黃土溝壑區(qū)鐵路隧道施工廢水采樣分析及處理對(duì)策

桂浩堯,顏　瑾

(1.西安鐵路局，陜西 西安　710054；2.西安市長(zhǎng)安區(qū)環(huán)保局監(jiān)測(cè)站，陜西 西安　710100)

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黃土溝壑區(qū)鐵路隧道施工廢水采樣分析及處理對(duì)策

桂浩堯1,顏瑾2

(1.西安鐵路局，陜西 西安710054；2.西安市長(zhǎng)安區(qū)環(huán)保局監(jiān)測(cè)站，陜西 西安710100)

摘要：為解決黃土溝壑區(qū)隧道施工引起水源地污染導(dǎo)致工程停工的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)某鐵路隧道工程中施工廢水的沿途采樣分析，提出黃土溝壑區(qū)隧道施工廢水主要超標(biāo)指標(biāo)為濁度和色度，主要污染途徑為施工廢水在排放過(guò)程中攜帶了徑路上的泥沙等膠體懸浮物，并據(jù)此優(yōu)化了原有的沉淀池處理方案，采用混凝沉淀對(duì)該黃土溝壑區(qū)鐵路隧道施工廢水進(jìn)行了處理，并取得了良好的處理效果。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；施工廢水；處理

“十二五”期間，我國(guó)的鐵路建設(shè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，路網(wǎng)規(guī)模和質(zhì)量都有了很大的提高。全國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，營(yíng)業(yè)里程已達(dá)12．1萬(wàn)km，其中高速鐵路超過(guò)1．9萬(wàn)km，“四縱四橫”高速主骨架基本建成[1]。在下一個(gè)五年中，黨的十八屆五中全會(huì)《決議》[2]中提出了要堅(jiān)持綠色發(fā)展的理念，要求鐵路建設(shè)更加注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，形成人與自然和諧發(fā)展的格局。在鐵路建設(shè)中，鐵路隧道穿越崇山峻嶺把大山兩邊的世界聯(lián)系起來(lái)。在帶來(lái)交通便捷的同時(shí)，如何妥善處理好鐵路隧道施工與水源保護(hù)區(qū)、森林公園等環(huán)境敏感點(diǎn)的保護(hù)成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。如何通過(guò)工程措施有效控制施工中污染物的排放，對(duì)于推進(jìn)鐵路建設(shè)科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建和諧的人與自然環(huán)境有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

本文對(duì)某黃土溝壑區(qū)鐵路工程中如意隧道進(jìn)行研究。該隧道位于黃土臺(tái)塬區(qū)，根據(jù)地勘資料隧道圍巖多為砂巖、泥巖等，圍巖級(jí)別以Ⅳ級(jí)為主。隧道為雙線隧道，全長(zhǎng)9 808 m，是全線的控制性工程。施工過(guò)程中設(shè)4座斜井作為輔助坑道，進(jìn)、出口及斜井共同掘進(jìn)，Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法或短臺(tái)階法施工，Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階七部開(kāi)挖法或三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工。以該隧道施工廢水為控制對(duì)象，以物理化學(xué)法為主要技術(shù)手段，以達(dá)標(biāo)排放和經(jīng)濟(jì)合理為處理原則，對(duì)山區(qū)鐵路隧道施工廢水處理方法進(jìn)行了研究，優(yōu)化了處理方案。

1現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題及來(lái)源分析

施工過(guò)程中施工單位在1#斜井出口設(shè)置了2座300 m3沉淀池，施工廢水經(jīng)沉淀后沿溝谷自流排放。排放的施工廢水流經(jīng)徐水溝上游流入當(dāng)?shù)氐诙嬘盟吹丶t旗水庫(kù)引起部分水域水面顏色變?yōu)榧t色，群眾多次向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門投訴。經(jīng)環(huán)保部門現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)、調(diào)查、取證，兩次致函現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)，要求如意隧道1#斜井停止施工并采取有效措施處理施工廢水。

隧道施工廢水來(lái)源主要有三類：一是施工過(guò)程中各工序產(chǎn)生的廢水；二是伴隨施工過(guò)程的隧道涌水和圍巖滲水；三是施工人員產(chǎn)生的生活污水[3]。

2水質(zhì)采樣分析

2.1采樣點(diǎn)選擇

共選擇5個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)1～5分別為：1#斜井正洞掌子面、1#斜井洞口、橋頭河村村頭108國(guó)道橋下、徐水溝匯入紅旗水庫(kù)處、紅旗水庫(kù)下游大壩附近取水口(圖1)。

圖1　采樣點(diǎn)位示意圖

2.2水質(zhì)分析

按照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行檢測(cè)，選擇色度、濁度、pH值、Ca2++Mg2+、CODMn作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(1) 色度和濁度(表1)。

表1　隧道施工廢水色度和濁度隨徑流變化的比較

1號(hào)采樣點(diǎn)水樣的色度和濁度與5號(hào)采樣點(diǎn)一致，明顯優(yōu)于2至4號(hào)采樣點(diǎn)。說(shuō)明掌子面水樣的色度和濁度指標(biāo)優(yōu)于沿途其他采樣點(diǎn)。2號(hào)、3號(hào)采樣點(diǎn)濁度值大于1 000，而4號(hào)采樣點(diǎn)雖然濁度較低但呈乳白色，說(shuō)明水樣中細(xì)微懸浮物或膠體物較多。

(2) pH值。5個(gè)采樣點(diǎn)的pH值均在8.05至9.04之間，呈弱堿性。變化幅度較小(圖2)。

圖2　隧道施工廢水pH值隨徑流變化的比較

(3) Ca2++Mg2+。水的硬度在掌子面和流入水庫(kù)后較大，在徑流的過(guò)程中較小(圖3)。

圖3　隧道施工廢水硬度隨徑流變化的比較

(4) CODMn。CODMn在1.01mg/L-1至1.93 mg/L之間變化幅度較小，并符合I類水體要求。同時(shí)隨著排水徑流長(zhǎng)度的增加呈顯著上升趨勢(shì)(圖4)。

圖4　隧道施工廢水CODMn隨徑流變化的比較

2.3污染物的來(lái)源

(1) 濁度。主要是鉆爆法施工中，機(jī)具鉆眼及爆破產(chǎn)生的微小顆粒物及粉塵與隧道出水混合，加之散落的石塊在作業(yè)過(guò)程中受碾壓破碎進(jìn)入隧道排水造成。

(2) pH值。主要是混凝土施工引起排水的酸堿度的變化，

(3) Ca2++Mg2+。主要是來(lái)自隧道圍巖經(jīng)爆破、碾壓進(jìn)入水體。

(4) CODMn。施工過(guò)程中施工機(jī)械以及突發(fā)的設(shè)備漏油產(chǎn)生油污以及工人在施工作業(yè)的過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)污染物。其中油類是化學(xué)污染物的主要成分，其排放濃度與施工管理及機(jī)械養(yǎng)護(hù)關(guān)系密切[5]。

3處理方案

3.1工藝選擇

鑒于施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄，施工便道運(yùn)輸條件較差，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果和蔣紅梅等人的研究，以及祝捷[6]、陳培帥[7]、靳李平[8]等人對(duì)處理工藝的探索選擇物理化學(xué)處理工藝進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)處理后的出水進(jìn)行有組織排放。

3.2工藝流程

廢水處理工藝流程見(jiàn)圖5所示。

圖5　廢水處理工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用地下水動(dòng)力學(xué)法計(jì)算，如意隧道1#斜井施工正常涌水量估算為6 300 m3/d，設(shè)計(jì)處理能力按Q=300 m3/h計(jì)算，每日24 h連續(xù)運(yùn)行。斜井洞口至廢水處理站采用鑄鐵排水管排水，在坡度較大段落及管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置混凝土抗滑支墩。隧道施工廢水進(jìn)入處理站后經(jīng)平流式沉砂池去除較重的無(wú)機(jī)顆粒后，經(jīng)混合池加藥絮凝攪拌，流入隔油沉淀池，混凝沉淀后的廢水經(jīng)過(guò)砂濾罐、活性炭濾罐深度處理達(dá)到文獻(xiàn)[9]的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入回用水池，處理后廢水部分回用，其余部分經(jīng)6 km長(zhǎng)的d300 mm鑄鐵管排放至紅旗水庫(kù)下游泄洪渠內(nèi)。

沉砂池和隔油沉淀池外設(shè)置集油筒，桶內(nèi)含油排渣等定期收集后，運(yùn)至地方環(huán)保部門指定地點(diǎn)填埋、焚燒處理。沉砂池與隔油沉淀池應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清淤，沉砂運(yùn)至隧道棄渣場(chǎng)填埋。

根據(jù)砂濾罐、活性炭濾罐的運(yùn)行情況，及時(shí)對(duì)濾料進(jìn)行反沖洗。反沖洗用水采用回用水池貯存水，反沖洗出水經(jīng)廢水泵井抽升至混合池處理。

當(dāng)隧道涌水量大于處理構(gòu)筑物能力時(shí)，應(yīng)暫停施工，及時(shí)進(jìn)行封堵作業(yè)。

3.3主要構(gòu)筑物

采用平流式沉砂池，兩格設(shè)計(jì)，采用人工排砂，去除大粒徑顆粒。隔油沉淀池有效水深2 m，按水力停留時(shí)間2 h計(jì)算，用于油水分離，泥砂沉淀。砂濾罐、活性炭濾罐用于廢水深度處理，確保達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.4處理藥劑及投加設(shè)備

在混合池和氣浮池前設(shè)一體化自動(dòng)加藥裝置，根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告，進(jìn)水呈弱堿性，采用PAC作為混凝劑，同時(shí)適量投加酸性中和劑或PAM作為助凝劑。加藥機(jī)采用一體化自動(dòng)加藥裝置。

3.5其他注意事項(xiàng)

廢水處理站在隧道洞外的選址不應(yīng)影響隧道正線施工。同時(shí)應(yīng)采取修建排水管(溝)等設(shè)施避免混入作業(yè)場(chǎng)區(qū)的其他生產(chǎn)、生活污水，確保滿足處理設(shè)施的最大處理能力。

同時(shí)，施工過(guò)程中要做好隧道內(nèi)水倉(cāng)及排水溝的隔離措施，及時(shí)清碴。斜井洞口至廢水處理站間的排水管路應(yīng)結(jié)合實(shí)際地形鋪設(shè)，在坡度較大段落及管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置抗滑支墩,采用180°混凝土基礎(chǔ)，以保證管道運(yùn)行安全。廢水處理站場(chǎng)地應(yīng)達(dá)到地基承載力100 kPa以上。

4處理效果

按照文獻(xiàn)[10]的要求，對(duì)出水進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示處理后的出水適用于預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土、素混凝土的拌和(表2)。

表2　處理后出水水質(zhì)

5結(jié)論及建議

(1) 水中污染物以無(wú)機(jī)物為主,有機(jī)污染物含量較少；濁度為主要的超標(biāo)指標(biāo)。正洞掌子面水質(zhì)好于其他各采樣點(diǎn)的水質(zhì)。

(2) 隧道掘進(jìn)施工并不會(huì)直接對(duì)水質(zhì)造成污染，主要的污染途徑是施工廢水在排出的過(guò)程中攜帶的流徑線路上的泥沙等懸浮物。

(3) 通過(guò)混凝沉淀、氣浮、過(guò)濾等處理工藝，出水水質(zhì)滿足達(dá)標(biāo)排放要求。

(4) 采取有組織排水措施能夠有效降低施工廢水在徑流過(guò)程中引入其他污染物加重污染。

(5) 結(jié)合利用水泥處理公路隧道施工廢水的探索，從降低處理成本的角度可考慮用水泥代替PAC、PAM進(jìn)行進(jìn)一步研究[11-12]。

〔參考文獻(xiàn)〕

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[2]新華社北京電.中國(guó)共產(chǎn)黨第十八屆中央委員會(huì)第五次全體會(huì)議公報(bào)[J].交通財(cái)會(huì), 2015(11):45.

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[4]TB 10104-2003，鐵路工程水質(zhì)分析規(guī)程[S].

[5]鄭新定,丁遠(yuǎn)見(jiàn).隧洞施工廢水對(duì)水環(huán)境的影響分析及應(yīng)對(duì)措施[J].現(xiàn)代隧洞技術(shù)，2007(12):44.

[6]祝捷.引漢濟(jì)渭工程輸水隧洞施工廢水處理工藝研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2014(6):109-113.

[7]陳培帥，季鐵軍.絮凝劑在隧道施工廢水處理中的應(yīng)用研究[J].公路交通技術(shù),2012(2):138-140.

[8]靳李平，李厚峰，金鵬康，等.秦嶺輸水隧洞施工期廢水水質(zhì)評(píng)價(jià)及工藝研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,36(6):155-158.

[9]GB 8978-1996，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[10]TB 10424-2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[11]桂浩堯.公路施工廢水污染控制研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[12]劉萍.水泥+PAC處理隧道施工廢水技術(shù)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

收稿日期：2016-03-30；修改日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：桂浩堯(1981-)，男，山西沁縣人，碩士，西安鐵路局工程師．

中圖分類號(hào)：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)02-0244-03