输水隧洞工程洞口废水处理生产性试验探析

齐凯

（辽宁省清河水库管理局有限责任公司，辽宁铁岭 112003）

1 工程概况

某输水工程位于桓仁县境内，主体为输水隧洞，桩号0+000～21+391.23为输水隧洞主洞段，纵坡i=0.031 15%，采用钻爆法施工，断面为马蹄形，成洞洞径为7.28 m。主洞沿线布置有4条施工支洞，为1，2，3和3’号施工支洞。隧洞在长白山余脉及其支脉龙岗山底部通过，山体走向NE，地势呈东北高西南低。地貌类型为侵蚀构造地形和侵蚀堆积地形，以尖顶状低山和中低山、锯齿状中低山和树枝窄谷为主，多为侵蚀隆起与断褶中低山丘陵地形。地面高程一般在360.00～540.00 m，洞室埋深一般为100.00～350.00 m。洞线区洞室开挖以微透水～弱透水为主，局部为弱透水～中等透水。

洞口废水处理主要包括地下洞室的洞内渗水、施工废水，以及施工营地生产废水和生活污水的处理，必须达标排放。各洞口修建的沉淀池，一般采用“平流初沉池+二级沉淀池加药+混凝池+斜板沉淀池+机械过滤”等处理工艺。

2 试验目的

寻求合理经济的聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等药物掺量，确保废水达标排放，满足排放要求。生产性试验分为室内试验和厂区试验两个步骤进行，先通过实验室试验得出初步成果，然后在厂区污水处理池试验，通过计时计量器均匀洒药、机械搅拌的方式处理污水，用排放清水的检验效果及各项指标来验证药剂添加量。

3 室内试验内容及过程

试验材料及设备包括聚合氯化铝（PAC）粉剂、聚丙烯酰胺（PAM）粉剂、六联搅拌仪2套、pH计、浊度仪、烧杯、100 ml容量瓶、1 L容量瓶、2 L容量瓶、100 ml量筒、胶头滴管、各种规格的移液管、玻璃棒、试杯等。取自来水20 L，测定其pH值、浊度和温度。

3.1 聚合氯化铝稀释液PAC配置

根据配合比试验结果，在中间区间选取溶解液浓度。此次试验PAC溶解液浓度选2.0%。配置步骤：采用物理天平准确称取20.000 gPAC试剂，将PAC粉剂投入1 L自来水试杯中，高速搅拌15 s，转速1 500 r/min，中速搅拌30 s，转速150 r/min，慢速搅拌1.0 min，转速50 r/min，聚合氯化铝稀释液配置后，静置至少30.0 min，配制成2.0%PAC稀释液。

3.2 纯PAC溶解液净水试验

工程原水（污水）处理采用纯PAC溶解液净水,纯PAC溶解液浓度为2.0%，此时PAC含量为0.770 g/kg，试验成果见表1。

表1 2.0%PAC溶解液投放试验

3.3 纯PAM溶解液配置

根据配合比试验结果，在中间区间选取溶解液浓度，此次试验PAM溶解液浓度选0.2%。由于聚丙烯酰胺不易溶于水，直接投加粉末易造成结块凝结，影响助凝效果，需先配制好聚丙烯酰胺溶液，必要时可用温水（不超过40℃）加速溶解。配置步骤：取2.000 g聚丙烯酰胺粉末，加入1 L自来水（或清水），开启搅拌仪，加入PAM粉末后快速搅拌20 s，转速285 r/min，中速搅拌1.5 min，转速185 r/min，慢速搅拌2.0 min，转速80 r/min。聚丙烯酰胺溶液配置好后静置至少60.0 min，即配制成0.2%PAM稀释液。

3.4 纯PAM溶解液净水试验

工程原水（污水）处理采用纯PAM溶解液净水，纯PAM溶解液浓度为0.2%时，此时PAM含量为0.095 g/kg，试验结果见表2。

表2 0.2%PAM溶解液投放试验

3.5 2.0%PAC+0.2%PAM溶解液投放工程原水（污水）试验

工程原水（污水）处理采用浓度2.0%PAC主溶解液，0.2%PAM助凝溶解液，投放过程中，先采用搅拌仪配制2.0%PAC主溶解液和0.2%PAM助凝溶解液，再将PAC主溶解液按2.0%，助凝溶解液PAM按0.2%进行人工投放并搅拌，方可达到排放要求，此时PAC在工程原水（污水）中含量为0.300 g/kg，PAM在工程原水（污水）含量为0.004 g/kg。溶解液配制过程如下。

1）将配制好的2.0%PAC溶解液取36份，分6组，1组每份5.000 g，2组每份10.000 g，3组每份15.000 g，4组每份20.000 g，5组每份25.000 g，6组每份30.000 g，分别加入36个盛有1 L工程原水（污水）烧杯中。

2）取1.000，2.000，3.000，4.000，5.000，6.000 g的0.2%PAM聚丙烯酰胺溶解液各1份为1组，共取6组，分别加入已投有2.0%PAC溶解液的烧杯。

3）分别用搅拌棍进行人工搅拌，快速搅拌1.0 min，中速搅拌1.5 min，慢速搅拌2.0 min，静置至少5.0 min，工程原水（污水）处理后，进行观察及相关氨氮及COD检测。

根据DB 21/1627-2008《辽宁省污水综合排放标准》，工程用水处理后需水质清澈，无悬浮物，氨氮不大于0.50 mg/L，COD不大于15.00 mg/L，方可进行排放。结合以上生产性处理试验、现场观察及数据检测，助凝试验最优组数据成果见表3。

表3 2.0%PAC+0.2%PAM溶解液投放

4 厂区现场试验

选取2号工区为代表工区，以验证室内污水处理试验成果。2号主洞混凝加药池尺寸为1 500 mm×8 000 mm×2 000 mm（长×宽×高），总容量24.000 m3（24 000.000 kg）。

按照室内试验结果比例进行投放并搅拌，根据加药池容量，计算得出处理满池洞内涌水需要的2.0%PAC溶解液为7.200 kg，0.2%PAM溶解液为0.096 kg。2号主洞排水管道平均流量180 m3/h，经计算，全天24 h共处理洞内涌水4 320.000 m3，24 h共需溶解液1 313.280 kg。

在混凝加药池旁设置1座2.000 m3溶液桶，在桶内放入可调节小型流量泵，通过调节水泵流量，满足每小时注入溶解液0.055 m3，24 h不间断向池内注入溶解液，每天按照需求量及时将配制好的溶解液放入溶液桶内，见表4。

表4 2.0%PAC+0.2%PAM溶解液投放

通过在2号主洞混凝加药池进行试验，将水样送至地方环境监测站进行监测，即按照2.0%PAC溶解液每千克污水投放0.300 g，0.2%PAM溶解液每千克污水投放0.004 g可以达到排放要求，检测结果见表5。

表5 水质检测成果报告mg/L

5 结论

根据试验过程及数据分析可知，在污水处理池处理1.000 m3废水需加入聚合氯化铝粉剂（PAC）0.300 kg、聚丙烯酰胺（PAM）0.004 kg，能够满足废水处理要求。由于各输水隧洞施工内容、污染类型相同，故该投放量也可应用于其他工区。但由于污水浓度在各时间段、各工区可能存在差异，如达不到排放要求，现场可根据实际情况适量增加投放量。