含铬废水截流堤防工程设计

2014-02-20李正琼

水利规划与设计 2014年5期

关键词：含铬嘉陵江第四系

李正琼

含铬废水截流堤防工程设计

李正琼

（重庆市水利规划院重庆 401147）

以某化工公司老厂区含铬废水截流堤防工程为例，阐述了项目的治理背景、治理技术方案选择，重点对截流堤防工程设计方案进行了分析，结合工程的实施和近年运行情况，总结了工程设计及运行管理的经验，对类似污染情况的治理具有一定的借鉴作用。

含铬废水截流堤防设计

1 项目背景

含铬废水是化工厂在生产红矾钠等产品过程中排放的含铬废渣中，可溶性有毒六价铬含量在0.5～1.0%时遇水形成的黄色废水，是一种有毒废水，会对地表水、地下水及土壤造成严重污染。某公司50、60年代建厂初期，在工厂附近的嘉陵江边堆放了约4万吨含铬废渣，且大都与土壤混在一起，相当部分铬渣堆体上已建有永久建筑物，包括部分老厂区厂房也直接建在铬渣堆体上。随着老厂区运行生产产生的废水渗入，加剧了该地块的污染。

1981年洪水时，填埋的铬渣浸出水沿嘉陵江形成一条岸边黄色污染带，成为市民关注的热点。公司随即采取了沿江边修建截流沟和集水井的措施，通过截流沟将拦截的含铬废水收集到集水井后抽回生产区回用，对减轻污染起到了一定作用。但因截流沟所处位置较低（标高仅172m），嘉陵江常年洪水位为178m，以致截流沟、井经常被淹没，加上截流沟未完全达到基岩，使得地下填埋铬渣在雨、排水淋溶下，仍不断渗出含铬废水污染嘉陵江。2001年12月，为有效解决地下填渣这一污染隐患问题，有关部门在决定关闭老厂区生产线的同时，启动了老厂区含铬废水污染治理工程。

2 治理技术方案选择

针对该公司老厂区铬渣污染的历史问题，当时提出了两种治理方案。

方案一：择址搬离铬渣及其污染土壤。即选择一个远离嘉陵江边的新址，将含铬废渣及其污染土壤整体迁移至该处。

方案二：就地修建挡墙拦截含铬废水，并对废水回收处理。即沿铬渣堆放的江边修建挡墙，结合基岩帷幕防渗拦截含铬废水，并将废水抽回已建的废水处理站处理达标后排放。

经综合分析比较，方案一要挖走近4万吨含铬废渣，以及受污染的土壤约50万吨，耗资将上亿元，无论是政府还是企业自身投资都难以实现，且可能存在异地污染的后患。方案二虽修建截流挡墙一次性投入达数千万，但能有效拦截含铬废水，后期收集处理投入较小，运行管理较简单，故选择方案二。

3 截流堤防工程设计

3.1工程建设条件23

工程地区属亚热带气候，多年平均气温17℃，多年平均最大风速15m/s，多年平均降雨量1092mm。

嘉陵江工程河段P=5%设计洪水洪峰流量为4.05万m3/s，相应洪水位为192.87～193.21m（现状条件不考虑三峡水位影响）。

工程区位于四川盆地东部边缘，该区地震基本烈度小于Ⅵ度。场地位于嘉陵江右岸边，属侵蚀地貌单元的浅丘与漫滩地形，原始地形标高在168～194.50m之间，经人工回填整平后，现地形呈阶梯状斜坡，阶面即为老厂区，阶坡坡度45°左右，台阶以下为嘉陵江右岸漫滩。

场地出（揭）露地层有厚6～17m的第四系素填土（Q4ml）、厚2～8m的第四系杂填土（Q4r）、厚3～8 m的第四系冲积粉质粘土、厚2～8.8m的第四系冲积砂土（Q4al）、厚2～5.7m的第四系冲积卵石（Q4al）及侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）。

场地位于磁器口向斜东翼，岩层产状S45° E/SW∠16°，即岩层缓倾岸坡内。岩层接触关系正常，无断层存在。

场地内地下水有第四系孔隙水与基岩裂隙水两类。第四系孔隙水赋存于第四系人工填土与冲积卵石层内，基岩裂隙水赋存于上沙溪庙组地层的砂岩裂隙中，均受大气降水与地表水体补给，向嘉陵江排泄。场地内地下水已受到含铬废水污染，类型为硫酸钙钠型，PH值7.6～12.5，硫酸盐含量1042～1250mg/L。地下水中的硫酸盐对普通混凝土有弱腐蚀性。

以透水率q≤5Lu为标准，场地基岩相对隔水层埋深24～50m。

3.2工程设计

由于老厂区地面高程低于工程设计防洪标准相应的嘉陵江洪水位，且厂区内还有一条现有生活污水排水沟，工程设计不仅要考虑拦挡含铬废水渗入嘉陵江、收集拦挡废水，还要防止嘉陵江洪水倒灌进入老厂区形成内涝，同时能够排放老厂区自身的生活污水和区域内的暴雨。因此，本工程设计包括了堤防工程、防渗工程、废水收集工程和厂区排水工程等四部分内容。

3.2.1 堤防工程

堤防工程设计时选择了衡重式挡墙、扶臂式挡墙进行方案比较。衡重式挡墙的优点是堤底宽较窄（最大底宽12 m），可减少土石方开挖回填量，在老厂区工程场地末段已成建筑物较多的情况下，便于工程总体布置，堤背回填土施工亦较方便；缺点是工程完工后若帷幕灌浆需补灌，则施工较难。扶臂式挡墙方案的优点是混凝土用量小，便于工程完工后补灌帷幕灌浆的施工；缺点是由于其最大堤底宽达19m，土石方开挖回填量较大，工程总体布置时，在堤防末段将受到老厂区已建房屋的一定限制。另外，由于扶臂的存在，堤背回填土施工不方便。方案比较结果，在均能满足截断老厂区含铬废水的情况下，衡重式挡墙方案投资最省，最后推荐采用埋石混凝土衡重式挡墙方案。其断面布置见图1。

图1 截流堤防挡墙标准断面图

为防止挡墙地基不均匀沉降，根据建基面高程情况，挡墙每隔10～18m设置了一道伸缩沉降缝。考虑橡胶止水易受含铬废水腐蚀，沉降缝的止水材料选择了铜片。为防止含铬废水腐蚀挡墙混凝土，在挡墙背江面止水铜片后的缝面、挡墙180m高程以下的墙背面及排水棱体的垫层面均涂刷氯丁胶乳沥青（二布六涂），并在缝内填充相应的配套填缝沥青油膏以防渗防腐。

考虑含铬废水对混凝土具有一定的腐蚀性，设计对挡墙混凝土和帷幕灌浆所使用的水泥均要求采用抗硫酸盐侵蚀的硅酸盐水泥。

3.2.2 防渗工程

防渗工程包括堤基防渗和侧向防渗处理。

为防止含铬废水通过基岩渗入嘉陵江，采取沿堤基设置一排帷幕灌浆。灌浆轴线距挡墙墙踵2m，帷幕底线伸入相对隔水层（q=5Lu）3m，灌浆孔距1.5m，孔深21～41m。灌浆形成的防渗帷幕体按q=3Lu标准控制。

在侧向防渗处理设计中，由于侧向防渗线一带第四系覆盖层厚度较大，因此采取防渗墙和帷幕灌浆相结合的方式进行防渗处理。防渗墙材料初设时采用的混凝土，施工设计时，对材料进行了优化变更，选择了投资较低且便于施工的水泥粘土浆。

3.2.3 废水收集工程

为便于收集含铬废水，在墙背3×3m范围内采取了回填块石，形成集水排水棱体，棱体高程以上则回填一般土石混合料。为防止土石混合料渗入块石引起堵塞，在块石棱体周边设0.6 m厚的砂砾石反滤层，反滤层外铺设土工布，以达到反滤要求。

为了达到良好的集水效果，将集水井布置在挡墙建基面最低处。集水井大小按照布置1台卧式自吸排污泵考虑，同时，为便于管理，在集水井顶平台191.30m高程设管理房，在管理房内放置一台备用排污泵。排污泵型号按含铬废水治理工程的抽水处理量800m3/日选择，设计扬程为30m。运行水位分别确定如下：最低运行水位（停泵水位）为168.50m，起泵水位为171m，最高水位（报警水位）为172m。

3.2.4 厂区排水工程

由于老厂区地面高程为190～191m，而20年一遇设计洪水位192.87～193.21m，当区域内降暴雨和遭遇嘉陵江洪水位高于190m时，为及时抽排厂区集水和生活污水，考虑修建排水泵房一座。同时，为满足洪水位低于190m时能自由排放厂区地表雨水及生活污水和洪水位高于190m时防止洪水倒灌进入厂区，还结合排水泵房布置了自流竖井及盘形阀。排水泵房设计排水流量1m3/s。

根据厂区排水沟现状位置，将排水泵房布置在厂区排水沟的出口穿堤处。为防止污物进入水泵，在排水泵房的进水口处设一道拦污栅。排水泵房结构布置为2层（地下和管理房层），地下层布置盘形阀及自流竖井，其直径均为0.8m。管理房层布置3台卧式离心泵及配电柜，离心泵设计流量为1080m3/h，设计扬程为17m。

4 工程实施及运行情况

该工程于2004年2月正式开工建设，2006年底基本建成，2007年底进行了竣工验收，目前已投入运行近6年。工程运行以来，堤防挡墙和防渗体系发挥了设计的拦挡效果，含铬废水收集工程的块石排水棱体排水性能良好，集水井抽水设备运行正常，老厂区内日常产生的含铬废水都能通过集水井抽回废水处理站集中处理达标后排放，嘉陵江边的黄色污染带再也没有出现过。项目的实施得到了当地市民的好评和环保部门的认可。