旭龙水电站枢纽区施工废水处理研究

贺松 王孟 翟红娟

摘要：为了实现旭龙水电站枢纽区施工废水综合利用及废水零排放，基于水量平衡分析方法，分析了枢纽区用水方式、用水时段分布和用水规律，以及施工废水产生量及水质特征，提出了所在区域的枢纽区施工废水处理工艺和回用途径。结果表明：旭龙水电站枢纽区施工用水主要包括混凝土冲洗养护用水、灌浆系统用水、洞室施工用水和温控系统用水，高峰期用水量为33 049 m3/d，高峰期废水产生量为12 805 m3/d；其中，温控用水循环使用、不产生废水。混凝土养护废水和洞室废水通过处理后作为施工用水的补充水源以及用于洒水降尘，灌浆系统废水通过管道进入污水处理设施处理后回用于灌浆系统，旭龙水电站枢纽区废水回用量为12 805 m3/d，表明枢纽区废水通过处理后可全部回用，不外排。

关键词：施工废水； 废水处理； 水量平衡； 废水零排放； 旭龙水电站

中图法分类号：X52

文獻标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.017

文章编号：1006-0081（2024）05-0092-06

0 引言

水利水电项目建设施工通常具有建设规模大、建设周期长等特点，施工过程涉水活动多、用水总量及强度大，相应产生的废水种类多、数量也较大，施工期废水按来源可分为生产废水和生活污水［1］。生产废水的特征污染物为SS、pH和石油类，生活污水的特征污染物主要为COD、BOD5、NH3-N和悬浮物（SS）［2］，若不经处理直接排入当地河流水体中，将会对当地地表水环境造成严重影响，甚至破坏当地水源［3］。因此，施工废水处理一直是水利水电工程施工期环境保护工作的重要内容。

目前，针对各类废污水已有相应处理方法，比如砂石加工系统生产废水一般采用自然沉淀法、絮凝沉淀法和成套设备处理法，混凝土生产废水一般采用一体化沉淀池处理，机修含油废水一般采用隔油池处理，生活污水一般采用A/O、SBR、MBR法［4］。施工期产生的废污水经处理后根据周边环境要求及施工用水需求，一般进行排放或者综合利用。对废水产生量大、施工现场无法消纳的废水，经处理至满足相应排放标准后排入周边受纳水体；对废水进行处理后，施工现场可以全部消纳，或者周边水体禁止排放废水的施工废污水，则需全部回用。根据不同类型施工废水产生特点及废水特性，结合施工用水需求，对施工废污水进行综合利用，是适应中国水资源短缺，落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路，以及保护生态环境的重要举措［5］。目前水利水电工程中，根据废污水产生特点及用水需求，对废污水进行综合利用的技术比较成熟。例如，砂石加工系统生产的废水经处理后可以全部回用于砂石加工系统［6］；生活污水综合利用的具体途径是将生活污水收集起来进行处理，达标后用于冲洗厕所、浇灌周围林地或农田等［2］。一般施工附属企业产生的废污水经集中收集处理后可以回用于系统内部，比较容易实现废污水综合利用及零排放。枢纽区施工废水包括地下洞室群施工废水、帷幕固结灌浆废水、混凝土养护冲洗废水等，产生量较大、产生部位分散，特别是大型水电站枢纽区产生的施工废水较难集中收集处理和综合利用。

金沙江上游旭龙水电站为Ⅰ等大（1）型工程，位于云南省德钦县与四川省得荣县交界的金沙江干流上游河段，开发任务以发电为主［7］。电站由混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸引水发电系统等组成。旭龙水电站地处横断山脉地段，属峡谷地貌类型，工程区山高坡陡、地形陡峻，施工用地面积非常有限［8］。旭龙水电站施工期废水按来源可分为枢纽区生产废水、施工辅助企业生产废水和施工营地生活污水。其中，枢纽区生产废水主要为地下洞室群施工废水，大坝混凝土仓面养护、冲毛等过程产生的废水、坝基帷幕灌浆与固结灌浆产生的废水、基坑排水［9］。旭龙水电站建设周期长、施工规模大，枢纽区建筑物集中，枢纽施工区产生的废水总量大、难收集，且旭龙水电站所在河段水环境功能为Ⅱ类水，根据GB 8978-1996《污水综合排放标准》，该水域禁止新建排污口［10］。因此，如何处理施工区产生的废水成为迫切需要解决的问题。

本文围绕旭龙水电站枢纽区施工期生产用水及生产废水，基于水量平衡分析方法，对旭龙水电站枢纽区施工期用排水进行分析研究，并结合枢纽区废水回用实际情况，提出了枢纽区施工废水资源化利用途径和方式，可为旭龙水电站枢纽区施工废水进行收集处理和综合利用、实现废水零排放提供技术支撑。

1 施工用排水及水量平衡分析

1.1 用水分析

旭龙水电站施工用水主要包括大坝混凝土养护用水、灌浆系统用水、温控用水和地下洞室施工用水等。旭龙大坝混凝土量为228万m3，高峰月浇筑强度约12.6万m3/月。根据高峰月混凝土浇筑强度计算，大坝混凝土施工高峰期养护用水量为11 642 m3/d；大坝温控用水量为8 644 m3/d，循环使用，供水水质为生产用水标准；工程灌浆高峰强度按照9 000 m/月考虑，灌浆系统用水量为4 200 m3/d；地下洞室施工用水包括地下洞室钻孔开挖、降尘用水和混凝土衬砌养护用水，工程区地下洞室总长度10.2 km，施工交通隧洞长约32 km，高峰期洞室施工用水为8 563 m3/d。综上所述，枢纽区施工高峰期用水合计33 049 m3/d。供水水质为生产用水标准，须符合DL/T 5144-2015《水工混凝土施工规范》。

1.2 排水分析

枢纽区生产废水主要包括大坝混凝土养护废水、灌浆系统废水、洞室废水和基坑排水。大坝混凝土仓面养护、冲毛等过程均会产生废水，主要污染物为pH和SS，SS浓度约为500 mg/L，根据本工程的主体工程用水量计算，大坝混凝土养护废水产生量约12 137 m3/d，回用水量为8 644 m3/d，废水外排量为3 493 m3/d，废水排往基坑。工程灌浆清孔、场地冲洗等过程均会产生废水，废水主要污染物为pH和SS，SS浓度约为500～2 000 mg/L，废水产生量约为300 m3/d，全部回用于灌浆系统，零外排。地下洞室废水主要来自导流洞、交通洞、泄洪洞、引水隧洞等地下洞室的开挖与混凝土衬砌养护，地下洞室废水水质与涌水渗水量、围岩类别等密切相关，废水主要污染物包括SS、石油类、炸药残余物等，本工程洞室施工过程中洞室废水产生量约为3 850 m3/d。基坑排水包括初期排水和经常性排水，根据工程估算，初期排水强度约3 680 m3/h，初期排水水质与河流水质基本相似，一般直接排放。经常性排水包括降水、基础和围堰渗水、施工弃水等，其中降水和渗水水质较好；施工弃水主要为大坝混凝土养护、冲洗和地下洞室群施工产生，污染物主要是SS，其浓度约为500～2 000 mg/L，产生量约为5 483 m3/h。

1.3 水量平衡分析

根据枢纽区施工用水和排水分析，旭龙水电站枢纽区水量平衡分析见表1。由此可知，枢纽区施工总用水量为33 049 m3/d，耗水量为20 244 m3/d，回用水量为12 805 m3/d，需要补充新鲜水量为20 244 m3/d，废水排放量为0。

旭龙水电站枢纽区用水主要分为灌浆系统用水、混凝土冲洗养护用水、混凝土温控用水和洞室施工用水，其中灌浆系统产生的废水经处理后全部回用，混凝土冲洗养护废水和洞室施工废水经处理后部分回用于混凝土冲洗养护和洞室内洒水降尘，剩余水回用于绿化和道路洒水降尘，不外排，枢纽区用水分析见图1。由此可见，旭龙水电站枢纽区施工用水在进行分类集中收集处理后，可以实现资源化利用，实现废水零排放。

2 生产废水综合利用

旭龙水电站枢纽区施工布置较为紧凑，生产废水主要包括洞室废水、混凝土养护冲洗废水、灌浆废水和基坑排水等，根据不同种类的施工废水产生部位、产生量和废水特性，研究制定不同的处理工艺及集中回收资源化利用技术。

2.1 洞室施工废水

洞室废水主要来源于隧道钻孔、降尘、混凝土养护等工序产生的施工作业废水及受污染的隧洞渗水。隧洞渗水与地下水赋存条件、岩性及其渗透系数等有关，洞室废水不易排出，隧洞施工如穿越可溶岩地层等不良地质单元时渗水量较大［11］。

隧洞施工废水产生量不大，废水中不含有毒物质，主要污染物为悬浮物，pH＞7；石油类和COD为非主要污染物［12］。施工高峰期隧洞排水主要污染物浓度：悬浮物100～5 000 mg/L，pH为8～10。处理目标为达到施工用水或绿化、洒水降尘用水标准。

因隧洞渗水水质较好，为降低隧洞涌水被施工活动污染的程度，尽可能做到施工污水和隧洞渗水分离［13］。

2.1.1 洞室渗水处理

在隧洞内两侧和中心设置集排水沟，在施工支洞和导流洞洞口设置集水池，将地下渗水引出到集水池，渗水可存蓄作为后续施工用水水源，存蓄不下的排入河道。在施工图设计阶段，根据地质专业预测隧洞可能的渗水量，设计排水沟的尺寸、坡度和最大排水量。

2.1.2 施工废水处理

在隧洞内部设置移动式调节池、絮凝沉淀池和清水池，各水池采用钢板结构，随工程施工进度进行施工废水的移动收集和处理。① 在隧洞内部设置污水收集处理设施，可解决外部无用地面积难题；② 设置移动式沉淀池，可随工程进度灵活进行污水收集处理；③ 通过设置钢板式移动沉淀池，可将污水及时收集在池内，避免污水在地面横流而导致与地下涌水混合的问题。在絮凝沉淀池进行隔油、加药和调节pH，清水进入清水池备用，保证污水处理后可回用于隧洞内降尘等施工用水，污泥进行外运处理。洞室施工废水处理工艺流程见图2。

2.2 混凝土养护、冲洗废水

大坝主体工程混凝土仓面养护、冲毛等过程均会产生废水［14］，主要污染物为pH和SS，SS浓度约为500 mg/L。混凝土温控用水循环使用，不会产生废水。

引水发电建筑物主要由进水口、引水隧洞、主厂房及安装场、主变洞、交通出线竖井、尾水调压室、尾水隧洞、尾水出口、地面开关站、交通洞、通风排烟系统及厂外排水系统等组成。引水发电建筑物各洞室废水可结合大坝的混凝土仓面养护等坝区的施工废水一起处理。

2.2.1 坝上游废水

坝上游洞室废水和施工作业面的混凝土冲洗养护废水等，直接汇入上游基坑内，上游基坑常年积水，通过在上游基坑内进行自然沉淀和絮凝沉淀的方式对废水进行处理，上清液可通过泵抽取回用于上游绿化、道路洒水及施工用水等。上游基坑内沉淀的泥渣直接沉淀于基坑内作为基坑防渗材料。

2.2.2 坝下游废水

在坝踵下游侧设置平行于坝踵的集水渠，集水渠通过基坑内设置的集水渠连接基坑内的集水池，保证坡度可以自流。沿坝体表面流下的难以集中收集的混凝土养护废水和仓面冲洗水等流入坝踵的集水渠，通过集水渠将废水引流到大坝下游基坑内的集水池，下游基坑废水收集处理系统如图3所示。

在下游基坑范围内最高点和最低点之间的区域设置集水池、沉淀池、清水池，在集水池、沉淀池、清水池周边设置一定高度的围堰，防止基坑渗水混入集水池和沉淀池。在引水隧洞、地下厂房等地下洞室群各洞口埋设集水管，通过集水管将洞室内废水引流至基坑内的集水池。

将收集到的坝区施工废水进行初沉，在沉淀池内通过调节pH及混凝沉淀，清水进入清水池作为施工补充水源，通过泵站抽取回用于混凝土养护、仓面冲洗、洞室内洒水降尘、绿化和道路洒水降尘等，不外排。沉淀泥渣可用作二道坝的建筑材料或运送至渣场，废水收集处理流程如图4所示。

2.3 灌浆系统废水

工程灌浆钻孔、清孔、制浆、场地冲洗等过程均会产生废水，根据类似工程经验，废水主要污染物为pH和SS，SS浓度约为500～2 000 mg/L，废水排放量约为300 m3/d。处理目标达到施工用水标准。

在灌浆施工区布置一条平行于灌浆轴线的排水渠，与污水处理设施相连。灌浆废水通过管道进入污水处理设施，处理后回用于灌浆。处理流程见图5。

2.4 基坑排水

在基坑范围内高程最低的区域设置12 m×10 m×3.3 m的集水沉淀池，基坑内的渗水可通过自流方式汇流到最低处的集水沉淀池，实现坝区施工废水和基坑渗水的分离。在集水沉淀池内进行混凝-中和处理［14］，上清液通过潜水泵抽取至清水池。清水池的水与坝区施工废水处理后的清水一起抽至施工水厂的高位水池，作为施工用水的补充水源，或回用于混凝土养护、仓面冲洗、洞室内洒水降尘、绿化和道路洒水降尘等，利用不完的可排入下游河道。

2.5 废污水资源化利用综合效益分析

旭龙水电站枢纽区施工用水量33 049 m3/d，施工废污水处理规模12 805 m3/d，施工期98個月。采用废污水传统技术，废污水处理设施费用约4 144万元，运行费用约8 860万元。

通过废污水资源化利用，废污水处理设施费用可减少约1 020万元，运行费用减少约2 658万元，可节约费用约3 678万元；中水回用设施增加投资约1 338万元，可节约水量约5 817万m3，节约费用约6 166万元。

3 结论与展望

针对旭龙水电站枢纽区施工废水产生量大、废水难收集和较难实现废水零排放这一难题，本文通过对枢纽区施工用水及排水情况进行梳理，提出了基于水量平衡分析的施工废水收集及处理回用方法，为旭龙水电站枢纽区施工废水资源化利用及实现废水零排放提供了新的技术手段。

（1） 旭龙水电站施工用水主要包括大坝混凝土养护用水、灌浆系统用水、温控用水和地下洞室施工用水，高峰期用水量为33 049 m3/d；旭龙水电站枢纽区生产废水主要包括大坝混凝土养护废水、灌浆系统废水、洞室废水和基坑排水，高峰期废水产生量为12 805 m3/d。

（2） 混凝土养护、冲洗废水经集水渠收集处理后，回用于道路洒水和施工用水；洞室施工废水通过移动式沉淀池收集处理后，回用于洞内洒水降尘和施工用水；灌浆系统废水经处理后回用于灌浆系统；基坑废水经处理后回用于混凝土养护、仓面冲洗、绿化和道路洒水降尘等；枢纽区施工废水经处理后，约12 805 m3/d的废水量可以回用，占枢纽区总用水量的42.6%。通过废水资源化利用后，旭龙水电站枢纽区施工废水可以实现零排放。

随着水利水电工程施工期环保要求和标准的提高，特别是施工区附近存在敏感水体，禁止排放废污水时，做好水电站施工期废污水资源化利用，实现废污水零排放具有重要意义。通过该工程实践研究可知，枢纽区施工废水在进行资源化利用后，可以在枢纽区内完全消纳，只需定期补充鲜水量，不外排废污水，实现废污水零排放；洞室废水和基坑废水处理的关键是做好废水和涌水、渗水的分离，分离后的废水经处理后可用于工程施工道路及工区的洒水降尘。

综上所述，根据水电站施工过程中废污水产生的特点，结合施工用水需求，建立废污水资源化利用途径，可实现水电站枢纽区施工期废污水零排放，并取得较好的经济效益。

参考文献：

［1］李维俊，张勇，瑙莫汗.水利水电工程施工期废污水处理方法简述［J］.内蒙古水利，2023，18（1）：153-155.

［2］周宗敏，李晓波.水利水电工程施工期水污染防治对策探讨［J］.水资源保护，2011，27（5）：123-126.

［3］李淑凤.水利工程施工废水处理工艺与实践［J］.清洗世界，2023，39（3）：34-36.

［4］李方平，翟红娟，王晓雪，等.水利水电工程施工期废污水处理研究［C］∥中国环境科学学会.中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分会场论文集（一）.北京：中国环境科学学会，2021.

［5］李方平，邓瑞，王孟，等.中国水利水电工程施工节水现状分析及对策研究［J］.水利水电快报，2020，41（12）：63-67.

［6］殷彤，殷萍.水利水电工程施工废水处理工艺与实践［J］.四川水力发电，2006，25（3）：79-81.

［7］李方平，崔金鹏.金沙江旭龙水电站施工导流关键问题研究［J］.人民长江，2019，50（11）：174-177.

［8］金连才，刘冲平.旭龙水电站茂顶河泥石流活动特征分析与危险性评价［J］.水利水电快报，2022，43（7）：44-49.

［9］翟红娟，彭才喜，王孟.金沙江旭龙水电站施工期水环境影响研究［J］.中国农村水利水电，2006，25（3）：79-84.

［10］李方平，王海力，王孟，等.旭龙水电站混凝土骨料冲洗废水絮凝剂筛选及絮凝条件研究［J］.安全与环境工程，2023，30（2）：241-250.

［11］盛小涛，崔皓东，阮福民.旭龙水电站坝基及右岸地下厂房防渗排水效果研究［J］.人民长江，2021，52（6）：103-107.

［12］秦业，欧阳秘.地下工程施工污水处理技术研究与运用［J］.云南水力发电，2016，32（4）：99-101.

［13］罗应贵，刘晟，易晓丽.鄂北地区水资源配置工程隧洞施工涌水分析及处理措施探讨［J］.水利水电快报，2020，41（11）：28-32.

［14］何勤聪，傅菁菁，汤优敏.混凝沉淀-中和组合工艺处理水电站基坑废水的工程应用［J］.水处理技术，2011，37（11）：134-136.

编辑：江文

Study on treatment of construction wastewater in hub area of Xulong Hydropower Station

HE Song，WANG Meng，ZHAI Hongjuan

（Changjiang Water Resources Protection Institute，Wuhan 430051，China）

Abstract：

In order to achieve full use of construction wastewater in the Xulong Hydropower Station hub area and zero discharge of wastewater，based on the water balance analysis method，the water usage mode，water usage period distribution，water usage pattern，as well as the amount and water quality characteristics of construction wastewater generated in the hub area were analyzed.A construction wastewater treatment process and reuse approach suitable for the project area were proposed.The results showed that the construction water for the Xulong Hydropower Station hub area mainly included concrete flushing and maintenance water，grouting system water，tunnel construction water，and temperature control system water，with peak water consumption of 33 049 m3/d and wastewater production of 12 805 m3/d.Among them，temperature controlled water was recycled and did not produce wastewater.After treatment，concrete maintenance wastewater and tunnel wastewater were used as supplementary water sources for construction water，as well as for watering and dust reduction.The grouting system wastewater entered the sewage treatment facility through pipelines and was reused in the grouting system.The reuse amount of wastewater in the Xulong Hydropower Station hub area was 12 805 m3/d.The research results indicated that the wastewater in the hub area could be fully reused without being discharged after treatment.

Key words：

construction wastewater； wastewater treatment； water balance； wastewater zero discharging； Xulong Hydropower Station

收稿日期：2023-10-13

基金项目：国家自然科学基金（52109005）；水利部重大科技项目（SKS-2022040）

作者简介：贺松，男，工程师，硕士，研究方向为水污染治理。E-mail：352486216@qq.com

通信作者：王孟，男，正高級工程师，硕士，主要从事水资源保护管理研究工作。E-mail：280342187@qq.com