山嶺隧洞施工廢水處理方法
近年來，隨著高等級公路、鐵路的建設(shè)，隧洞施工日漸普遍。山嶺隧洞施工一般多發(fā)生在山區(qū)，地處天然水的產(chǎn)匯流區(qū)、水源的源頭區(qū)，甚至是飲用水水源保護(hù)區(qū)。如何解決山嶺隧洞施工廢水的有效處理，是具有普遍性的工程實(shí)際問題。目前國內(nèi)針對這一問題的相關(guān)研究鮮有報(bào)道，本文通過分析提出施工過程主要污染物的測算方法與廢水的有效處理方案。
1山嶺隧洞施工廢水種類與特點(diǎn)
山嶺隧洞施工一般會(huì)產(chǎn)生3類廢水：①隧洞施工過程產(chǎn)生的廢水，稱之為施工廢水；②伴隨施工過程的隧洞涌水和圍巖滲水，稱之為施工涌滲水；③施工人員產(chǎn)生的生活污水。前兩者統(tǒng)稱為施工過程廢水；后者稱之為生活污水。
1．1施工廢水
施工廢水的水質(zhì)與施工工藝密切相關(guān)，目前山嶺隧洞施工方式主要有鉆爆法與隧洞（TBM）法兩種。在隧道長、空間大的隧洞施工過程，為了加快工期，常常會(huì)利用斜井、橫洞等輔助施工。
1．1．1鉆爆法
鉆爆法施工的基本流程為在巖石表面鉆裝藥孔，裝填炸藥并爆破，再將爆破的碎石渣清運(yùn)，并在形成斷面后根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行支護(hù)等作業(yè)。根據(jù)鉆爆施工原理，產(chǎn)生的污染物主要有：巖粉等固體顆粒物、炸藥爆炸后的產(chǎn)物和沒有完全反應(yīng)的殘余藥物、支護(hù)作業(yè)流失的混凝土漿液等。目前，山嶺隧洞爆破多采用硝氨炸藥，其爆炸產(chǎn)物為N2、NO、NO2等，只有少量來不及反應(yīng)的原藥硝銨才會(huì)產(chǎn)生氨氮和硝酸根等物質(zhì)。
鉆爆法施工過程廢水中氨氮的高低對廢水處理工藝的選擇至關(guān)重要。施工廢水中的氨氮一般來自硝銨炸藥的無效成份。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在無受潮情況下硝銨炸藥爆炸過程不參與反應(yīng)的物質(zhì)一般不會(huì)超過1％，由于爆炸具有間歇性和瞬時(shí)性的特點(diǎn)，因此廢水中氨氮的含量可以根據(jù)山嶺隧洞集水池總?cè)莘e計(jì)算。如某隧洞一次使用硝銨炸藥約600kg，則未參予反應(yīng)的硝銨最多為6kg，折算氨氮約為1．5kg，其設(shè)計(jì)的集水池總?cè)莘e為400m3，則爆炸后廢水氨氮最高約為4mg／L。表1為某山嶺隧洞鉆爆法施工工藝產(chǎn)生的廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果。
表1某山嶺隧洞鉆爆施工廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果
注：①表中數(shù)據(jù)系施工廢水與隧道涌水及圍巖滲水的混合水水質(zhì)；②施工廢水量與隧道涌水及圍巖滲水量之比約1∶5；③氨氮濃度與硝氨炸藥的使用量與集水池容積有關(guān)，應(yīng)按計(jì)算確定。
1．1．2TBM法
TBM法施工屬于機(jī)械作業(yè)，能同時(shí)完成破巖、出渣、通風(fēng)除塵、支護(hù)襯砌等作業(yè)，具有連續(xù)、高效的特點(diǎn)。TBM法施工不僅避免了使用炸藥，且粉塵和隧洞涌水及圍巖滲水產(chǎn)生量也少。由于TBM盾構(gòu)機(jī)屬于大型機(jī)械作業(yè)，因此需要冷卻和潤滑，會(huì)產(chǎn)生一定量的石油類污染物。表2為某山嶺隧洞TBM法施工工藝產(chǎn)生的廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果。
表2某山嶺隧洞TBM法施工廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果
注：①該水質(zhì)系施工廢水與隧道涌水及圍巖滲水的混合水水質(zhì)；②施工廢水量與隧道涌水及圍巖滲水量之比約1∶5；③石油類濃度與施工機(jī)械日耗油量和集水池容積有關(guān)，可通過計(jì)算進(jìn)行確定。
1．2隧洞涌水與圍巖滲水
隧洞涌水與圍巖滲水是隧道施工過程中，由于巖石的破壞、開挖、松動(dòng)而導(dǎo)致的存在于地下裂隙中的天然水，其類型多為基巖或巖溶裂隙地下潛水或承壓水等。隧洞涌水與圍巖滲水水量變化幅度較大，但水質(zhì)總體穩(wěn)定，一般屬于無人為污染的天然水。其水質(zhì)取決于原生地質(zhì)環(huán)境，可能會(huì)因原生地質(zhì)環(huán)境而存在特殊的鹽或重金屬污染物。
1．3生活污水
施工人員居住房屋簡陋，衛(wèi)生設(shè)施簡單，多采用旱廁，加之洗浴比較頻繁。所以，其產(chǎn)生的生活污水相對于城市居民而言，其主要污染物含量較低。
2廢水處理
2．1清污分流原則
按照清潔生產(chǎn)的原則，隧洞涌水與圍巖滲水屬于清潔的天然水，應(yīng)單獨(dú)收集、利用或排放。但當(dāng)爆破或鉆洞開挖施工時(shí)都會(huì)誘發(fā)隧洞涌水、圍巖滲水與施工廢水同步產(chǎn)生。因此，除極個(gè)別的特殊情況，隧洞涌水和圍巖滲水一般很難與施工廢水徹底分開。加之隧洞作業(yè)空間相對狹小且封閉，廢水多為混合后引出洞外處理。
2．2受納水體水質(zhì)要求
廢水處理的程度取決于受納水體的水功能要求。山區(qū)環(huán)境一般屬于河流的源頭區(qū)或水源保護(hù)區(qū)，其水質(zhì)一般均可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類及以上標(biāo)準(zhǔn)。如果施工區(qū)位于水源一級保護(hù)區(qū)，則禁止一切與水源保護(hù)無關(guān)的活動(dòng)；如果在二級保護(hù)區(qū)以內(nèi)，則或者實(shí)現(xiàn)零排放，或者處理后達(dá)到地表水Ⅲ類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排放。表3為地表水Ⅱ類和Ⅲ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中一級排放標(biāo)準(zhǔn)限值的對比情況。可見，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)限值差距較大，施工過程若排放廢水，對水質(zhì)的處理要求極高，難度極大。
表3排放標(biāo)準(zhǔn)的對比
2．3山區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)
由于山嶺隧洞施工多發(fā)生在山區(qū)，該環(huán)境特點(diǎn)為：①道路、電力、通訊、輸送管道等建設(shè)條件較差，給污廢水處理工程帶來了極大不便；②山區(qū)早晚溫差大，晚間和冬季氣溫較低，不利于污水生物處理中微生物的生長和繁殖；③山區(qū)環(huán)境一般地質(zhì)災(zāi)害較多，土層薄，多巖石，施工不易，施工成本較高；④山區(qū)一般為河流的上游或源頭，水量不大，稀釋自凈能力弱，水質(zhì)潔凈，對廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求極高。
3水處理工藝的選擇
3．1施工過程廢水
施工過程廢水主要含有無機(jī)污染物，懸浮物含量高，并含有一定量的氨氮、石油類等污染物質(zhì)，可生化性相對較差。由于此類廢水中SS相對較高，且SS與懸浮性COD、氮類污染物有一定的關(guān)聯(lián)度。因此，施工過程廢水宜采用物化法為主的處理工藝。
（1）SS的去除。施工過程產(chǎn)生的SS，通常是非常細(xì)小的巖屑及少量有機(jī)質(zhì)。氣浮法適合去除比重較小或者更為細(xì)小的懸浮微粒。絮凝沉淀法通過投加絮凝劑和助凝劑去除懸浮微粒，同時(shí)還可以通過吸附作用去除有機(jī)物，因而比較常用，但會(huì)產(chǎn)生較多的泥渣，但其疏水性較好，相對穩(wěn)定，可以填埋處置。
（2）氨氮的去除。施工過程廢水中氨氮變化幅度較大，小時(shí)最大濃度會(huì)在幾個(gè)、十幾個(gè)甚至幾十個(gè)mg／L之間波動(dòng)，且氨氮一般只在鉆爆法中硝氨炸藥瞬時(shí)爆炸時(shí)產(chǎn)生，在與隧洞涌水和圍巖滲水混合之后，其濃度大幅度降低且與一次用藥量及集水池容積有關(guān)，有一定的人為控制余地。一般可以控制在3～5mg／L，這樣可以省略專門用于去除氨氮的單元。因此，一般可考慮采用與去除SS的混凝沉淀相結(jié)合的方法，以去除少量氨氮。為進(jìn)一步保證出水氨氮達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類及以上標(biāo)準(zhǔn)，可在混凝沉淀后增加沸石床吸附工藝，同時(shí)在沸石床之前應(yīng)增加砂濾作為預(yù)處理單元，延長沸石床的使用壽命。據(jù)有關(guān)資料表明，沸石對NH＋4的吸附量最高可達(dá)270mg／kg，平均在230mg／kg左右，吸附比為1％～2％。可見，在氨氮濃度較低的情況下，沸石是非常有效的吸附劑。
（3）石油類物質(zhì)的去除。石油類物質(zhì)的去除方法主要有氣浮法、混凝沉淀法、臭氧氧化法、過濾法以及吸附法等。為使出水石油類物質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類及以上標(biāo)準(zhǔn)，可考慮采用重力隔油和活性炭吸附進(jìn)一步降低出水石油類物質(zhì)。
綜合上述分析，考慮到施工過程廢水以SS為主，同時(shí)含有少量COD、氨氮以及石油類物質(zhì)，故工藝選擇以物化法為主，建議采用①施工過程廢水→混凝沉淀→石英砂濾—沸石吸附→排放；②施工過程廢水→混凝沉淀→石英砂濾→活性炭吸附→排放。工藝①主要針對氨氮的去除；工藝②主要針對石油類物質(zhì)的去除。
通過上述兩種工藝的處理，施工過程廢水處理出水可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類及以上標(biāo)準(zhǔn)。
（4）濾料與吸附材料的選擇。本文提出的石英砂濾料主要處理懸浮物，且不易堵塞，起到了預(yù)處理和保安過濾的作用；沸石主要利用其較好的氨氮吸附效果；活性炭主要針對的是石油類污染物質(zhì)。當(dāng)然，濾料和吸附材料應(yīng)當(dāng)本著就地取材、方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有效的原則進(jìn)行選擇。
3．2生活污水
由于施工過程有時(shí)段性，生活設(shè)施具有臨時(shí)性的特點(diǎn)，所以生活污水的處理設(shè)施應(yīng)緊密結(jié)合山區(qū)居民的生活實(shí)際，選擇經(jīng)濟(jì)可行的處理方式。
生活垃圾可以采取定點(diǎn)收集和日產(chǎn)日清，集中清運(yùn)的方式解決。糞便污水和洗滌廢水建議采用分散和分別處理的方式，如在施工人數(shù)不多的情況下，可結(jié)合山區(qū)當(dāng)?shù)貙?shí)際，修建雙甕式廁所或?qū)Ξ?dāng)?shù)睾祹M(jìn)行改造，滿足衛(wèi)生要求；人數(shù)較多時(shí)，可以采用流動(dòng)式公共廁所做到逐日清運(yùn)，或者建設(shè)化糞池與生活污水一并處理。當(dāng)生活污水宜采用分散式的處理方式，即按照相對集中的施工區(qū)域集中設(shè)置處理站，以減少管道施工。其中餐廚廢水含有大量食用油脂，需要單獨(dú)設(shè)隔油裝置；生活污水碳源不足時(shí)，宜采用物化處理方法；當(dāng)施工區(qū)生活污水包括上述全部污水時(shí)，首選應(yīng)以生物處理方法。
4結(jié)論
山嶺隧洞施工多發(fā)生在山區(qū)，而山區(qū)往往是水源源頭區(qū)和水源保護(hù)區(qū)，不僅水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)較高，甚至有些地方不允許排污，這就與施工廢水的排放發(fā)生了很大矛盾。本文在對隧洞施工過程廢水的來源、水質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，充分考慮受納水體的水質(zhì)要求和山區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，針對施工過程廢水和生活污水，提出了有針對性的工藝技術(shù)方案。
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