隧道施工废水处理及回用技术

黄东华

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300000)

绿色施工及环保理念目前已广泛应用于建筑施工行业，施工废水处理及达标排放是目前关注的热点课题。在有效处理施工废水的前提下[1]，达到中水回用的效果，降低用水量。长大公路隧道施工具有场址相对固定、施工周期相对较长、施工工艺相对单一等特点，适宜采用中水回用。

本工程为标准公路隧道，采用钻爆法施工，因地层中存在一定的地下水，出水量及施工废水量合计约800 m3/d。

1 隧道施工废水水质分析

1.1 隧道施工废水来源

普通公路隧道施工中的爆破、钻机钻孔、喷射混凝土、注浆、混凝土养护、场地清洗等作业涉及用水，另外基岩裂隙水也是施工废水的来源。本工程施工期水环境污染源主要为：

(1)爆破施工隧道内产生的废水。施工过程中的泥浆废水和开挖面的注浆液，将会对周围的水环境产生一定的影响。隧洞通过不良地层时产生的涌水，也会带来不利影响。

(2)施工物料废水，隧道施工物料如油料、水泥、水玻璃等。

(3)施工废水，施工机械使用中漏油、滴漏。

(4)施工营地生活污水，如餐饮洗涤污水及粪便污水。

1.2 水质监测方法及指标

通过查阅《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)、《污水综合排放标准》(GB8987-1996)，确定本文中隧道施工废水的监测项目及测试方法如表1所示、指标参考值见表2。

表1 废水监测项目及测试方法

表2 出水水质指标[2] mg/L

1.3 水质统计、分析结果

通过对多个隧道工程施工段(上游水体、隧道前方、隧道中、隧道口等)在建阶段水样进行统计，隧道废水水质指标见表3、表4。根据废水水样分析，得出主要结果如下：这几个公路隧道施工段废水主要污染类型[4]为SS(固体悬浮物)、NH3-N、pH值及石油类。

1.4 水质危害分析

(1)在隧道施工过程中，施工废水中的大量固体颗粒进入地表水，对地表水产生很大的影响，受污染的地表水可能影响附近及水体中的植物、动物的生长发育、改变生物生理结构。

表3 隧道施工废水水质实测数值[3]

表4 施工生活废水水质实测数值 mg/L

(2)SS浓度过高会对鱼类造成很大影响，甚至死亡。

(3)固体物质沉淀于水体底部，会使水底栖生生物受到影响。

2 废水处理技术对比分析

2.1 膜技术

常用的膜分离方法是微滤、纳滤、超滤和反渗透[5]，其分类如图1所示。

图1 膜技术分类

2.2 厌氧好氧工艺

A/O工艺，又称厌氧好氧工艺，普通活性污泥法[6]，其工艺流程见图2。

2.3 厌氧—缺氧—好氧工艺

A2/O工艺，称为厌氧—缺氧—好氧工艺[2]，其工艺流程见图3。

图2 A/O工艺流程

图3 A2/O工艺流程

2.4 SBR法

SBR是序列间歇式活性污泥法[7]，其工艺流程见图4。

图4 SBR法流程

2.5 4种工艺对比

4种污水处理工艺的特征、优缺点及成本等方面的对比情况，具体见表5。

从污水处理技术自身特点看，膜技术在确定好合适的渗透膜后，操作最为简单，但是考虑到速度及施工废水的粒径不统一、不均匀，易沉淀的特点，膜技术在实际实施中难度较大。A/O工艺最为简单、实用；A2/O工艺技术成熟，但场地及成本较A/O工艺高；SBR法技术要求相对较高。

根据隧道施工项目的临时性及用水量较小的特点，并综合考虑污水处理设备的建设及运营成本[8]、工期等因素，推荐采用最简单的A/O工艺。具体设备结构为：调节池—二沉池—混凝反应、沉淀池三级处理加污泥浓缩池集污的模式。

3 隧道施工废水处理技术

3.1 废水处理工艺

本项目采用A/O法去除隧道施工废水中的COD和SS[9]。

表5 工艺对比

(1)进水水质：COD，300 mg/L；BOD5，180 mg/L；SS：150 mg/L。

(2)处理要求：污水经二级处理后应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准出水：COD<100 mg/L，BOD5<30 mg/L，SS<70 mg/L，PH=6.0～9.0。处理能力达到每日800 t，运营期排泥周期为3个月。

3.2 废水处理设施

(1)格珊参数为：间距20 mm，宽度1 000 mm，安装角度45°。

(2)调节池长、宽、高分别为8 m、2 m、3 m。

(3)接触氧化池。厌氧、曝气池采用竖流沉淀池，在沉淀池中，污泥和清水被分离并过滤出来，部分上清液进入下一个混凝沉淀池。该池具有脱氮除磷的功能，本设计选用鼓风曝气式生物接触氧化池。污水在池内停留时间一般约为3.0～8.0 h，曝气装置供气量按800 m3/h考虑。接触氧化滤池体积为146 m3，深约6 m。

(4)混凝反应、沉淀池。隧道施工废水经混凝沉淀后，采用物化法进一步去除COD和SS。在混凝反应阶段，沉淀池加入混凝剂PFS、PAM，以去除废水中悬浮物。沉淀池尺寸与接触氧化池相似。

(5)污泥浓缩池。主要功能是减少系统产生的污泥量，一部分回流，另一部分进入污浓缩池，上清液至调节池。

3.3 大排放量变化的抗荷措施

废水处理时常常遇到废水排放量短时间内急剧变化的情况，因此提出应对措施如下：

(1)增加有机负荷率，提高菌群发展[10]。

(2)合理控制泥龄，及时排除老化菌群。

(3)DO控制，保持曝气池溶解氧[11]。

(4)合理控制加氯的速率，不破坏活性污泥絮体。

4 成本分析及运行效果

建设费用：设备采购安装费用约38万元，土建施工费用35万元， 备件费用4万元，三项合计约77万元。运营期间每吨污水处理费用：絮凝剂、混凝剂0.13元，按0.5%产出污泥量处理外运费用0.5元，电费0.4元，日常维护费约1.5元，四项合计2.53元/t。

施工废水通过污水处理站处理后达到排放标准，并通过中水回用技术用于现场车辆冲洗及场地降尘，以及生活区冲洗使用。

5 中水回用技术

5.1 车辆冲洗

处理合格后的隧道施工废水可用于施工车辆冲洗，既减少施工车辆对周边环境影响，又降低用水量。

5.2 场地降尘

施工区域四周布置有固定式喷淋系统，在特殊部位采用移动式雾炮，在施工道路范围采用洒水车，喷淋、降尘水源取自处理合格的中水，降低施工现场水资源的取用量。

5.3 生活区冲洗

施工生活区及施工准备区的厕所冲洗等对用水水质要求不高的情况可采用中水技术，对厕所冲洗设施布置专用管路，使用达标的中水。

6 结论

本工程采用A/O废水处理工艺，技术成熟可靠、运行成本较为低廉、废水处理后达到排放标准。同时，通过中水利用技术，将处理后的中水用于现场施工区、生活区，降低了辅助用水量。

在实际工程中，应对隧道施工废水中主要污染物类型以及处理措施设置、处理水量和水质指标要求等方面进行全面分析，针对隧道施工废水排放量变化大、浊度变化大、影响因素多的特点，选择施工便捷、废水处理负荷大的施工废水沉淀技术设计方案。