隧洞施工廢水處理與工藝

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［摘要］當(dāng)前，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水利工程施工規(guī)模大幅擴(kuò)大。但是，在水利工程的施工會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成重大影響，如何做好水利工程施工廢棄物的處理具有十分重要的意義。針對(duì)隧洞施工廢水處理方法與工藝做了具體的探討。

［關(guān)鍵詞］隧洞施工;廢水處理;工程概況

在水利工程隧洞施工中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，其主要包括隧洞開(kāi)挖、支護(hù)產(chǎn)生的施工廢水、隧洞涌水、混凝土拌和產(chǎn)生的廢水以及生活廢水等。因此，在工程施工中，必須采取適當(dāng)?shù)膹U水處理方法，從而較好地保護(hù)施工區(qū)水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境。

1工程概況

黔中玻利2#施工支洞為黔中水利樞紐一期工程總干渠C5標(biāo)的施工臨時(shí)工程，長(zhǎng)度為428.069m，斷面為城門(mén)洞型，斷面尺寸為4.5m×4.5m，隧洞底坡為6.76%。總干渠C5標(biāo)起點(diǎn)為總干渠C4標(biāo)末端，即玻利隧洞1#施工支洞和2#施工支洞中間，終點(diǎn)為楊柳2#渡槽進(jìn)口。樁號(hào)從總干40+699～51+250，全長(zhǎng)10.551km。中間焦家渡槽及進(jìn)口段渠道(總干44+900～46+080段，長(zhǎng)1180m)屬總干渠高大跨渡槽C2標(biāo)，青年隊(duì)渡槽(總干46+781～47+750段，長(zhǎng)869m)、塔山坡1#渡槽(總干48+200～49+040段，長(zhǎng)840m)屬總干渠高大跨渡槽C3標(biāo)。總干渠C5標(biāo)全長(zhǎng)7662m，建筑物主要包括明渠10段2136m(含漸變段長(zhǎng)133m)、隧洞2條長(zhǎng)4011m、渡槽4座長(zhǎng)932m、倒虹管1座長(zhǎng)583m。該標(biāo)段設(shè)計(jì)流量為19.223～16.369m3/s。

2巖溶水文地質(zhì)條件

輸水線路沿線地表水系與區(qū)域構(gòu)造一致，呈NE流向，沿線地下水以相鄰溝谷為排泄基準(zhǔn)面。在C3mp、C2hn、C1b、P1m、P1q、T1y、T1－32g碳酸鹽巖分布地段，巖溶發(fā)育，地下水為裂隙溶洞水與溶洞裂隙水。在P1L、P2L碎屑巖分布地段，地下水為基巖裂隙水。沿輸水線路碳酸鹽巖廣泛分布，地表落水洞、洼地、巖溶槽谷大量發(fā)育、深部與巖溶管道貫通，地下水埋藏深(20～80m)。根據(jù)巖性組合、巖溶發(fā)育特點(diǎn)等，線路巖溶水文地質(zhì)條件如下:2.1玻利槽谷至焦家寨二迭系———三疊系碳酸鹽巖廣泛分布，沿線地表落水洞、洼地、巖溶槽谷大量發(fā)育，深部與巖溶管道貫通，地下水埋藏深(20～80m)，與輸水線有關(guān)的大型巖溶現(xiàn)象主要有:S3巖溶管道及大泉。S3巖溶管道及大泉發(fā)育于T1y灰?guī)r中，長(zhǎng)約80m，走向S64°E，與玻利隧洞近于平行，相距3～12m，出口巖溶大泉高程1222m，低于隧洞出口高程(1296.69m)74.69m，流量40～50L/s。沿線洼地、落水洞高程為1347～1369m，依據(jù)泉水出露高程及泉水為下降泉，推測(cè)巖溶管道發(fā)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嶺附近，地形平坦開(kāi)闊，地下水埋藏淺(10～30m)，三疊系碎屑巖、泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r等大量分布，巖溶發(fā)育弱，主要表現(xiàn)為淺碟狀洼地，少量落水洞、巖溶泉。

3施工支洞廢水處理方法及工藝

由于施工支洞位于地下水位以下，在施工過(guò)程中產(chǎn)生了大量廢水。施工單位先是用潛水泵將洞內(nèi)廢水抽出排至洞口外的小河流，污染了地表水環(huán)境。小河流下游分布有村寨，并以小河流為飲用水源。為避免因環(huán)境污染引起群體性事件，施工單位修建了沉淀池處理廢水，但效果較差，不能達(dá)標(biāo)排放。基于此，本文決定采取“沉砂→混凝→沉淀”廢水處理工藝。3.1廢水處理工藝設(shè)計(jì)原則及參數(shù)3.1.1廢水處理工藝設(shè)計(jì)原則本設(shè)計(jì)遵循以下原則:①盡量利用現(xiàn)有的沉淀池;②盡量利用現(xiàn)有征地。3.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)1)水量。2012年3月1日實(shí)測(cè)廢水排放量0.003m3/s，2012年6月14日實(shí)測(cè)廢水排放量0.008m3/s。設(shè)計(jì)最大廢水處理量Qmax=840m3/d=0.010m3/s。2)水質(zhì)。2012年4月14日實(shí)測(cè)廢水pH=8.3，SS濃度=2995.00mg/L(見(jiàn)附件1)。設(shè)計(jì)最大SS濃度=3500mg/L。SS主要成分為無(wú)機(jī)煤(矸)粒、砂粒、土粒。3)排放要求。執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn):SS濃度≤70mg/L。3.2處理工藝設(shè)計(jì)根據(jù)廢水水質(zhì)和排放要求，廢水處理工藝采用:沉砂→混凝→沉淀。廢水中較粗的無(wú)機(jī)煤(矸)粒、砂粒、土粒比重大，經(jīng)自然沉淀即可分離;細(xì)微的粒子和膠體需要混凝形成“礬花”后沉淀去除。構(gòu)筑物主要有沉砂池1座、絮凝池1座、沉淀池1座和干化場(chǎng)1座。3.2.1沉砂池1)沉砂池的種類(lèi)及選擇。由于施工支洞廢水產(chǎn)生量相對(duì)于城市污水很小，本工程采用的沉砂池為臨時(shí)構(gòu)筑物，施工結(jié)束后需要拆除，并考慮利用現(xiàn)有1#沉淀池，故選擇平流式沉砂池。通過(guò)沉砂池，能夠?qū)κ┕U水的水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)揮廢水處理設(shè)備正常功能，廢水中比重大、顆粒大的泥沙可在池中沉淀。2)平流式沉砂池設(shè)計(jì)計(jì)算。流速v=0.003m/s，流行時(shí)間t=1667s;長(zhǎng)度L=v•t=5m;水流斷面面積A=Qmax/v=3.00m2;有效水深h2=1m;池總寬度B=A/h2=3.00m。現(xiàn)有1#沉淀池凈空長(zhǎng)5.00m，寬3.00m，深1.60m，壁厚0.40m，結(jié)構(gòu)為漿砌石，滿足要求。利用現(xiàn)有的1#沉淀池作沉砂池，進(jìn)水端設(shè)置底孔式入流裝置進(jìn)行消能和整流，出水端采用溢流式集水槽進(jìn)行整流。底孔式入流裝置采用薄鋼板制作，為L(zhǎng)型，長(zhǎng)3800mm，寬420mm，高300mm，底孔寬50mm，間隔150mm。拆除已砌的3層磚，重新砌4層，壓住入流裝置。沉砂池內(nèi)的砂粒在施工支洞內(nèi)停抽廢水時(shí)，用挖掘機(jī)清掏至旁邊的干化場(chǎng)。3.2.2絮凝池1)混凝劑及投加。凝聚劑選擇堿式氯化鋁(粉劑)、絮凝劑選擇聚丙烯酰胺(水解產(chǎn)品，合格品)(粉劑)，二者同時(shí)投加。投加方法采用濕投法，投加方式采用重力投加。投加藥劑量很小，溶液池和溶解池(攪拌池)合二為一。堿式氯化鋁投加量YPAC=500mg/L，聚丙烯酰胺投加量YPAM=0.4mg/L;堿式氯化鋁溶液濃度NPAC=20%，聚丙烯酰胺溶液濃度NPAM=20%;每日調(diào)制次數(shù)n=1。堿式氯化鋁溶液池和溶解池容積:WPAC=YPAC•Q/(417NPAC•n)=500•0.010•3600/(417•20•1)=2.158m3，容積較小，采用人工攪拌。聚丙烯酰胺溶液池和溶解桶容積:WPAM=YPAM•Q/(417NPAM•n)=0.4•0.010•3600/(417•20•1)=0.002m3，容積很小，采用人工攪拌。由于水量和水質(zhì)變化，堿式氯化鋁和聚丙烯酰胺溶液的投加量實(shí)時(shí)人工調(diào)節(jié)，以絮凝池產(chǎn)生良好的絮粒為宜。堿式氯化鋁溶液池和溶解池采用磚砌結(jié)構(gòu)，外直徑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，容積0.002m3，用醫(yī)用點(diǎn)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。采用往復(fù)式隔板絮凝池。反應(yīng)時(shí)間T=30min，總?cè)莘eW=QT/60=0.010×3600×30/60=18m3。現(xiàn)有2#沉淀池凈空長(zhǎng)4.00m，寬3.50m，深1.60m，容積22.4m3，結(jié)構(gòu)為漿砌石，利用其作為絮凝池，滿足要求。在池內(nèi)新砌5塊單磚隔板，池表面加砌1層磚。3.2.3沉淀池1)沉淀池的種類(lèi)及選擇。沉淀池一般分平流式、豎流式和幅流式。每種沉淀池均包含5個(gè)區(qū)，即進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)和出水區(qū)。沉淀池各種池型優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件見(jiàn)表1。本工程采用平流式沉淀池，利用現(xiàn)有3#沉淀池。2)平流式沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算。現(xiàn)有3#沉淀池長(zhǎng)4.00m，寬3.50m，深1.60m;4#沉淀池長(zhǎng)4.00m，寬3.50m，深1.60m。利用其作為沉淀池。已征地范圍內(nèi)，沉淀池長(zhǎng)度還可以增加13.00m，池長(zhǎng)可達(dá)20.00m。沉淀時(shí)間T=0.55h，池內(nèi)平均水流速度v=10mm/s，池長(zhǎng)L=3.6vT=3.6×10×0.6=20.00m。擴(kuò)建沉淀池后長(zhǎng)度滿足要求。現(xiàn)有3#、4#沉淀池和擴(kuò)建沉淀池表面新砌3層磚。沉淀池內(nèi)的污泥用吸泥泵抽至干化場(chǎng)。3)吸泥泵。吸泥泵常用的有臥式污水泵、立式液下泵和潛水污泥泵等，吸泥泵的種類(lèi)及使用條件見(jiàn)表2。選擇潛水污水泵，泵體及電機(jī)潛于水下，可以有效防止噪聲污染。沉淀池一般不需人體直接接觸廢水，觸電風(fēng)險(xiǎn)很小。3.2.4干化場(chǎng)干化場(chǎng)長(zhǎng)8.00m，6.00m，高0.70m，結(jié)構(gòu)采用磚砌，底層鋪礫石，厚度200mm。采用DN200PVC排水管，接至沉砂池入流裝置。沉砂池的煤(矸)粒、砂粒、土粒和沉淀池的污泥在干化場(chǎng)中干化后，及時(shí)運(yùn)至渣場(chǎng)堆置。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)黔中玻利2#施工支洞的實(shí)際廢水水質(zhì)與排放要求，主要采用了“沉砂→混凝→沉淀”工藝，一方面其充分利用了原有的沉淀池，經(jīng)濟(jì)效益好;另一方面，該工藝處理效果優(yōu)異，有效減弱了水利工程施工對(duì)于生態(tài)環(huán)境不利影響。

作者:譚華鋒 單位:貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

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