颗粒和石油类物质、部分有机物和微量有害物质，应对不了水量的增幅，满足不了水源地水质排放要求。

2.2 方案选择

由于洞内排水主要含有石粉、悬浮物，化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、石油类等严重超标。经过前期的试验论证，传统的加药+搅拌+沉淀工艺，满足不了水源地高指标、稳定性、可靠性要求，同时场地狭窄，布置多级沉定池不现实。

经过调研和专家指导，认为建设“高效沉淀+快滤+炭滤”自动化水处理设施，实施自动化监测和控制，对废水进行多道工序、严格处理，能使水质达标排放，且要求整体运行稳定可靠；同时要能够应对洞内水量的增幅，才能解决此项工程排水问题[2]。该工艺一般用于城市生活水处理，没有在工程建设领域使用，在引汉济渭工程尚为首次，在实施过程中需不断探索，积累经验。

2.3 工艺流程

在隧洞施工过程中产生的废水与出现的涌水，通过收集、水泵提升、管道输送至洞外，直接引入该设施高效沉淀池，使混凝剂PAC及絮凝剂PAM与原水在池内充分混合、反应、絮凝，实现泥水分离，可高效去除原水中的悬浮物及大分子有机物，大大降低出水浊度小于5NTU。分离的污泥在污泥泵的作用下回流和排放。

分离出的原水靠落差进入快滤池（主要为石英砂），经过多道集水槽漫过石英砂，从上至下充分接触，以截留、吸附水中残余的细小悬浮颗粒和石油类物质，同时去除部分有机物，使水质进一步净化[3]。

快滤过的原水靠落差自流进入活性炭滤池（主要为柱状活性炭），再次经过多道集水槽漫入活性炭体，以吸附水中残余的石油类物质和微量有害物质，确保出水参数符合Ⅱ类水标准后，最后经排放水池溢流排出站外，进入河道。快滤池和活性炭池设置水头损失仪，当滤池阻力增加达预定值时，开启反冲洗装置（见图 1）。

图1 工艺流程图

2.4 主要参数及设备功能

以秦岭隧洞6号环保设施为例。依工程勘探设计正常排放水量为16000 m3/d，富水区突发涌水最大排量约24000 m3/d，所以建设一座与其正常水量匹配，且要满足隧洞最大排水量的水处理设施,设计667 m3/h的高效沉淀池2座，尺寸6.6 m×6.6 m×5 m，主要设备：混凝池2格，有效容积20 m3；快速搅拌机2台，功率1.2 kW，叶片直径700 mm，转速75 rmp，其目的是两套池体各自能独立运行，便于停机检修。絮凝池有效容积40 m3，慢速搅拌机1台，功率1.5 kW，叶片直径1120 mm，转速10～50 rmp，慢速搅拌使其充分混合。斜管2×21 m2，斜长1300 mm，倾斜角度60°，斜管的设置使其表面负荷远高出一般沉淀池约2倍左右，占地面积减少近一半。污泥循环泵、排放泵各1台，型式为螺杆泵，流量2～14 m3/h，扬程2 bar,功率变频调速4 kW，用于完成污泥的回流和排放[5]。

快滤池一座，尺寸16 m×6.8 m×4 m，设计滤速7 m/h，强制滤速9.34 m/h，总滤面积F=96 m2，气-水反冲洗强度：气冲强度55 m3/（h·m2），水冲强度q1=25 m3/（h·m2），反冲洗历时10～13 min，周期24～36 h。活性炭滤池与快滤池参数一致，设置两座独立的快滤池和活性炭池，为进一步吸附水中的细小悬浮物和石油类、部分有机物、微量有害物质，确保水质净化效果。

综合操作间一座，卧式离心脱水机2台,处理能力270 kgDS/h，螺旋输送机2台，功率3 kW，螺旋直径300 mm。PAMPAC自动配药、加药装置各2套，反洗鼓风机3台，型式为罗茨鼓风机，功率15 kW，主要放置加药系统、反洗系统、污泥脱水设备以及起到PLC控制系统设备。

2.5 检测结果及特点

该工艺水处理设施按照设计，经过3个月施工后，进行了调试、试运行，各项运行指标正常。组织验收后，引汉济渭公司选定了具备《环境污染治理设施运营资质》的运营单位。在三年运行期间，经长期检测出水水质指标基本稳定。

2.5.1 检测结果

化学需氧量COD为ND（4）mg/L,硝酸盐氮0.54 mg/L，氨氮 NH3-N ND（0.025）mg/L，悬浮物 SS ND（4）mg/L，石油类ND（0.04）mg/L，浊度0.3 NTU。不但满足了水质达标要求，且处理效果远远超过了设计出水参数（地表Ⅱ类水质）。

2.5.2 超容运行

当进水水质悬浮物超标达设计3倍，且持续12 h时，该设施在增加配药量的情况下，运行正常，水质达标，且效果稳定可靠。特别在遇到突发性涌水，也表现出了超负荷运行的能力，最大处理能力达到25000 m3/d。

2.5.3 运行成本

该工艺水处理设施自动化程度较高，一般9个人能够满足全天三班倒的工作需要。在运行过程中，增加了药剂循环利用机构，提高了药剂利用率，明显低于设计用药量。对操作人员要求不高，维护成本低.。经计算，运行综合单价相对市场水处理较低，约为0.5元/m3。

2.5.4 实时监测

该设施便于全过程实时在线监控，利用网络监测，实时将图片、参数传播，使监测管理人员和环保部门能实时掌握监测数据，监督现场水质处置情况，实现远程控制。

3 结语

“高效沉淀+快滤+炭滤”水处理设施在引汉济渭工程的应用，是一个成功的实践案例，完全解决了工程施工废水排放问题。工艺流程较简单，建设周期短，现场占地面积较小，可利用地势高差布置。适用于临近河道、水源保护区、环保敏感区，且地方狭窄情况下的施工废水排放问题。运行指标可靠，稳定，特别是在突发进水量增大，或水质超标的情况下，能够可靠超负荷运行，处理能力变化系数较大。在当前以十九大生态文明观为指引，牢固树立“绿水青山就是金山银山”的理念下，为解决水利、铁路、公路、环保等基础设施建设中的废水处理问题，提供了宝贵经验和参考，值得推广和应用。