隧道施工废水的物化处理技术研究进展

摘要：隧道施工废水具有悬浮物高、pH值高的特点，直接排放将影响周边环境。根据各种污水处理技术的特点，对比适用于隧道施工废水水质的各类水处理技术，主要包括传统混凝沉淀、斜板/斜管沉淀、旋流分离、磁混凝沉淀、超磁分离等水处理技术，旨在为工程实施提供技术支持。

关键词：物化技术；施工隧道废水；废水处理

中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.075

Research Progress on Physicochemical Rapid Treatment Technology of Tunnel Construction Wastewater

YANG Xiaolin， ZHOU Wenbin， LI Can， ZHANG Qin， HUANG Guanghua

（CSCEC SCIMEE Sci. amp; Tech. Co.， Ltd.， Chengdu 610045， China）

Abstract： Tunnel construction wastewater has the characteristics of high suspended solids and high pH value， and direct discharge will affect the surrounding environment. Based on the characteristics of various sewage treatment technologies， various water treatment technologies suitable for tunnel construction wastewater quality are compared， mainly including traditional coagulation sedimentation， inclined plate sedimentation， cyclone separation， magnetic coagulation sedimentation， super magnetic separation and other water treatment technologies， aiming to provide technical support for project implementation.

Keywords： physical and chemical technology; construction tunnel wastewater; waste water treatment

随着我国基建设施的高速发展，隧道工程施工越来越广泛，高铁工程、地铁工程、公路工程、城市管廊工程等的施工场址多位于山区丘陵地带。隧道施工期间的废水主要来源于作业面钻孔、爆破降尘、喷射混凝土以及注浆产生的废水。隧道施工废水一般呈碱性，主要污染因子为悬浮物（Suspended Solid，SS）。这类废水通常为无机废水，虽然不会造成水体富营养化，但是高浊度的施工废水难以自然沉淀，对水生植物的生长影响很大，严重时会造成地表植物枯萎[1]。因此，开展隧道施工废水的物化快速处理技术研究非常重要。

1 施工废水来源

根据隧道工程的施工环境及施工工艺特点，废水来源主要包括隧道开挖过程中产生的涌水、施工机械废水、爆破除尘废水及注浆作业废水。其中，隧道开挖过程中产生的涌水仅含有SS；施工机械废水水量小，含有各种油类污染物；爆破除尘废水水量较大，含悬浮物及炸药残留物；注浆作业废水水量最小，含有碱性物质和少量高分子有机物[2-4]。

2 施工废水的水质特征

根据对现有隧道施工废水的检测结果分析，施工废水具有以下典型水质特征。

第一，污染物单一。主要污染物为SS、石油等，而氨氮、总氮（Total Nitrogen，TN）、总磷（Total Phosphorus，TP）、化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）相对较低。其中，SS主要来源于打钻作业产生的岩石粉末、爆破产生的粉尘以及岩石裂隙中夹杂的泥沙等，石油类污染物主要来源于施工机械润滑油滴漏、液压机械的液压油泄漏。

第二，废水pH值高。施工期废水的pH值均不同程度超标，其主要原因在于注浆材料水解产生的Ca3SiO5、Ca2SiO3、Ca（OH）2等均呈碱性，造成pH值升高。

第三，施工期水量波动大。不同地质条件与地下水位对施工废水产量的影响较大。在隧道施工过程中常出现管涌现象，有时候还会造成塌方、沉降、山体滑坡等严重灾害。由于受涌水量不稳定影响，通常仅考虑正常施工状态下的废水处理[5]。某隧道的水质检测结果如表1所示。

3 施工废水排放标准

目前，隧道施工废水尚没有统一的排放标准。在实际工程中，大部分地区均执行《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中的一级标准。对于自然保护区或者饮用水源地，则需要执行《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅱ/Ⅲ类水质标准。部分地区执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2020）中的标准。不同排水标准的污染物限值如表2所示。

4 施工废水物化技术分析

4.1 混凝沉淀技术

混凝沉淀技术是在传统自然沉淀技术的基础上，应用了混凝剂和助凝剂，通过长时间停留使污泥沉淀，并采用人工清淤方式进行间歇式底泥清淤。混凝沉淀技术在应用过程中需要经常清理淤泥，容易遇到各种故障。传统混凝沉淀工艺如图1所示。

4.2 斜板/斜管沉淀技术

斜板/斜管沉淀技术是一种加强版的自然沉淀工艺，通过在沉淀池中增加斜板来缩短颗粒沉降距离，提高处理效率。但斜板/斜管容易堆积淤泥，需要定期进行反洗，以保持斜板/斜管畅通，否则长时间运行容易造成斜板堵塞、垮塌，最终影响出水水质。

4.3 旋流分离技术

旋流分离技术是一种利用水利旋流产生重力差，进行固液分离的一种方法。DH高效污水净化器是目前较为成熟的施工废水处理设备，能够快速处理污水，水处理全过程处于封闭环境中，现场环境整洁，出水带压力，避免了二次提升。但在实际运用过程中仍面临很多问题，如内部斜管处于封闭状态，堵塞时很难清洗与检修。出水段设置有泡沫滤料或者微砂滤料，需定期反洗，吸附饱和后需要更换。工艺设备集成于封闭的罐体内，罐体高度达到9 m设备操作不便，检修困难。旋流分离技术的原理如图2所示。

4.4 磁混凝沉淀技术

磁混凝沉淀技术起源于美国麻省理工学院，2008年前后引入国内并得到广泛应用。该技术在常规的混凝沉淀中加入了磁介质，增加了絮体的比重，可加速沉降。磁介质的引入能够降低絮体的电位，同时增强混凝作用。该技术表面负荷可高达40 m/h以上。投加的磁介质经磁回收单元回收后循环利用。根据原水SS的不同，投加不同量的磁介质，其磁介质流失量约为5 mg/L。

4.5 超磁分离技术

超磁分离技术是基于磁絮凝磁分离的一种超高速水体净化技术，具有分离效率高、占地面积小、出水水质优、运行费用低、自动化程度高等特点，已广泛应用于流域水环境、市政水环境、钢铁水环境、煤炭水环境及石化水环境等领域。该技术是在混凝剂、助凝剂的作用下与磁种形成磁性絮体，污染物最终以磁性悬浮物的形式去除。超磁分离机是去除磁性悬浮物的设备，其盘片通常采用稀土钕铁硼，能够迅速分离磁性絮体，并产生高浓度的污泥。

5 结论

目前，物化法是最适宜的污水处理方式。针对隧道施工废水的特点，选择物化处理技术时需要考虑以下3点。第一，适应性选型。根据工程实际情况，选择能应对水质波动的处理技术与设备，合理设置调节池和预处理设施，确保设备能够快速启停，便于施工管理。第二，临时性与经济性。鉴于施工周期性，需考虑设备拆除或搬迁的便捷性，选择残值高、可重复使用的设备，并兼顾建设周期短、成本低的要求。第三，自动化水平。从减少工人维护工作量和现场劳动强度方面考虑，应提高处理设备的自动化水平，设置合理的在线检测仪器，以期实现智能控制。

参考文献

1 薛 正.铁路隧道施工废水处理存在的问题[J].铁道建筑，2021（4）：57-61.

2 娄掌印.铁路隧道施工废水的混凝处理试验研究[J].高速铁路技术，2019（2）：10-13.

3 茹 旭.铁路隧道钻爆法施工废水治理关键技术研究[J].铁道标准设计，2019（5）：156-159.

4 柴宝红，方布雷，王 岩，等.隧道废水小粒径悬浮物微絮凝法快速处理技术[J].隧道与地下工程灾害防治，2021（4）：61-67.

5 张 晶，蔡秋玮.施工期隧洞废水处理技术研究[J].水利水电工程设计，2023（2）：28-30.