引汉济渭秦岭隧洞（越岭段）施工期间污水处理技术研究

2018-12-14房佳亮

陕西水利 2018年6期

房佳亮

(中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西西安 710043)

1 工程概况

引汉济渭工程穿越秦岭段隧洞全长81.78 km，隧洞进口位于三河口水库坝后汇流池，出口位于渭河一级支流黑河金盆水库右侧支沟黄池沟内，其中出口段全长6493 m。里程桩号K75+286～K81+779，最大埋深约780 m，出口底板高程510.00 m，设计流量70 m3/s，坡降1/2530。采用Ⅰ型马蹄形断面，初期支护采用锚网喷加型钢支撑的柔性支护体系，钢筋混凝土衬砌，成洞断面6.76 m×6.76 m，隧洞由出口向小里程方向独头掘进，采用钻爆法施工，无轨运渣。

出口段位于北秦岭加里东褶皱带内，无大的断裂构造通过，但秦岭北麓区域性断裂（东西～北西西走向）和岐山～马召区域（北西走向）均在隧洞出口外侧通过。岩体受构造作用影响严重，节理裂隙发育，岩体破碎～较破碎，岩质软弱，节理密集带及小揉皱和褶曲发育。主要涉及地层为第四系全新统坡积碎石土，中元古界宽坪群四岔口岩组云母片岩夹石英片岩、绿泥岩。

洞身段大多位于地下水位以下，地下水分布主要受节理、裂隙、岩溶的发育和分布情况控制，主要为基岩裂隙水，水量较丰富，受大气降水补给，设计预测最大隧洞正常涌水量12529 m3/d，可能出现的最大涌水量15058 m3/d。

2 污水处理系统原理及各部分组成

2.1 污水来源及主要污染物

施工期污水来源主要为隧洞内污水及洞外施工场地废水，其中以隧洞内污水为主。隧洞内污水主要是隧道涌水混和施工废水、机械污油和泥后在施工车辆碾压搅动下形成浑浊度很高的污水。洞外施工场地废水主要为车辆冲洗废水、机械维修油污水。

污水中主要污染物为：石油类、化学需氧量（COD）、氨氮、硝酸盐、悬浮物（SS）。

2.2 污水处理系统原理

本套污水处理系统最大处理能力为15200 m3/d，按隧洞预计最大涌水量进行设计。其基本原理为：污水经由管道排至洞口初级沉淀池，在初级沉淀池内沉淀绝大部分粗颗粒后由管道自流至絮凝反应池，经絮凝反应池加药搅拌絮凝反应后流至隔油沉淀池，在隔油沉淀池进一步沉淀后最终达到排放标准排出。各池中沉淀的淤泥通过大功率污泥泵抽至卧螺脱泥机脱水后运至弃渣场填埋，隔油沉淀池中油污及时进行收集后集中处理。

具体处理流程见图1。

图1 污水处理系统流程图

2.3 初级沉淀池

考虑隧洞内污水涌水量较大且含泥量高而增设初级沉淀池，设置在隧洞口位置，初级沉淀池为2组并联，主要作用是将污水中的粗颗粒进行初级沉淀。作用原理是隧道内污水通过明沟汇集排入初级沉淀池，削弱水流冲击荷载来降低水流速度，通过低速平流加速大颗粒淤泥沉淀，粗颗粒污泥沉淀在集泥槽内。通过长期试验证明，初级沉淀池可沉淀污水淤泥60%以上。初级沉淀池为钢筋混凝土结构，长6 m，宽4 m，深4 m，其结构形式见图2。

图2 初级沉淀池平面和侧立面结构示意图（单位：m）

2.4 药剂配制系统

2.4.1 药剂选择及配合比确定

根据隧道主要污染物种类和性质，选择目前市场较成熟的处理药剂，投加聚合氯化铝PAC混凝剂和聚丙烯酰胺PAM无机絮凝剂，与污水按比例混合搅拌后絮凝反应去除污水中污染物[1]；PAC是一种无机高分子混凝剂，主要通过压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水肿细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。PAM通过产品本身的分子能与分散于溶液中的悬浮粒子架桥吸附，产生极强的絮凝作用[2]。

项目委托有相应资质的第三方环境监测单位出具了聚合氯化铝PAC混凝剂和聚丙烯酰胺PAM无机絮凝剂的配合比报告。

2.4.2 加药系统

加药系统由搅拌桶、水位控制器、时控电磁阀、2台3.5 KW搅拌机等主要构件组成，通过水位控制器控制桶内蓄水量自动上水，时控电磁阀控制定时搅拌、自动加药。按照药剂配合比，在搅拌桶内加入PAC混凝剂和PAM絮凝剂，通过桶内搅拌机搅拌后，将药剂混合液自流加入絮凝反应池。

2.5 絮凝反应池

絮凝反应池主要用于PAC混凝剂和PAM絮凝剂和原水的混合、反应。经过初级沉淀池的出水通过小坡度明沟排水至絮凝反应池，在絮凝反应池内添加PAC混凝剂和PAM絮凝剂，通过池内的低转速絮凝搅拌机，低速搅拌，利用其机械能使污水与药剂充分混合，加速絮凝反应[3]。絮凝反应池为2组并联钢筋混凝土结构，尺寸长15.6 m，宽7.8 m，出水口高度3.72 m，进水口高4.8 m，池底坡度i=0.06，在池底一端设置集泥槽，类型均同斜板隔油沉淀池形式，见图3。

图3 絮凝反应池立面和平面结构示意图（单位：m）

2.6 隔油沉淀池

隔油沉淀池共4组，并联设置，单组尺寸长15.6 m，宽7.8 m，出水口高度3.72 m，进水口高4.8 m，处理能力为3800 m3/d，类型均为斜板隔油沉淀池，池底坡度i=0.06，在池底一端设置集泥槽，加有药剂的混合水通过进水管进入，隔油板分隔，水流从下向上流动排出溢流管进入下一隔油沉淀池，流动过程中絮凝体颗粒下落至池底，而后自动滑下，进入集泥槽，水面浮油用浮油吸收器收集[4]。通过4组隔油沉淀池絮凝沉淀，从第4组隔油沉淀池溢流管排出。隔油沉淀池为钢筋混凝土结构，其结构形式见图4。

图4 隔油沉淀池立面和平面结构示意图（单位：m）

2.7 池底淤泥清理

受隧洞口场地限制，现场无法设置机械清淤通行道路，采用在初级沉淀池、絮凝反应池和隔油沉淀池池顶设置自行走淤泥抽排轨道系统完成池顶清淤，小车沿轨道纵横移动排污泵进行抽淤，抽排淤泥至卧螺脱泥机（LWnj-B-6000泥浆专用离心机），进行泥水分离，分离出水再次排入絮凝反应池，循环以上路径，淤泥脱水后用自卸车运至弃渣场填埋。自行走淤泥抽排轨道系统结构见图5。