针对隧道施工研发的一种隧道施工废水处理成套设备，能够降低施工废水中的多种指标（pH、COD、SS），能够有效防治隧道施工生产废水和隧道涌水污染地表水体，提高近水源（生态）保护区隧道施工废水处理的质量和效率，废水经处理后可满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中 III 类水质的标准。
关键词：
隧道施工废水处理；近水源（生态）保护区；隧道施工生产废水；隧道涌水
随着国家的不断发展和社会的不断进步，我国公路建设在最近几年迎来了飞速的发展。在公路建设的过程中，隧道施工时产生的废水处理，是公路施工生产建设的难点。尤其是在近水源（生态）保护区，对其隧道施工废水的处理要求更高。隧道施工过程中产生的废水一般由以下几部分组成 ：隧道施工中混凝土浇筑而产生的废水；隧道开挖时，掌子面扰动产生的废水；施工过程中，施工机具所污染的废水；爆破后，隧道内部降尘措施产生的废水等。隧道施工过程中，混凝土浆液、岩土等污染物与隧道涌水（主要为洁净的地下水）相混合，产生施工废水。隧道施工中产生的废水，主要为呈碱性的悬浮物超标，悬浮物溶于水后，造成废水水体 pH 值升高。
在我国公路隧道施工过程中，最常用的废水处理方式一般为沉淀工艺，直接将废水引入沉淀池中，悬浮物沉淀后再将废水排出。但该处理方法在近水源（生态）保护区还达不到排放标准，因此导致许多在近水源（生态）保护区的隧道施工被叫停。所以，一种能够用于近水源（生态）保护区隧道施工废水处理成套设备孕育而生。
1 设计原则
隧道施工过程中会产生大量废水，如果不经处理任其自由排放，会污染附近河道等地表水体，为满足环境保护的要求，必须对施工废水进行收集处理达标后，方能回用或者排放。
隧道施工废水处理成套设备应满足以下要求：（1）能够改善劳动卫生环境，需严格执行国家现行环保技术规范、标准和地方环保的法律、法规及排放标准要求；（2）选用安全、可靠、适用的工艺处理方法，在满足达标排放标准的要求下，做到占地面积小、操作方便、投资小、运行成本低；（3）为了提高废水处理设施管理标准，废水处理成套设备采用自动控制，降低人工运维成本。
2 设计条件
隧洞排水：主要为隧道掌子面开挖、混凝土注浆等施工过程中产生的泥浆废水，进水水质按表 1 设计；出水排放标准见表 2 所示。Q=600t/d，由 1 组 60t/h 的污水处理设备组成。
3 处理工艺和设备设计
3.1 工艺流程
借鉴公路施工废水处理方法，处理工艺采用“沉砂集水池－一体化高效污水处理设备－石英砂过滤器－超滤设备－清水池”为主体的组合方法。该处理方法处理效果良好，能够满足尾水回用标准。工艺处理流程如图 1 所示。
隧道施工废水通过重力自流（顺坡情况）或利用水泵提升（反坡情况）进入五级沉砂池，通过重力自然沉淀去除废水中的大颗粒物质和砂粒，同时，通过隔油去除废水中的部分石油类污染物后，末端排入集水池。集水池出水经水泵提升至一体化高效污水处理器，通过酸剂调整 pH，并投加 PAC 和 PAM 完成絮凝沉淀反应去除废水中的大部分的 COD、悬浮物和石油类等污染物；出水进入中间水池，通过水泵提升进入多介质过滤器，进一步去除水中有机物和悬浮物后，再进入超滤膜过滤装置，涌水中的胶体污染物被阻隔在膜外侧，出水自流进入清水池。经系统处理后的废水满足标准后回用。产生的污泥排入污泥浓缩池，污泥定期使用罐车外运处置。
排放口安装水质在线监测系统，包括 CODcr 全自动在线分析仪、pH 计、超声波明渠流量计、环保数采仪等仪器，实时监测排放数据。施工现场设有户外 LED 液晶屏幕，方便查阅在线监测数据，进行动态管理。
3.2 技术特点
为减小隧道施工废水对环境的影响，隧道施工废水应进行妥善处理，处理后排放的尾水需稳定达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的 III 类水质标准，尾水部分回用，剩余部分就近排入水体。
针对隧道施工废水处理开发适合的一体化高效污水处理设备：（1）设计自动加药装置，将自动加药系统集成到一体化高效处理设备中，实现加药的自动化。（2）通过流体力学模型对设计进行优化，集合混合、絮凝、沉淀 3 个过程，使得废水与药剂充分混合、反应，提高处理效率。（3）优化出水装置和位置，确保出水是水质最好的中间水层。（4）通过一体化高效污水处理设备处理后的废水进入多介质过滤器，过滤掉水中的一部分机物和悬浮物后，进入超滤膜过滤装置，超滤膜将废水中的胶体污染物阻隔在膜外侧，使得最终排出的废水满足标准。
3.2.1 一体化高效污水处理器
设置高效污水处理器 2 台，一用一备，按 60t3/h设计。包括自动加药系统、自动排泥系统、混合、絮凝、沉淀、智能报警系统。高效污水处理器如图 2 所示。
主要结构和特点：（1）加药装置，整套设备的加药系统集成在本部分里。（2）污水进水管道混合器，本部分药剂与污水能充分地进行反应。（3）圆筒混合器，本部分集合了混合、絮凝和沉淀 3 个过程，并采用流体力学模型进行设计优化，保证药剂与污水再一次反应，从而达到去除 70% ～ 80% 的悬浮物 SS。（4）斜板沉淀池，其作用为完成圆筒混合器出水中絮体的高效泥水分离，从而达到悬浮物去除效率≥ 95% 的效果。（5）出水箱，本部分出水管位于液面以下位置，确保出水是水质最好的中间水层。本工程设置高效污水处理器 2台，一用一备，按 60t/h 设计。包括自动加药系统、自动排泥系统、混合、絮凝、沉淀、智能报警系统。
3.2.2 多介质过滤器设置多介质过滤器
两台，一用一备，按 60t/h 设计。过滤器内填充介质分别为：石英砂滤料（1 ～ 2mm）和无烟煤滤料（1 ～ 2mm）。其中每台多介质过滤器石英砂滤料填充体积为 3.93m3，约 6.7t，每台多介质过滤器无烟煤滤料填充体积为 1.45m3，约 1.6t。
4 工程应用设计
莆炎高速公路 YA16 合同段文笔山 1 号隧道，以隧道为主，桥涵为辅的方式穿越薯沙溪、东牙溪二级水源保护区。薯沙溪、东牙溪二级水源保护区，敏感性较高，为减小隧道施工废水对水体的影响，隧道施工废水应进行妥善处理，废水经过处理后应能满足排放标准，尾水部分回用，剩余部分就近排入水体。设备主体为“沉砂集水池－一体化高效污水处理设备－石英砂过滤器－超滤设备－清水池”处理工艺。
现场应用效果：隧道施工废水处理成套设备应用于莆炎高速公路 YA16 合同段文笔山 1 号隧道施工废水的处理，水样检查结果如图 3 所示，具有高效去除隧洞排水中的污染物质，设备安全运行超过 200d，出水水质达标稳定，累计处理污水 10 万吨，出水水质满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的 III 类水标准。
5 结语
针对隧道施工废水处理，使用“沉砂集水池－一体化高效污水处理设备－石英砂过滤器－超滤设备－清水池”工艺为主体的成套设备，该一体化设备工艺成熟，运行稳定，管理维护方便，出水水质稳定达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的 III 类水标准，为隧道施工废水处理项目带来了一定的经济效益和良好的社会价值。
原标题：隧道施工废水处理成套设备设计及其应用
原作者：郭宗勇 黄伟彬 陈伟 陶化弟 林磊
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