低温低浊隧道施工废水的加载混凝试验研究.docx

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1、低温低浊隧道施工废水的加载混凝试验研究低温低浊隧道施工废水的加载混凝试验研究 刘东斌 陈亚利 言海燕 曹文娟 徐德良 王喜 摘要：隧道施工过程中将产生大量隧洞排水，其主要污染指标为悬浮物、石油类和COD等，倘若得不到妥善处理，任由其排放，势必会对周边水环境造成污染。本文以某铁路隧道施工过程中产生的废水为研究对象，采用介质加载混凝方法进行处理，研究结果表明，当PAC投加量50mg/L、PAM投加量3mg/L、微砂投加量150mg/L时，原水浊度为44NTU、SS为124mg/L的低温低浊型隧道施工污水处理后剩余浊度为2.65NTU、剩余SS为8mg/L，氨氮、COD、石油类等指标也有所下降，各项

2、指标均能满足污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准、城镇污水处理厂污染物排放标准（xxxx20XX ）一级A标准、地表水环境质量标准（GB3838-20XX）二类水标准等标准要求。 Abstract： In the process of tunnel construction， there will be a large number of tunnel drainage， and the main pollution indicators are suspended solids， petroleum and COD. If they are not properly treat

3、ed and allowed to discharge， it will inevitably cause pollution to the surrounding water environment. In this paper， the waste water produced in the construction of a railway tunnel is taken as the research object and treated by the method of medium loading coagulation. The results show that when PA

4、C dosage is 50mg/L， PAM dosage is 3mg/L and micro sand dosage is 150mg/L， the turbidity of raw water is 44NTU and SS is 124mg/L， the residual turbidity is 2.65NTU， the residual SS is 8mg/L， ammonia nitrogen， COD Petroleum and other indicators also decreased， and all indicators can meet the requireme

5、nts of class I standard of integrated wastewater discharge standard （GB8978-1996）， class I a standard of pollutant discharge standard for urban sewage treatment plant （xxxx-20XX）， class II water standard of environmental quality standard for surface water （GB3838-20XX）. 關键词：低温低浊;隧道施工;废水;加载混凝;试验 Key

6、words： low temperature and turbidity;tunnel construction;waste water;loaded coagulation;test 中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（20XX）10-0143-03 0 引言 隧道施工过程中往往会大量的施工废水，包括隧道施工机械设备生产产生的废水，混凝土注浆施工中产生的废水，或者在隧道施工中穿越不良地质时的涌水，爆破施工时的降尘水，基层岩石因开裂而从缝隙中进入的渗水等1-2。这类废水中夹杂大量岩层粉细物及部分化工、石油类废液，在排放过程中与城市给排水管网发生交集，致使排水管网

7、堵塞，或是因施工原因导致水源污染从而造成给水管网的污染。另一方面，隧道在开挖过程中往往会引起地下水位变化，对城市局部水生态系统产生危害3。对隧道施工废水的处理进行妥善处理，是隧道施工沿线水环境安全的重要保障，也是促进隧道施工向绿色施工模式转变的中关键环节。 隧道施工废水隧道中主要污染物为颗粒物及悬浮物，偶尔含油类、炸药残余物、少量有机物、盐类等。根据铁路给水排水设计规范（xxxx-20XX）规定，隧道施工产生的废水、冲洗施工现场废水、机械设备流放的冷却水等生产中产生的废水排水要求需要达到污水综合排放标准GB 8978规定的一级排放标准或铁路回用水水质标准TB/T 3007规定的标准时可采用“格

8、栅+调节沉淀隔油+气浮或过滤”工艺处理，要求达到污水综合排放标准GB 8978规定的二级或三级排放标准时，可采用“格栅+调节沉淀”工艺处理4。娄掌印以天目山隧道施工过程中产生的废水为研究对象进行絮凝沉淀处理，研究结果表明“聚合铝-阳离子有机高分子”投放量达到 30mg/L 时，施工生产废水中所含的油量去除率为12%，以及 SS 的去除率95%5。胡锴通过分析黄岩隧道工程中冲斜井的生产废水水质，分析结果表明该隧道工程中所产生的施工废水所含污染物主要为氨氮，生产废水经专用沉淀过滤池进行相应处理后，除 pH外其他指标基本满足污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准6。韩国 Jae-Hyun

9、 Lee 等人使用微滤（MF）-反渗透（RO）膜系统对隧道工程施工生产废水进行分析研究表明运用MF膜系统能够去除生产废水中颗粒物中的污染物（浊度低于 0.3NTU），利用MF-RO 组合工艺能够去除 99%以上已知的有机污染物和无机污染物，使其达到再生水利用水质8。 但隧道建设项目属于典型的线性项目，需跨越不同的地理、地质区域7，施工废水水质与水量变化大。我国气候复杂多样，大部分地区的气温年较差较大，南北气候温差对比明显，且隧道工程多处山区丘陵，隧道施工方法随地理地质机动调整，地质情况在一定程度上决定隧道施工产生废水水质情况。因此废水处理的方法需要适应水质、水量和水温的变化。而国内目前暂无针对

10、低温低浊这类极端环境、气候条件情况下隧道施工污水处理的研究、应用报道。本文针对某高海拔低温地区的低温低浊隧道施工废水，进行加载混凝的试验研究，优选低温低浊型隧道施工废水处理的混凝剂、絮凝剂、加载介质的最佳药剂配比，以期为高海拔高原地区隧道施工建设提供污水处理设施设计依据。 1 实验部分 1.1 实验仪器和材料 实验仪器：ST300型便携式pH计、STZ-A1型便携式浊度仪、xxxxH电子天平、JJ-1型六连搅拌器等。具体见表1。 实验试剂：包括聚合氯化铝（PAC）、硫酸铝（AS）、硫酸铁（FS）、聚合氯化铝铁（PAFC）、三氯化铁（FeCl3）、聚合硫酸铁（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）、活性

11、炭、微砂、磁粉、澄清污泥。其中混凝剂溶液的配制方法是称取100g的混凝剂粉末，向其中加入少量水溶解后缓慢投入到盛有 1000mL水的溶液杯中，不断搅拌使混凝剂溶液质地均匀后储存备用。助凝剂的配制方法是称取2g的助凝剂粉末，缓慢投入到盛有 1000mL水的溶液杯中，不断搅拌使混凝剂溶液质地均一后储存备用。使用前混凝剂溶液要充分搅拌混匀以避免混凝剂沉淀。实验试剂的信息列表如表2所示。 实验原水：实验废水取自某西北高海拔低温地区隧道施工段，废水水质指标如表3所示，主要污染指标为pH、浊度、SS。 1.2 实验方法 在保持水温的条件下，量取一定的水样于500mL 烧杯中，分别加入混凝剂、絮凝剂、介质，

12、按照设定的程序利用六联程控混凝试验搅拌仪进行反应，反应结束后，静置沉淀30min，取上清液测定浊度、SS等水质指标评价混凝效果，以选取最佳的药剂添加量。 1.3 分析方法 主要评价指标为浊度、SS，辅助评价指标为pH、水温、SS、氨氮、石油类，具体分析方法如表4所示。 2 结果与讨论 2.1 混凝剂投加量对加载混凝效果的影响 在保持水温的条件下，以PAC为混凝剂，设定加药量分别为30mg/L、35mg/L、40mg/L、45mg/L、50mg/L、55mg/L、60mg/L、65mg/L;搅拌30s后，以PAM为絮凝剂，投加量为2mg/L。按照上述试验方法进行混凝反应后，测定出水中SS和浊度来

13、评价混凝效果。实验结果如图1所示。 如图所示，随着加药量逐步增加，剩余浊度和剩余SS出现相似的变化规律，呈现迅速降低后缓慢增加的趋势。当投加量为50mg/L时，去除效果最好，剩余浊度为23.5NTU，剩余SS为51mg/L，出水钒花松散。表明当药剂投加量达到时，低温低浊废水混凝效果在一定程度上，并不受PAC药剂投加量的影响，主要是由于絮体不凝结，不沉降。 2.2 絮凝剂投加量对加载混凝效果的影响 在保持水温的条件下，以PAC为混凝剂，加药量为50mg/L;搅拌30s后，以PAM为絮凝剂，设定分别投加0.5mg/L、1mg/L、1.5mg/L、2mg/L、2.5mg/L、3mg/L、3.5mg/

14、L、 4mg/L。按照上述试验方法进行混凝反应后，测定出水中SS和濁度来评价混凝效果。实验结果如图2所示。 由图可见，增加PAM的用量可以加强低温低浊类型废水的混凝效果，在絮凝剂PAM投加量为3mg/L时，剩余浊度为8.4NTU，剩余SS为16mg/L。 2.3 介质投加种类及投加量对加载混凝效果的影响 在保持水温的条件下，以PAC为混凝剂，加药量为50mg/L;搅拌30s后，以PAM为絮凝剂，加药量为3mg/L;用活性炭、微砂、磁粉、澄清污泥四种介质进行加载对比，且各控制药剂投加量为0mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L。按照

15、上述试验方法进行加载混凝反应后，测定出水中SS和浊度来评价混凝效果。实验结果如图3、图4所示。 由图3、图4可知，处理后水浊度、剩余SS均呈逐步降低的趋势，说明低温低浊水质处理增加介质可以较大的提高污染物去除率，优化混凝效果。同时在相同投药量的情况下，投加微砂的处理后出水效果呈现出较明显的优势，剩余浊度和剩余SS低于投加其他3种介质后的沉后水剩余浊度，微砂投加量150mg/L时，剩余浊度为2.65NTU，剩余SS为8mg/L。 2.4 最优条件下加载混凝处理后出水水质 根据上述试验，确定该低温低浊类型隧道施工废水最佳处理参数： PAC 投药量为 50mg/L、PAM投药量为3mg/L、微砂投加

16、量 150mg/L，在最优条件下进行处理，对水质进行分析。检测结果如表5所示。 由表5可见，最优参数下，隧道废水沉后水除浊度和SS外，其余指标也处理效果较好，均能满足污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准、城镇污水处理厂污染物排放标准（xxxx20XX）一级A标准、地表水环境质量标准（GB3838-20XX）二类水标准等标准要求。 3 结论 以某西北高海拔低温地区隧道施工生产废水作为的原水为处理对象进行加载混凝小试研究，以处理后废水的浊度、SS、COD、氨氮等指标来评价废水处理效果，通过实验考察，可以得出如下结论： 低温低浊类型隧道施工废水采用PAC（50mg/L）+PAM（2mg

17、/L）的药剂组合，处理效果较差，沉后水剩余浊度为23.5，沉后剩余SS为51mg/L，且絮凝时钒花松散，出水可看见明显絮体，表观效果较差。通过增加PAM的投加量至3mg/L，可以提高出水效果，将浊度降低至8.4NTU，SS降低至16mg/L，但SS指标还不能满足城镇污水处理厂污染物排放标准（xxxx20XX）一级A标准要求。 通过投加介质，基于加载混凝的机理可以进一步提高低温低浊类隧道施工废水的处理效果，实验确定的最优工艺参数为 PAC 投药量50mg/L、PAM投药量为3mg/L、微砂投加量为150mg/L，此时处理后剩余浊度为2.65NTU、剩余SS为8mg/L，可以达到城镇污水处理厂污染物排放标准（xxxx20XX）一级A标准要求。 对最优参数处理后的废水进行了其他指标的检测，发现处理后的SS、COD、pH、氨氮、总磷、石油类等各项指标均能满足污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准、城镇污水处理厂污染物排放标准（xxxx20XX）一级A标准、地表水环境质量标准（GB3838-20XX）二类水标准等标准要求。加载混凝工艺可作为低温低浊类隧道施工污水、尤其是环境敏感区域隧道施工污水处理的最佳工艺之一。 6