CN110540274B - 一种隧道施工污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道施工污水处理方法，属于污水处理技术领域。本发明所针对的污水的SS≥20000mg/L。本发明的隧道施工污水处理方法包括以下步骤：S1、调节原水水质，截留颗粒物，后投加1号混凝剂，进行第一次混凝；S2、在步骤S1出水投加1号絮凝剂，进行第一次絮凝，去除污泥，并将污泥资源化处理；S3、在步骤S2出水投加2号混凝剂，进行第二次混凝；S4、在步骤S3出水投加2号絮凝剂，与S2中的资源化处理的污泥混合进行第二次絮凝；S5、将步骤S4出水沉淀，清水调节pH后排放。处理后的污水满足《污水综合排放标准》（GB8978‑1996）一级标准，悬浮物去除率可达到98%以上。

Description

一种隧道施工污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工污水处理方法，属于高浊度污水处理技术领域。

背景技术

我国是世界上拥有铁路隧道最多、总延长最长的国家之一。目前，我国公路、铁路隧道总长约2万公里，各类水下隧道总长超过1万公里。

众多的隧道工程都位于山区丘陵地带，有些甚至饮用水源地或饮用水水源涵养地带，且多属我国水土流失的重灾区，生态环境非常脆弱，隧道工程施工过程中产生得大量污水倘若得不到妥善处理，任由其排放，势必会对山区环境特别是水环境造成污染，因此，必须对隧道施工污水问题予以高度重视，协调隧道施工与原始生态环境资源关系。

施工过程中的污水来源主要有以下几种：隧洞穿越不良地质单元时产生的涌水、施工机械产生的污水、钻爆施工中爆破后用于降尘产生的污水、喷射混凝土和注浆产生的污水以及基岩裂隙水等。根据过去的施工经验，隧道外排的污水流量变化较大，从每小时几立方到每小时几百立方不等，主要受不良地质、隧道施工进度等诸多因素的影响所致。

＂高浊度水＂是指江水或河水中含沙量较大或浊度较高的水源。《高浊度水给水设计规范》中的定又是：高浊度水系指浊度较高，有清晰的界面拥挤沉降的含沙水体，其含沙量为10kg/m³-100kg/m³。隧道施工过程中，在穿越褶曲发育地段、过断层破碎带以及爆破震动力的作用下，极易发生塌方、断层、涌水等突发性灾害。

突发性灾害最主要的污染特征就是高浊度污染，产生污水的SS≥20000mg/L。去除浊度最有效的方法是化学混凝沉淀法，但是面对突发性灾害导致的高浊度水污染，常规混凝沉淀法显得力不从心。常规混凝处理高浊度水的局限性主要表现在：

（１）处理成本高。高浊度水处理对浊度的去除率要求更高，传统的混凝沉淀处理效率有限，有研究表明混凝剂的投加量对污染物的去除有直接关系，在高浊度水处理中通常通过提高混凝剂的量来提高浊度去除率，导致处理成本增加。

（２）出水水质差。混凝剂投量过高，一方面可能导致己经脱稳的胶体体系重新稳定，浊度升高，出水水质得不到保障；另一方面，出水错盐含量化会增加，水质安全达不到要求。

（３）设备占地面积大。常规混凝沉淀池表面水力负费一般在1 m³/（m²·h）左右，即当设备处理量为10 m³/h时，沉淀池面积需要10m²，设备占地面积大，在突发灾害时不便运输，且常規混凝沉淀池沉淀时间不应低于30min，沉淀时间过长，不适合应急水处理。

由此可知，传统化学混凝沉淀技术处理高浊度污水常常无法满足出水要求，且常规混凝沉淀时罔长、药耗高，设备占地面积大，不适合在突发灾害高浊度隧道施工污水领域中使用。

发明内容

针对现有技术针对高浊度隧道施工污水处理难的不足，本发明目的是提供一种高浊度隧道施工污水处理工艺及方法，以高效处理高浊度隧道施工污水，处理后出水质达到排放标准，药剂消耗量小。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种隧道施工污水处理方法，包含以下步骤：

S1、调节原水水质，截留颗粒物，后投加1号混凝剂，进行第一次混凝；

S2、在步骤S1出水投加1号絮凝剂，进行第一次絮凝，去除污泥，并将污泥资源化处理；

S3、在步骤S2出水投加2号混凝剂，进行第二次混凝；

S4、在步骤S3出水投加2号絮凝剂，与S2中的资源化处理的污泥混合进行第二次絮凝；

S5、将步骤S4出水沉淀，清水调节pH后排放；

所述步骤S1中的混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铁、三氯化铁中的任意一种，投加量为4-12.5mg/L；所述步骤S3中的混凝剂为聚合氯化铝，投加量为8mg/L-12.5mg/L，搅拌机搅拌转速为200-300r/min，停留时间1-2min。

投加混凝剂，通过控制搅拌机转速实现污水与药剂充分混合反应，使悬浮物及胶体颗粒脱稳。

所述步骤S2中的絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚乙烯亚胺，投加量为1-2mg/L；所述步骤S4中的絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为1-2mg/L，搅拌机搅拌转速为100-200r/min，停留时间3-5min。

絮凝反应池中设计特殊的轴流泵叶轮，提供大循环流量，获得大量高密度均质的矾花。

所述污水为隧道施工时由于穿越褶曲发育地段、过断层破碎带以及突发性灾害造成的高浊度施工污水，所述污水中的污染物包含悬浮物和COD、石油类、氨氮类污染物质，所述污水的SS≥20000mg/L；

优选的，所述步骤S1中，所述原水水质调节是在调节池中进行。所述调节池前端设置两级格栅，一级格栅为手动格栅，间距20-25mm，二级格栅为自动格栅，间距为8-10mm。

优选的，所述步骤S2第一次絮凝是在高效旋流进化器进行。

所述高效旋流净化器采用离心分离技术，有效截留污染物，快速高效污水中悬浮颗粒物，降低色度和浊度。

优选的，所述步骤S5中，步骤S4出水是在高密度斜板沉淀区进行沉淀。

步骤S5出水进入高密度斜板沉淀区，采用高密度斜板沉淀增加沉淀面积，分离效率高，出水浊度低；所述高密度斜板沉淀池借助介质、斜的管分离的特性以及完善的水力设计，使系统的上升流速可高达20-40m/h，沉淀效率高。

优选的，步骤S5中，所述清水池入口处设置pH自动监测系统，调节pH药剂可为氢氧化钠、碳酸氢钙、碳酸钙、硫酸、草酸、柠檬酸中的任意一种，清水池出水pH值调至7-9；

优选的，所述步骤S4中的絮凝反应池污泥浓度为3-5g/L。

所述方法通过控制污泥回流至絮凝反应池和污水本身所含的微砂提升絮体的絮凝效果，使絮体凝实成块状，加快絮体沉降速度。

本发明提供的一种高浊度隧道施工污水处理方法，其工艺流程如附图1所示。针对隧道施工时由于穿越褶曲发育地段、过断层破碎带以及爆破震动力等情况导致的塌方、断层、涌水等突发性灾害造成的高浊度施工污水的处理。污水中主要污染物为悬浮物，另外含有COD、石油类、氨氮等污染物质，SS≥20000mg/L。通过高效旋流净化+混凝沉淀澄清系统，实现对隧道污水中悬浮物、COD等污染物质的有效去除，满足隧道施工时出现突发情况的治理要求。

本发明工艺采用絮体破碎-重组强化高密度澄清技术，同时研究了污水中自带沙石颗粒之间碰撞摩擦产生动力能的系数，通过机械搅拌和水力流场调整絮凝单元之间的流速强化絮体破碎-重组过程，优化絮凝效果，从而大大减少了絮凝过程中药剂的使用量，提高了污水处理的效率。在接触区、混凝区、絮凝区设置可调转速的大桨叶搅拌机，加上污水中自带的沙石颗粒激烈碰撞，药剂与污水得到充分的反应，再通过不同转速的搭配，实现变速絮凝，使得絮体“破碎-重组”；同时在各单元间增加不同的整流板及澄清区设置小间距斜板，调节单元之间的水力条件及流场变化，强化絮体“破碎-重组”；通过絮体破碎-重组优化絮体形态和结构，提升了同等药剂添加量下的高密度澄清效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）对于以《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准为出水要求的隧道污水处理，隧道污水中悬浮物和浊度去除率可达到98%以上，COD和氨氮的处理效果可以达到90%以上，成本较传统工艺节约30-45%，设备占地仅为传统工艺的20%-30%。

（2）针对生态敏感地带的隧道污水处理，可以达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）I类标准，排放可满足环境容量要求。

（3）针对有回用需求的隧道污水处理，出水可达到TBM外用循环水的水质要求，实现污水的回用，节约用水。

（4）相比其他处理工艺，本发明中药剂使用量小，处理效率高。

附图说明

图1是本发明工艺流程图；

图2是本发明工艺设备示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

以云南高黎贡山隧道某施工段为例，由于掘进过程中出现突泥现象，其产生污水的SS极速升高，SS在15000mg/L-25000mg/L。如图1所示，经过格栅→调节池→混凝器→高效旋流净化器→混凝反应池→絮凝反应池→高密度斜板沉淀池→清水池的处理工艺，包括以下处理步骤：

步骤1：药剂配置；分别配置浓度为25%的聚合氯化铝和0.2%的聚丙烯酰胺溶液，待用；

步骤2：污水前处理；截留颗粒物，均衡水质水量；

如图2所示，首先经过两级格栅1，一级格栅为手动格栅，间距25mm，二级格栅为自动格栅，间距为10mm，用以截留污水中的较大颗粒物以及漂浮物，之后进入调节池2均衡水质水量，并缓解冲击力。

步骤3：高效旋流净化处理；去除污水中的大部分粉隙物，降低SS和色度；

如图2所示，在步骤2出水管250mm处投加药剂1聚合氯化铝，投加量为8mg/L，随后进入混凝器3，在混凝器3内充分混合反应。反应完成后，污水进入高效旋流净化器4，在混凝器和高效旋流净化器连接管道中投加药剂2聚丙烯酰胺，投加量为1.4mg/L。所述高效旋流净化器4采用离心分离技术，有效截留污染物，高效快速去除污水中的浊度、色度和悬浮颗粒物。

高效旋流净化器出水的SS降低至2000-6000mg/L，去除率达到85%以上。

步骤4：混凝沉淀系统；深度去除污水的SS和COD含量，满足排放标准；

经高效旋流净化器4处理后的污水进入混凝反应池5，投加药剂3聚合氯化铝，投加量为10.5mg/L，搅拌机搅拌转速为260r/min，停留时间2min，通过控制搅拌机转速实现污水与药剂充分混合反应，使悬浮物及胶体颗粒脱稳。

混凝反应池5出水进入絮凝反应池6，投加药剂4聚丙烯酰胺，投加量为1.4mg/L，搅拌机搅拌转速为180r/min，停留时间4min，特殊的轴流泵叶轮设计，提供大循环流量，获得大量高密度均质的矾花。同时通过控制污泥回流至絮凝反应池和污水本身所含的微砂提升絮体的絮凝效果，使絮体凝实成块状，加快絮体沉降速度。絮凝反应池污泥浓度为3.5g/L左右；

絮凝池6出水进入高密度斜板沉淀池7，采用高密度斜板沉淀增加沉淀面积，借助介质、斜管分离的特性以及完善的水力设计，使系统的上升流速高达40m/h，沉淀效率高，出水水质好。

步骤5：清水池；调节出水pH值，出水存储；

高密度斜板沉淀池7出水进入清水池8，清水池7污水入口处装有pH值自动监测系统，出水pH值低出或高于6-9时，启动调节酸碱度加药装置，自动投加药剂5，维持出水pH值为6-9。

处理后的高浊度隧道施工污水SS含量降至40mg/L以下，SS去除率≥98%；完全满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准为出水要求的隧道污水处理要求。同时针对生态敏感地带的隧道污水处理，通过控制药剂投加量和工艺参数，达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准，排放可满足环境容量要求。

对比例1

以同样的云南高黎贡山隧道某施工段为例，由于掘进过程中出现突泥现象，其产生污水的SS极速升高，SS在15000mg/L-25000mg/L。

污水经调节池后进入混凝反应池，投加混凝剂聚合氯化铝，投加量为35mg/L，混凝区设置机械搅拌装置进行搅拌，通过控制搅拌机转速实现污水与药剂充分混合反应，使悬浮物及胶体颗粒脱稳。

经混凝后的原水进入絮凝反应装置的机械搅拌区装置(机械搅拌区)。在此投加絮凝剂和循环泥渣，絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为4mg/L。原水中悬浮固体颗粒及胶体与泥渣充分接触在絮凝剂的作用下形成絮体。水流以较低的流速通过机械搅拌区与水力混合区之间的通水孔，由机械搅拌区进入水力混合区，在此产生能够快速沉淀的较大的均匀的絮体。水携带絮体通过淹没堰进入澄清浓缩区。由于在絮凝反应区形成了较大的、均匀的易沉淀的絮体，大部分絮体与水分离、沉淀，剩余的絮体通过斜管时与水分离并滑至浓缩区。污泥在澄清浓缩池得到浓缩，形成污泥。部分污泥会通过污泥循环泵泵送至絮凝反应区优化絮凝反应，剩余污泥被污泥排放泵泵送至污泥处理装置。出水通过溢流堰进入清水池，排放或者进行回用。

处理后的污水SS去除率达到95%，可以满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，但是难以满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准。

从实施例1和对比例1的结果上看，处理同样高浊度的污水， 现有技术的处理效果难以符合地表水的要求，且处理过程中使用的药剂量相对较多，相对本发明，现有技术的混凝剂增加了70%的使用量，絮凝剂增加了40%使用量，这对后续排放物的处理也增加了难度。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种隧道施工污水处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：药剂配置；分别配置聚合氯化铝和聚丙烯酰胺溶液，待用；

步骤2：污水前处理；截留颗粒物，均衡水质水量；

步骤3：高效旋流净化处理；

在步骤2出水管250mm处投加聚合氯化铝，随后进入混凝器，在混凝器内充分混合反应；反应完成后，污水进入高效旋流净化器，在混凝器和高效旋流净化器连接管道中投加聚丙烯酰胺；

步骤4：混凝沉淀系统；

经高效旋流净化器处理后的污水进入混凝反应池，投加聚合氯化铝，通过控制搅拌机转速实现污水与药剂充分混合反应，使悬浮物及胶体颗粒脱稳；

混凝反应池出水进入絮凝反应池，投加聚丙烯酰胺，获得大量高密度均质的矾花；同时通过控制污泥回流至絮凝反应池和污水本身所含的微砂提升絮体的絮凝效果，使絮体凝实成块状，加快絮体沉降速度；

絮凝反应池污泥浓度为3-5g/L；

絮凝池出水进入高密度斜板沉淀池；

步骤5：清水池；调节出水pH值，出水存储；

高密度斜板沉淀池出水进入清水池，出水pH值低出或高于6-9时，启动调节酸碱度加药装置，自动投加药剂5，维持出水pH值为6-9；

所述污水为隧道施工时由于穿越褶曲发育地段、过断层破碎带以及突发性灾害造成的高浊度施工污水，所述污水中的污染物包含悬浮物和COD、石油类、氨氮类污染物质，所述污水的SS≥20000mg/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污水前处理是先经过两级格栅；一级格栅为手动格栅，间距20-25mm，二级格栅为自动格栅，间距为8-10mm；之后进入调节池均衡水质水量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高密度斜板沉淀池使水处理系统的上升流速高达20-40m/h，沉淀效率高。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述药剂5为氢氧化钠、碳酸氢钙、碳酸钙、硫酸、草酸、柠檬酸中的任意一种或几种。

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