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摘要：以某隧道施工廢水處理為設計對象，采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設備—G-BAF池”為主體的工藝進行廢水處理。在介紹工藝流程、各單元主要處理構筑物的設計參數及設備配置情況的基礎上，分析該工藝的處理效果。結果顯示，所設計的工藝能夠較好地處理高懸浮物、低碳氮比的微污染隧道施工廢水，能夠保證出水水質達到《水污染物綜合排放標準》(DB11/307—2013)的B級標準。
關鍵詞：隧道；施工廢水；高懸浮物；處理工程
0引言
隨著我國鐵路運輸事業的快速發展，隧道工程在鐵路工程建設項目中所占的比重日益增加，隧道施工所產生的環境污染和生態影響也逐漸引起人們的關注，其中，鐵路隧道施工廢水是主要的污染源[1-2]。隧道廢水主要來源于穿越不良地質單元時產生的涌水、施工面鉆孔廢水、爆破后降塵廢水、噴射混凝土和注漿產生的廢水，以及被污染的基巖裂隙水、巖溶水等[3]。隧道施工廢水一般呈堿性，廢水中主要污染物為懸浮物(SS)、化學需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)及石油類污染物等[4-6]。如果隧道施工廢水未經處理而直接排放，會對環境造成污染[1,7]。因此，有必要開展隧道施工廢水處理的工程設計研究?；谒淼朗┕U水的水質特點，為有效去除水中主要污染物且在處理過程中不產生新的污染物、避免二次污染，隧道施工廢水主要采用物理化學法進行處理。但由于施工廢水的來源和性質上的差異，處理工藝的選擇也會有所不同。目前，國內已有的隧道施工廢水處理工藝主要有混凝/沉淀/過濾、沉淀/隔油/氣浮/砂濾等各種組合工藝，但處理的主要目標污染物為SS及石油類污染物[8-9]，鮮少有實際工程處理大水量隧道施工廢水中的有機污染物，如氨氮、CODcr及生化需氧量(BOD)。LEEJ等[10]采用微濾-反滲透工藝對隧道施工廢水進行了中試研究，結果表明該工藝可去除99%以上的有機污染物和無機污染物，出水達到再生水利用水質，但鑒于運行成本費用及設備維護等問題，該組合并不適用于大水量的隧道施工廢水實際處理工程。因此，目前鐵路隧道施工廢水處理項目中，需要研究針對大水量的可快速去除水體中SS、石油類污染物及少量有機污染物的處理工藝，從而實現隧道施工廢水高效、低耗、資源化的處理。固定化微生物－曝氣生物濾池(G-BAF)高效脫氮工藝是研究機構開發的生物脫氮新工藝，該工藝可實現同步硝化反硝化，在同一個反應器中可實現對氨氮的高效去除。在此，以某隧道施工廢水為例，針對隧道施工產生的高SS微污染水體的處理，設計采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設備—G-BAF池”工藝，為鐵路隧道施工廢水處理提供參考。
1工程概況
1.1設計規模及水質
該隧道全長12010m，區間最大埋深為432m。隧道施工廢水的污染主要來源于大量固體顆粒物的進入，若未經處理直接排放會對周圍飲用水源、生態環境及景觀區造成一定的影響。根據建設方提供的資料，污水處理設施的設計規模為35m3/h。設計處理出水一部分滿足《鐵路回用水水質標準》(TB/T3007—2000)用于施工回用，剩余部分達到《水污染物綜合排放標準》(DB11/307—2013)B級的排放要求，詳細數據如表1所示。
1.2工藝流程
基于廢水高SS、低碳氮比的水質特點，工藝的處理效果，運行的可靠性，造價及運行成本等因素，結合同類廢水及相似廢水處理的工程經驗[9，11-12]，設計采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾—G-BAF池”組合處理工藝，工藝流程如圖1所示。隧道施工廢水經平流式沉砂池去除較重的無機顆粒后，通過隔油沉淀池及一體化兩級氣浮過濾設備去除水體中的油類物質及微細懸浮顆粒雜質。廢水在進入氣浮設備之前投加混凝劑聚合氯化鋁(PolyaluminiumChloride，PAC)及助凝劑聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)，形成的絮體與溶氣水中的小氣泡相互粘合，然后進入氣浮區，并隨小氣泡一同浮到水面，形成浮渣。下層的清水經集水器流至清水池后，一部分回流用作溶氣水，剩余清水通過溢流口流出。氣浮池上面的浮渣由刮板刮至污泥池并排出。藥物投加量根據現場處理水量及懸浮物濃度進行試驗確定。消毒池內通過加入次氯酸鈉對廢水進行消毒，處理滿足《鐵路回用水水質標準》的要求后，部分污水進行回用；另一部分污水進入G-BAF池進行生物處理。G-BAF池中投加曝氣池有效容積50%~60%的大孔生物載體，將高效微生物固定在載體上，用于降解水體中CODcr、氨氮等污染物。沉砂池和沉淀池外設置有集油桶用于收集浮油，集油桶內的含油排渣待定期收集后，運至地方環保部門指定地點進行后續處置。隔油沉淀池沉淀的泥砂和氣浮過濾設備排出的浮渣及污泥排入污泥干化場，污泥干化脫水后外運送至指定地點進行后續處置。
2主要構筑物設計
2.1平流沉砂池
平流式沉砂池采用鋼筋混凝土結構，主要用于去除廢水中無機顆粒。池體的平面尺寸長×寬為6.0m×1.3m，有效水深為0.57m，采用2格設計，一用一備。沉砂池的表面水力負荷為19.45m3/(m2•h)。沉砂池中砂斗容積按照2d的沉砂量進行計算，每格池中設有2個沉沙斗，單個沉沙斗的有效容積為0.20m3，采用人工排砂。
2.2隔油沉淀池
隔油沉淀池的主要功能是進行油水分離，同時進行泥砂沉淀。采用平流式隔油沉淀池，池體采用2格設計，單格的長×寬為11.00m×2.60m，有效水深為1.3m，水力停留時間為2h。
2.3一體化氣浮過濾設備
采用一體化兩級氣浮過濾設備去除水體中微小油滴及密度接近于水的微細懸浮顆粒狀雜質。設備處理能力為70m3/h，直徑為2m，高度為4m，設有2套。該設備為重力無閥濾池，氣浮池內停留時間為50min，接觸區接觸時間為10min，溶氣水的回流比為30%~40%。濾料為均質石英砂濾料，平均濾速為10m/h。
2.4G-BAF池
考慮隧道施工廢水出水水量的不確定性，為保證出水水質達到排放標準，G-BAF池設計處理能力為100m3/h。分為5組三級，單組單級的尺寸為5m×5m×4.5m。在G-BAF池中投加曝氣池有效容積50%~60%的大孔生物載體，將高效微生物固定其上，同時前端設有配水區，末端設有集水區。設計COD容積負荷為2.25kg/(m3•d)，水力停留時間為25h，氣水比為30:1[13-14]。
3廢水處理效果分析
工藝各單元去除效率如表2所示。由表2結果可知，采用“隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設備—G-BAF池”工藝處理鐵路隧道施工廢水，能夠有效去除水中的SS、CODcr、NH3-N、TN、石油類等污染物。通過隔油沉淀池及一體化氣浮過濾設備的聯合作用可有效去除水體中的SS及石油類污染物，去除率分別為97%和80%。G-BAF處理單元因其具有較強的耐沖擊負荷，能夠較好地適應隧道施工廢水排水量不均衡、水質變化大的特點，主要用于去除水體中氨氮及TN等污染物，單元去除率可達到85%。G-BAF工藝因其采用高效懸浮大孔載體及固定化技術，使該單元內形成的微生物量大且不易脫落，這樣既提高了容積負荷和生化降解速度，保證了出水水質，又避免了設備堵塞。同時，采用該技術的曝氣濾池體積是普通濾池的20%~50%，且后端無需設置二沉池，減少了占地面積，從而節省了基建費用。G-BAF采用固定化微生物載體，使處理單元內厭氧和好氧環境同時存在，不僅可以發生同步硝化反硝化，適用于低碳氮比廢水處理，而且該單元內微生物呈現分層和分群現象，生物鏈長，污泥產量是傳統生物處理工藝的3%~5%。綜上所述，這一處理工藝具有設計合理、運行穩定及處理效率高的特點，且占地面積小、能耗低、產泥量少，適用于高懸浮物、低碳氮比的微污染隧道施工廢水處理。
4結束語
隧道污水處理采用隔油沉淀池—一體化氣浮過濾設備—G-BAF池廢水處理工藝，處理后的排水可以達到《水污染物綜合排放標準》(DB11/307—2013)的B級標準，一部分出水可作為再生水回用至生產線，節約了水資源、減少了環境污染，這一工藝可以為我國高懸浮物、低碳氮比的微污染隧道施工廢水處理的設計提供借鑒。
作者:路文旭 單位:中國鐵路北京局集團有限公司
