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摘要:隨著我國經濟的飛速發展，公路、鐵路等施工項目中隧道建設項目越來越多，產生的隧道廢水也相應增多。介紹了隧道施工廢水的來源、隧道施工廢水特點、主要污染物和隧道涌水的來源、隧道涌水的特點以及隧道涌水主要污染物，并綜述了隧道廢水的處理現狀，認為隧道廢水集成工藝發展可為隧道廢水處理提供更加便捷的方式，是今后該種廢水的處理方向。
關鍵詞:隧道，施工廢水，隧道涌水，廢水處理
1隧道廢水概述
本文研究隧道廢水主要是隧道在建設時期產生的全部廢水。隧道建設時期廢水主要包括隧道涌水、隧道施工廢水、雨水、生活廢水等。隧道廢水如果不經處理直接排放，勢必會對周圍的生態、環境等造成影響。
1．1隧道施工廢水
1)隧道施工廢水來源。隧道施工廢水主要的來源是工程開挖，如過程中的混凝土的噴射、注漿、鉆機穿孔、炮孔水封、爆破后塵降、混凝土攪拌站沖洗設備等過程產生的廢水及施工過程使用的空壓機、運輸汽車、混凝土拌合機等機械設備的油污染［1］。2)隧道施工廢水特點。a．隧道在施工過程中，對水質和水量的變化情況是極其不穩定的，在不同的施工時段、不同季度的施工和不同地區的工地有很大的不同。b．施工廢水的主要成分有巖屑、泥漿、有機處理劑、無機鹽等。c．SS為首要污染物，機械油類污染為次要污染物。d．隧道施工廢水pH一般為堿性。主要是隧道施工過程中使用的大量的混凝土、焊強劑等材料，這些材料水解會產生鈣的硅酸化合物和鈣的氫氧化物等物質，它們在水中表現為堿性，是造成了水中pH值升高的原因之一。e．COD、氨氮、總磷等含量均較低，大部分符合污水綜合排放一級標準。3)隧道施工廢水主要污染物分析。隧道施工廢水的污染物以懸浮物SS為主，含有部分油類，pH值超標，其余指標如:COD、氨氮、總磷等含量均較低。其中公路隧道施工廢水中SS和油類含量偏高，而地鐵和鐵路隧道施工廢水中SS含量偏高［3］。隧道施工時在混凝土應用中，攪拌砂漿和混凝土等物質會隨著隧道涌水進入水環境中。進入水環境中的這些物質又會被再次帶入地表水體，導致地表水體值，尤其是懸浮物的濃度升高。隧道施工過程使用的空壓機、運輸汽車、混凝土拌合機等機械設備也會對水體造成不同程度的油污染。另外，洞內運渣機動車排出的尾氣、爆破時產生的一系列物質、巖石的不同組分溶于水或礦物因風化而發生溶解，會有大量的離子產生，其中陽離子有鐵離子、鋅離子、鉀離子、鈉離子、鈣離子等，陰離子有硝酸根離子、硫酸根離子等進入地表水體，污染水體［13］。
1．2隧道涌水
涌水是隧道施工中常見的一種地質災害，由此引起隧道被淹、圍巖失穩及塌方等事故，給隧道安全施工帶來較大威脅。1)隧道涌水的來源。隧道是修建在地下的工程，施工中穿越賦存地下水的地層地段，含水量較多地段的地質構造或經地下水長期流通而形成的通道一旦被揭露，大量地下水便會涌向隧道，從而引發涌水、突泥等災害。王國斌等人研究發現巖溶地層中有巖石多重孔隙、裂隙或溶隙，隧道施工過程中伴隨有水動力條件和圍巖力學平衡狀態的急劇改變，含水圍巖或潛在含水圍巖因此被破壞，嚴重時會揭露部分地下原有的天然導水通道，導致該施工地段的地下水或與地下水有水力聯系的其他水體，特別是存在地下暗河及溶洞等的特殊情況下，這些涌水突然進入隧道，發生較大影響［6］。2)隧道涌水的特點。隧道涌水一般水量較大，來源于地下水，水質與地下水水質接近，水質較良好，無人為污染源。特殊地質條件下表現為高鹽量、高礦化度［1］。地下水或暗河水在涌出的過程中會攜帶大量的顆粒物、懸浮物，因此涌水含有大量的SS，部分可溶解鹽類及重金屬鹽。3)隧道涌水主要污染物分析。隧道涌水來源于地下水，故其本身水質較良好，僅在特殊地質條件下時含有Ca2+，Mg2+，重金屬等污染物。
2隧道廢水處理現狀
由于隧道廢水水質特點及施工場地、時間周期等影響，隧道廢水的處理目前主要采用的是物理化學方法，包括沉砂、混凝、沉淀、氣浮、過濾和吸附等［14］。
2．1組合工藝
楊曉盟等對秦嶺隧洞施工廢水進行研究，發現該施工廢水是無機物污染型廢水，含有較高的懸浮物，COD含量較低，氮磷含量也較低。提出以混凝+沉淀+錳砂過濾+吸附為核心的處理工藝，該處理工藝可去除90%以上的懸浮物，約85%的COD，以及約65%的氨氮［2］。劉偉等對天目山施工廢水進行檢測，發現天目山隧道施工廢水中典型污染因子是SS和pH，其中SS最大質量濃度達到2796．21mg/L，pH最大達11．62，COD，TP和NH3-N均不超標。遂設計了“初沉+混凝+沉淀+過濾”的處理工藝［5］。水樣經處理后均可達到排放標準。佟洪廣在處理炭質板巖隧道施工過程產生的廢水時，由于地質原因，該廢水除含有大量的SS，色度、濁度等指標均超標。故設計了以快速泥水分離自動過濾+二氧化氯消毒為核心工藝的處理技術，出水符合GB8978—1996污水綜合排放標準中的一級標準［8］。吳楠等針對成蘭鐵路在高海拔低溫地區隧道施工時廢水水溫低的特點，設計了強化混凝/沉淀/過濾工藝處理該廢水。該工程處理效果好，出水水質好，可達標排放。經過大量的文獻閱讀，隧道廢水大多屬于高懸浮物，低COD、少量氮磷等營養物、無重金屬等有毒有害物質的無機污染性廢水。所以隧道廢水處理的一般流程為:混凝+沉淀+過濾+吸附。
2．2混凝工藝
由于懸浮物是隧道廢水的首要污染物，隧道廢水處理過程中混凝顯得尤為重要?；炷齽┑幕炷Ч苯佑绊懗鏊|。按照混凝劑的化學成分可以分為無機混凝劑、有機高分子混凝劑、微生物絮凝劑等。無機絮凝劑主要包含鋁鹽、鐵鹽為主無機低分子絮凝劑和以聚合氯化物、聚合硫酸物、聚合硅酸物為主的無機高分子絮凝劑。有機高分子絮凝劑主要分合成、天然兩種。合成有機高分子混凝劑主要為聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、乙烯吡啶共聚物等，天然高分子混凝劑主要有甲殼素、動物膠、腐殖酸、木質素和淀粉衍生物等。目前應用較為廣泛的是以各種聚丙烯、聚銨等為主的有機高分子混凝劑，以及以各種聚合氯化鋁鹽、鐵鹽等為主的無機混凝劑［15］。薛正分別用聚合氯化鋁、硫酸鋁及聚合鋁—有機高分子復合混凝劑對某鐵路隧道施工過程中產生的廢水進行絮凝沉淀研究。最終得到三者的出水效果較為接近，均可以達標排放。其中相比于聚合氯化鋁、硫酸鋁，聚合鋁—有機高分子復合混凝劑對廢水的處理效果更好，對SS的去除效果更好［4］。婁掌印以天目山隧道施工過程中產生的廢水為研究對象，發現該隧道廢水SS嚴重超標，pH值為10．09，其余氨氮、COD、總磷、含油量等指標均達標。故選取聚合硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁和聚合鋁—陽離子有機高分子絮凝劑4種絮凝劑分別對隧道施工中產生的廢水進行絮凝沉淀處理。結果表明，當絮凝劑投加量為30mg/L時，4種絮凝劑對SS的去除效率分別為77%，75%，74%，95%。去除效果最好的是呈酸性的聚合鋁—陽離子有機高分子絮凝劑［7］。吳楠等人在設計處理成蘭鐵路(高海拔低溫地區)隧道廢水時，利用自行研制的高效混凝劑，將水溫分別設置為5℃，10℃時的條件下，結果表明:與PAM，PFS相比，復配高效混凝劑WDS-Ⅱ對低溫廢水的處理效果更優，可適應低溫條件［9］。張雯在實驗模擬秦嶺包家山隧道廢水，研究水泥對隧道廢水的混凝處理效果。實驗得到水泥對CODCr的去除率最高為41．9%，硝基苯的去除率最高可達40．5%［12］。并采用硫酸鋁處理相同的廢水得到水泥對廢水的處理效果與硫酸鋁沒有明顯差別，故可將水泥作為藥劑處理隧道廢水。這一研究不僅實現了廢棄水泥的資源利用，還降低了處理成本，同時操作簡單，設備構造簡單，易于實現。經過大量的文獻閱讀，處理常規隧道廢水時，聚合型有機高分子復合混凝劑的絮凝效果最佳。低溫或其他苛刻條件下，可研制適應該環境的高效混凝劑。
2．3集成工藝
楊斌、莫蘋在常規工藝、優化構筑物選型和布置的基礎上進一步改進和強化，研發了集混凝沉淀于一體的鋼結構隧道施工廢水的處理設備，即廢水雙聯處理設備。該設備主要構件包括管道靜態混合器、旋流反應器和斜板(管)固液分離器。首先廢水經水泵提升進入設備，設備進口設一級處理設備管道混合器，管道混合器的作用是將廢水與混凝劑充分混合，混合后的廢水，流經二級處理設備旋流式反應器開始發生混凝反應;其次經混凝反應后的廢水進入三級處理設備斜板沉淀區進行沉淀，實現了固—液分離;最后沉積下來的污泥進入污泥斗被收集，得到的清水經三角堰流出［10］。該設備成功運用在了云南武昆高速公路某隧道工程。隧道廢水經初沉池后直接進入該處理裝置。設備運行效果良好，出水pH值、SS、石油類、COD和氨氮等指標均能達到污水綜合排放標準中的一級標準。實踐證明該設備具有處理效率高、耗能低、占地面積少、結構緊湊、運行簡單的優點。王會川利用水力旋流器設計了一種快速絮凝—旋流快速分離系統。將該系統應用于萬丈山隧道施工廢水的處理中，實踐證明出水水質達到GB8978—1996污水綜合排放標準中的一級標準要求［11］。但該快速分離分離裝置還處于初期試驗階段，其經濟性、可行性還需要進一步研究。目前隧道廢水的集成工藝研究較少，如何將隧道廢水處理模塊化、集成化，還需要大家的努力。
3結語
隧道廢水的主要污染物是懸浮物，其次是pH、油類等，其余含量一般達標。因此隧道廢水的處理一般選用混凝、沉淀、過濾、吸附等物理化學方法。我國目前水資源緊缺狀態及經濟快速發展下，隧道施工工程日益增多，隧道廢水的處理、回用顯得更為重要。隧道廢水處理今后發展的趨勢主要有:1)提高施工方隧道廢水經處理才可排放的意識，增強公民的環保意識，加強施工過程中的環境監管。2)加快水泥處理隧道廢水機理的研究，研究其可行性，盡快應用于實際工程處理中。3)加快隧道廢水集成工藝發展，為隧道廢水處理提供更加便捷的方式。
作者:吳世紅 單位:交通運輸部天津水運工程科學研究院 天科院環境科技發展(天津)有限公司
