隧洞施工废水处理与工艺

［摘要］当前，随着我国社会经济的不断发展，水利工程施工规模大幅扩大。但是，在水利工程的施工会对自然环境造成重大影响，如何做好水利工程施工废弃物的处理具有十分重要的意义。针对隧洞施工废水处理方法与工艺做了具体的探讨。

［关键词］隧洞施工;废水处理;工程概况

在水利工程隧洞施工中，往往会产生大量的废水，其主要包括隧洞开挖、支护产生的施工废水、隧洞涌水、混凝土拌和产生的废水以及生活废水等。因此，在工程施工中，必须采取适当的废水处理方法，从而较好地保护施工区水环境及生态环境。

1工程概况

黔中玻利2#施工支洞为黔中水利枢纽一期工程总干渠C5标的施工临时工程，长度为428.069m，断面为城门洞型，断面尺寸为4.5m×4.5m，隧洞底坡为6.76%。总干渠C5标起点为总干渠C4标末端，即玻利隧洞1#施工支洞和2#施工支洞中间，终点为杨柳2#渡槽进口。桩号从总干40+699～51+250，全长10.551km。中间焦家渡槽及进口段渠道(总干44+900～46+080段，长1180m)属总干渠高大跨渡槽C2标，青年队渡槽(总干46+781～47+750段，长869m)、塔山坡1#渡槽(总干48+200～49+040段，长840m)属总干渠高大跨渡槽C3标。总干渠C5标全长7662m，建筑物主要包括明渠10段2136m(含渐变段长133m)、隧洞2条长4011m、渡槽4座长932m、倒虹管1座长583m。该标段设计流量为19.223～16.369m3/s。

2岩溶水文地质条件

输水线路沿线地表水系与区域构造一致，呈NE流向，沿线地下水以相邻沟谷为排泄基准面。在C3mp、C2hn、C1b、P1m、P1q、T1y、T1－32g碳酸盐岩分布地段，岩溶发育，地下水为裂隙溶洞水与溶洞裂隙水。在P1L、P2L碎屑岩分布地段，地下水为基岩裂隙水。沿输水线路碳酸盐岩广泛分布，地表落水洞、洼地、岩溶槽谷大量发育、深部与岩溶管道贯通，地下水埋藏深(20～80m)。根据岩性组合、岩溶发育特点等，线路岩溶水文地质条件如下:2.1玻利槽谷至焦家寨二迭系———三叠系碳酸盐岩广泛分布，沿线地表落水洞、洼地、岩溶槽谷大量发育，深部与岩溶管道贯通，地下水埋藏深(20～80m)，与输水线有关的大型岩溶现象主要有:S3岩溶管道及大泉。S3岩溶管道及大泉发育于T1y灰岩中，长约80m，走向S64°E，与玻利隧洞近于平行，相距3～12m，出口岩溶大泉高程1222m，低于隧洞出口高程(1296.69m)74.69m，流量40～50L/s。沿线洼地、落水洞高程为1347～1369m，依据泉水出露高程及泉水为下降泉，推测岩溶管道发育高程低于隧洞底板60～75m。2.2焦家寨以后地段位于地表分水岭附近，地形平坦开阔，地下水埋藏浅(10～30m)，三叠系碎屑岩、泥质白云岩、泥质灰岩等大量分布，岩溶发育弱，主要表现为浅碟状洼地，少量落水洞、岩溶泉。

3施工支洞废水处理方法及工艺

由于施工支洞位于地下水位以下，在施工过程中产生了大量废水。施工单位先是用潜水泵将洞内废水抽出排至洞口外的小河流，污染了地表水环境。小河流下游分布有村寨，并以小河流为饮用水源。为避免因环境污染引起群体性事件，施工单位修建了沉淀池处理废水，但效果较差，不能达标排放。基于此，本文决定采取“沉砂→混凝→沉淀”废水处理工艺。3.1废水处理工艺设计原则及参数3.1.1废水处理工艺设计原则本设计遵循以下原则:①尽量利用现有的沉淀池;②尽量利用现有征地。3.1.2设计参数1)水量。2012年3月1日实测废水排放量0.003m3/s，2012年6月14日实测废水排放量0.008m3/s。设计最大废水处理量Qmax=840m3/d=0.010m3/s。2)水质。2012年4月14日实测废水pH=8.3，SS浓度=2995.00mg/L(见附件1)。设计最大SS浓度=3500mg/L。SS主要成分为无机煤(矸)粒、砂粒、土粒。3)排放要求。执行《污水综合排放标准》(GB8978－1996)一级标准:SS浓度≤70mg/L。3.2处理工艺设计根据废水水质和排放要求，废水处理工艺采用:沉砂→混凝→沉淀。废水中较粗的无机煤(矸)粒、砂粒、土粒比重大，经自然沉淀即可分离;细微的粒子和胶体需要混凝形成“矾花”后沉淀去除。构筑物主要有沉砂池1座、絮凝池1座、沉淀池1座和干化场1座。3.2.1沉砂池1)沉砂池的种类及选择。由于施工支洞废水产生量相对于城市污水很小，本工程采用的沉砂池为临时构筑物，施工结束后需要拆除，并考虑利用现有1#沉淀池，故选择平流式沉砂池。通过沉砂池，能够对施工废水的水质、水量进行调节，发挥废水处理设备正常功能，废水中比重大、颗粒大的泥沙可在池中沉淀。2)平流式沉砂池设计计算。流速v=0.003m/s，流行时间t=1667s;长度L=v•t=5m;水流断面面积A=Qmax/v=3.00m2;有效水深h2=1m;池总宽度B=A/h2=3.00m。现有1#沉淀池净空长5.00m，宽3.00m，深1.60m，壁厚0.40m，结构为浆砌石，满足要求。利用现有的1#沉淀池作沉砂池，进水端设置底孔式入流装置进行消能和整流，出水端采用溢流式集水槽进行整流。底孔式入流装置采用薄钢板制作，为L型，长3800mm，宽420mm，高300mm，底孔宽50mm，间隔150mm。拆除已砌的3层砖，重新砌4层，压住入流装置。沉砂池内的砂粒在施工支洞内停抽废水时，用挖掘机清掏至旁边的干化场。3.2.2絮凝池1)混凝剂及投加。凝聚剂选择碱式氯化铝(粉剂)、絮凝剂选择聚丙烯酰胺(水解产品，合格品)(粉剂)，二者同时投加。投加方法采用湿投法，投加方式采用重力投加。投加药剂量很小，溶液池和溶解池(搅拌池)合二为一。碱式氯化铝投加量YPAC=500mg/L，聚丙烯酰胺投加量YPAM=0.4mg/L;碱式氯化铝溶液浓度NPAC=20%，聚丙烯酰胺溶液浓度NPAM=20%;每日调制次数n=1。碱式氯化铝溶液池和溶解池容积:WPAC=YPAC•Q/(417NPAC•n)=500•0.010•3600/(417•20•1)=2.158m3，容积较小，采用人工搅拌。聚丙烯酰胺溶液池和溶解桶容积:WPAM=YPAM•Q/(417NPAM•n)=0.4•0.010•3600/(417•20•1)=0.002m3，容积很小，采用人工搅拌。由于水量和水质变化，碱式氯化铝和聚丙烯酰胺溶液的投加量实时人工调节，以絮凝池产生良好的絮粒为宜。碱式氯化铝溶液池和溶解池采用砖砌结构，外直径1880mm，深1200mm，壁厚240mm，底板厚100mm，底部用PVC管接至沉砂池出水堰。上置聚丙烯酰胺溶解桶，容积0.002m3，用医用点滴管虹吸至沉砂池出水堰。2)混合。混合方式采用水力混合。3)絮凝。采用往复式隔板絮凝池。反应时间T=30min，总容积W=QT/60=0.010×3600×30/60=18m3。现有2#沉淀池净空长4.00m，宽3.50m，深1.60m，容积22.4m3，结构为浆砌石，利用其作为絮凝池，满足要求。在池内新砌5块单砖隔板，池表面加砌1层砖。3.2.3沉淀池1)沉淀池的种类及选择。沉淀池一般分平流式、竖流式和幅流式。每种沉淀池均包含5个区，即进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。沉淀池各种池型优缺点和适用条件见表1。本工程采用平流式沉淀池，利用现有3#沉淀池。2)平流式沉淀池设计计算。现有3#沉淀池长4.00m，宽3.50m，深1.60m;4#沉淀池长4.00m，宽3.50m，深1.60m。利用其作为沉淀池。已征地范围内，沉淀池长度还可以增加13.00m，池长可达20.00m。沉淀时间T=0.55h，池内平均水流速度v=10mm/s，池长L=3.6vT=3.6×10×0.6=20.00m。扩建沉淀池后长度满足要求。现有3#、4#沉淀池和扩建沉淀池表面新砌3层砖。沉淀池内的污泥用吸泥泵抽至干化场。3)吸泥泵。吸泥泵常用的有卧式污水泵、立式液下泵和潜水污泥泵等，吸泥泵的种类及使用条件见表2。选择潜水污水泵，泵体及电机潜于水下，可以有效防止噪声污染。沉淀池一般不需人体直接接触废水，触电风险很小。3.2.4干化场干化场长8.00m，6.00m，高0.70m，结构采用砖砌，底层铺砾石，厚度200mm。采用DN200PVC排水管，接至沉砂池入流装置。沉砂池的煤(矸)粒、砂粒、土粒和沉淀池的污泥在干化场中干化后，及时运至渣场堆置。

4结语

综上所述，根据黔中玻利2#施工支洞的实际废水水质与排放要求，主要采用了“沉砂→混凝→沉淀”工艺，一方面其充分利用了原有的沉淀池，经济效益好;另一方面，该工艺处理效果优异，有效减弱了水利工程施工对于生态环境不利影响。

作者:谭华锋 单位:贵州省水利水电勘测设计研究院

［参考文献］

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