铁路隧道工程施工废水处理对策研究

（中铁上海工程局集团第一工程有限公司，安徽芜湖 241000）

1 铁路隧道工程施工废水来源和特点

1.1 铁路隧道工程施工废水来源

铁路隧道工程在施工时，由于隧道需要深入地下，易出现水质污染的问题，尤其在一些南方地区，地下水系较为丰富，在这种情况下开展地下隧道施工会对地下水产生污染破坏。当废水没有经过处理便被排放后，会对地表水体和人们的身体健康产生危害。在具体隧道施工中，常见的是用火药爆破施工，还需要打桩施工、混凝土灌注和加固等，这些施工行为会对隧道周围岩壁产生一定影响，岩石上的水泥脱落后，会产生大量泥浆而引起水污染，会威胁到施工队伍在地下施工的安全。由于在地下施工时空间狭小、地质水文条件复杂，如果随意堆放施工材料，可能会滑落到水中直接污染地下水源。具体来说，隧道工程施工废水主要有两个来源，其一，穿越不良地质时产生的涌水，这些涌水主要来自地下孔隙水、裂隙水、岩溶水，地下水的水量较大、水质较好，如果在施工时不受污染可以直接排放。在铁路隧道工程施工中，由于施工活动被排放的清水，在排出隧道时易被施工产生的废水、因机械泄漏产生的油类物质污染，目前大部分隧道工程施工没有实施清水、污水分流。因此，原来的地下清水涌出后可能会与施工废水混合被一同排出，直接导致所需处理的废水量增大。另外一部分废水是指施工活动产生的废水，主要指爆破和钻孔施工产生的废水，如爆破后降尘使用的水变成受污染的废水，喷射混凝土与注浆也会产生废水。由于不同隧道其地质、围岩性质不同，水质会有一些差异，相同的隧道由于工期、施工时间存在差异、隧道突水、突泥现象的发生均会对施工废水产生一定影响。

1.2 铁路隧道工程施工废水的特征

大部分铁路隧道工程施工在较偏僻的地方进行，隧道环境复杂，施工产生的废水中污染物成分比较复杂，可采用玻璃电极法、重量法、红外光度法、重铬酸盐法、稀释、接种等方法对污染物的酸碱值、悬浮物、石油类物质、化学需氧量、生化需氧量等进行测试分析。当隧道施工废水的酸碱值超出了允许排放的标准，悬浮物检测最大、最小值均超出了允许排放浓度，会对环境造成较大的污染破坏。如果这些废水未经过处理便排放到洞外地表，再顺着岩洞进入水体中会污染地表水体，会对周围植物产生破坏。隧洞施工废水的水质和涌水渗水量、围岩的类别等有较大的关联，隧洞涌水渗水量小、废水水质指标偏差大，需要处理的废水量较小。当隧洞的涌水渗水量较大、废水水质指标较好时需要处理的废水量增大。隧洞的围岩质量较差，岩石强度较低可能会在施工中由于施工活动的影响，产生大量泥浆，影响废水水质。

2 铁路隧道工程施工废水主要污染物和对环境的影响

铁路隧道工程施工废水中，主要污染物为水中固体悬浮物、化学需氧量、少量的石油类物质和碱性物质。含有碱性物质是由于在施工时，喷射混凝土和注浆的水发生水解反应产生了硅酸钙物质和氢氧化钙物质。根据调查统计，隧道工程施工废水中污染物浓度分别为：悬浮物450～5 000 mg/L，化学需氧量28～160 mg/L，石油类物质0.2～20 mg/L，氨氮1.4～3.4 mg/L。

铁路隧道施工产生废水会对周围的水体环境、植物、鱼类等产生一定破坏，当施工废水直接排入周边地表水体中会导致地表水体的污染，当隧道工程开挖施工时，会对地下水环境产生破坏。废水中悬浮物浓度太高会降低水的透明度，大量固体物质沉淀在河底会覆盖鱼类的产卵场，破坏了水生生物的繁衍生存。

3 国内外关于隧道工程施工废水的处理研究

3.1 国内研究现状

铁路隧道一般处在地形较复杂的山区，这些地区地势崎岖地下空间较为狭窄，受到地形地势的影响，隧道工程施工时产生的废水无法采用复杂的处理方法。国内目前针对铁路隧道废水的处理，常见的是沉砂、混凝沉淀、气浮和过滤等。如库格线阿尔金山隧道采用钻爆法施工后，隧道的进口段穿越第三系泥岩夹砂岩地层，岩层具有一定的膨胀特性，该隧道处在自然保护区域，对施工废水处理时，须综合考虑当地的地势地形条件、围岩特征、当地的自然环境，经设计研究后采用平流沉砂池+隔油沉淀池+一体化两级气浮过滤的处理工艺。对阳安二线沿线隧道施工，由于施工现场距离汉江水体较近，在处理废水时采用了经典处理方式，可减少对自然水体的破坏。一般在沉淀时为了取得较好的沉淀处理效果，应确保废水在沉淀池中停留的时间大于1.5 h，控制进水区的水流速度小于30 mm/s，有效水深控制在3～4 m。国内对隧道废水的处理上采用了酸碱中和、混凝作用和斜管沉淀等方式。酸碱中和是由于施工废水中含有一些碱性物质，通过加入盐酸可中和降低废水的酸碱值，使其达到排放的标准，经过初沉的废水送入酸碱反应池中，加入一定浓度的盐酸，经搅拌混合均匀后，采用试纸检测酸碱值是否达到了废水排放的标准，如果不达标则继续调节盐酸的流量直到满足要求。需要注意的是，一般混凝剂自身有适用的酸碱值范围，酸碱中和应在混凝作用前开展，避免对混凝剂的影响，确保良好的处理效果。

3.2 国外研究现状

国外对于隧道废水处理的研究，常见的是采用微滤和反渗透的方式进行隧道施工废水处理，使用微滤膜系统实现对废水的降浊，将废水浊度降到一定值以后，再使用反渗透和微滤组合的方式去除废水中的有机和无机污染物，达到排放水质的要求。

Tsai等设计了化学反应与微滤处理结合的隧道施工废水处理系统，检验废水中各污染物成分的浓度，利用化学反应生成可溶性二氧化硅，化学试剂和酸碱值均会对去除二氧化硅产生影响。在化学试剂氯化钙的浓度和酸碱值足够高时，可降低水体中二氧化硅的浓度，但继续增加氯化钙并不能持续降低二氧化硅的浓度，说明化学试剂的使用有一定限值，超出了这个限值不能再起到去除沉淀物的作用。

酸碱值在一定范围时，加入氯化镁比加入氯化钙去除二氧化硅的效果更好。Lee等设计了两步微滤与反渗透结合的系统，实现对隧道施工废水的处理，废水先经过微滤系统进行处理后去除其中的微污染物，如重金属、悬浮物，使废水浊度下降到一定值下，再进入反渗透系统中实现对污染物的有效去除，去除率可达95%以上，降低了废水的浊度和污染物的浓度。使用反渗透系统可以减少废水中的盐度，采用此工艺处理隧道废水可使盐度接近于0，可使处理后的水质满足排放的条件。

4 结合隧道工程试验分析对铁路隧道工程施工废水的处理

4.1 混凝沉淀

此隧道工程对施工废水的处理采用了沉砂、混凝沉淀、气浮和过滤的组合工艺，通过对各个处理工艺环节对悬浮物去除效果的监督检测，可验证每一项工艺对于废水污染物的去除效果。

混凝沉淀使用聚合氯化铝混凝药剂，混凝土沉淀对悬浮颗粒的去除率达86%左右，悬浮物的浓度在经混凝沉淀后浓度控制在110 mg/L，混凝沉淀对悬浮颗粒去除的效果较好，但去除的效果随着进水水量的增多而下降。当废水处理设施实际进水流量过大，运行负荷较大时，可通过加大混凝药剂量进行缓冲，能有效提高悬浮颗粒去除率，降低了处理设施的运行压力。当经处理后，悬浮颗粒的出水浓度无法满足污水排放标准时，说明该沉砂、混凝沉淀的工艺无法满足实际隧道污水处理的要求，须对该污水处理设施进行改进优化。

4.2 气浮

气浮处理工艺对于悬浮颗粒的去除效果，其去除率可达到7%～20%，悬浮颗粒的出水浓度一般在100～150 mg/L之间，气浮工艺去除悬浮颗粒的效果较差，去除率不高，出水中的悬浮颗粒的浓度不能满足污水排放标准要求。因此，可以判断气浮处理工艺对于废水中悬浮物的去除效果不佳，主要以去除悬浮物污染物的隧道施工废水处理系统中，可节省气浮处理的环节。

4.3 过滤

通过试验发现过滤处理工艺对悬浮物的去除效果，去除率达到53%以上，且出水中悬浮物的浓度控制在40%左右，说明过滤工艺对于悬浮物的去除效果较好。在进水中悬浮物浓度不断上升的情况下，可采用过滤处理工艺确保出水中悬浮物浓度的稳定，确保去除废水中悬浮物效果的稳定。过滤处理工艺抗负荷的能力较好，出水中悬浮物的浓度一般满足污水排放标准要求。

5 结语

综上所述，隧道工程施工废水主要污染物中包括悬浮物、石油类物质、氨氮和少量COD物质，但以悬浮物为主。对悬浮物污染物的处理工艺常见的有沉砂、混凝沉砂、气浮和过滤等，其中以混凝沉砂和过滤处理工艺为最佳，可确保悬浮物的处理效果和出水中悬浮物浓度的稳定，使出水中悬浮物浓度达到排放标准。基于对隧道工程施工废水来源、特点的研究，建议在石油类污染物含量较低时，可直接取出气浮处理环节，设置沉砂、混凝沉淀和过滤处理系统，简化系统处理流程，节约成本，起到良好的去除污染物的效果。