任吉濤

（陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710100）

陜西省引漢濟(jì)渭工程是從漢江流域調(diào)水到渭河流域的水資源調(diào)配工程，對促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，具有極為重要而深遠(yuǎn)的意義。工程分為調(diào)水工程和輸水工程。調(diào)水工程包括黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐和98.3 km的秦嶺輸水隧洞，輸水隧洞最大埋深2012 m。隧道施工中涌水主要為地下水、基巖網(wǎng)狀裂隙水和部分?jǐn)鄬用}狀裂隙水，水量較豐富。由于施工期間爆破作業(yè)、混凝土作業(yè)、施工機(jī)械作業(yè)等產(chǎn)生大量廢水，廢水與涌水混合后排放成關(guān)鍵問題。引漢濟(jì)渭工程嶺北工區(qū)，地處西安黑河水源保護(hù)地及周至國家級自然保護(hù)區(qū)，環(huán)保敏感，廢水達(dá)標(biāo)排放至關(guān)重要。本文就工程廢水排放問題結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際和環(huán)境要求，經(jīng)過多年實(shí)踐，對“高效沉淀+快濾+炭濾”自動(dòng)化水處理工藝技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用和分析，解決了工程難題，值得推廣。

1 水處理現(xiàn)狀及存在問題

根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工需要，工程沿線布設(shè)支洞，其中5、6、7號支洞洞口位于黑河水源保護(hù)區(qū)，毗鄰黑河河道，是洞內(nèi)施工廢水唯一排放通道，洞口場地狹窄，也是洞內(nèi)物資、設(shè)備、人員必經(jīng)之路。洞內(nèi)施工產(chǎn)生大量廢水，主要成分為石粉、懸浮物、化學(xué)需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、石油類等，若進(jìn)入河道，將對河道水質(zhì)造成嚴(yán)重污染。工程施工初期，在洞口建設(shè)了傳統(tǒng)的加藥多級沉定池，但由于水質(zhì)濃度大，處理過程無法有效控制、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，人為行為因素影響大，出水參數(shù)波動(dòng)大，不能有效滿足環(huán)保要求，隨之產(chǎn)生過施工與環(huán)保矛盾突出現(xiàn)象，常處于被動(dòng)局面，影響到工程進(jìn)展和西安供水安全，社會(huì)反響強(qiáng)烈。

分析問題本質(zhì)，必須改變水處理工藝。國內(nèi)水處理工藝較多，常應(yīng)用于水處理廠、廠礦企業(yè)及化工工業(yè)廢水處理等。但對于引水隧洞施工廢水處理成功案例較少，加之特殊的地理環(huán)境和排放要求，所以必須建設(shè)高效、穩(wěn)定的水處理設(shè)施，將廢水經(jīng)過處理凈化，達(dá)到地表Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排放[1]。解決好廢水排放與水源保護(hù)的矛盾問題，是引漢濟(jì)渭工程最為敏感的問題，是一項(xiàng)緊迫且必須做好的工作。

2 高效沉淀+快濾+炭濾水處理設(shè)施

2.1 前期試驗(yàn)

工程前期6號洞口建設(shè)了2組×3級（6 m×8 m）普通沉淀池，并安裝了自動(dòng)加藥攪拌機(jī)，經(jīng)過半年運(yùn)行，結(jié)果證明：水質(zhì)排放參數(shù)達(dá)不到地表Ⅱ類水且不穩(wěn)定、占地面積大、質(zhì)量無法控制，滿足不了水源地水質(zhì)排放要求。

在6號洞口曾建設(shè)了斜管沉淀池二座，規(guī)格10 m×3 m×3 m，設(shè)計(jì)能力為3000 m3/d，小時(shí)平均流量125 m3/d，小時(shí)變化系數(shù)為1.1。經(jīng)過攪拌，使混凝劑、助凝劑與廢水充分混合、絮凝、沉淀。結(jié)果證明：出水水質(zhì)為20 mg/L，去除了大部分SS和部分CODcr，但無法處理吸附細(xì)小懸浮顆粒和石油類物質(zhì)、部分有機(jī)物和微量有害物質(zhì)，應(yīng)對不了水量的增幅，滿足不了水源地水質(zhì)排放要求。

2.2 方案選擇

由于洞內(nèi)排水主要含有石粉、懸浮物，化學(xué)需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、石油類等嚴(yán)重超標(biāo)。經(jīng)過前期的試驗(yàn)論證，傳統(tǒng)的加藥+攪拌+沉淀工藝，滿足不了水源地高指標(biāo)、穩(wěn)定性、可靠性要求，同時(shí)場地狹窄，布置多級沉定池不現(xiàn)實(shí)。

經(jīng)過調(diào)研和專家指導(dǎo)，認(rèn)為建設(shè)“高效沉淀+快濾+炭濾”自動(dòng)化水處理設(shè)施，實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測和控制，對廢水進(jìn)行多道工序、嚴(yán)格處理，能使水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，且要求整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠；同時(shí)要能夠應(yīng)對洞內(nèi)水量的增幅，才能解決此項(xiàng)工程排水問題[2]。該工藝一般用于城市生活水處理，沒有在工程建設(shè)領(lǐng)域使用，在引漢濟(jì)渭工程尚為首次，在實(shí)施過程中需不斷探索，積累經(jīng)驗(yàn)。

2.3 工藝流程

在隧洞施工過程中產(chǎn)生的廢水與出現(xiàn)的涌水，通過收集、水泵提升、管道輸送至洞外，直接引入該設(shè)施高效沉淀池，使混凝劑PAC及絮凝劑PAM與原水在池內(nèi)充分混合、反應(yīng)、絮凝，實(shí)現(xiàn)泥水分離，可高效去除原水中的懸浮物及大分子有機(jī)物，大大降低出水濁度小于5NTU。分離的污泥在污泥泵的作用下回流和排放。

分離出的原水靠落差進(jìn)入快濾池（主要為石英砂），經(jīng)過多道集水槽漫過石英砂，從上至下充分接觸，以截留、吸附水中殘余的細(xì)小懸浮顆粒和石油類物質(zhì)，同時(shí)去除部分有機(jī)物，使水質(zhì)進(jìn)一步凈化[3]。

快濾過的原水靠落差自流進(jìn)入活性炭濾池（主要為柱狀活性炭），再次經(jīng)過多道集水槽漫入活性炭體，以吸附水中殘余的石油類物質(zhì)和微量有害物質(zhì)，確保出水參數(shù)符合Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)后，最后經(jīng)排放水池溢流排出站外，進(jìn)入河道。快濾池和活性炭池設(shè)置水頭損失儀，當(dāng)濾池阻力增加達(dá)預(yù)定值時(shí)，開啟反沖洗裝置（見圖 1）。

圖1 工藝流程圖

2.4 主要參數(shù)及設(shè)備功能

以秦嶺隧洞6號環(huán)保設(shè)施為例。依工程勘探設(shè)計(jì)正常排放水量為16000 m3/d，富水區(qū)突發(fā)涌水最大排量約24000 m3/d，所以建設(shè)一座與其正常水量匹配，且要滿足隧洞最大排水量的水處理設(shè)施,設(shè)計(jì)667 m3/h的高效沉淀池2座，尺寸6.6 m×6.6 m×5 m，主要設(shè)備：混凝池2格，有效容積20 m3；快速攪拌機(jī)2臺(tái)，功率1.2 kW，葉片直徑700 mm，轉(zhuǎn)速75 rmp，其目的是兩套池體各自能獨(dú)立運(yùn)行，便于停機(jī)檢修。絮凝池有效容積40 m3，慢速攪拌機(jī)1臺(tái)，功率1.5 kW，葉片直徑1120 mm，轉(zhuǎn)速10～50 rmp，慢速攪拌使其充分混合。斜管2×21 m2，斜長1300 mm，傾斜角度60°，斜管的設(shè)置使其表面負(fù)荷遠(yuǎn)高出一般沉淀池約2倍左右，占地面積減少近一半。污泥循環(huán)泵、排放泵各1臺(tái)，型式為螺桿泵，流量2～14 m3/h，揚(yáng)程2 bar,功率變頻調(diào)速4 kW，用于完成污泥的回流和排放[5]。

快濾池一座，尺寸16 m×6.8 m×4 m，設(shè)計(jì)濾速7 m/h，強(qiáng)制濾速9.34 m/h，總濾面積F=96 m2，氣-水反沖洗強(qiáng)度：氣沖強(qiáng)度55 m3/（h·m2），水沖強(qiáng)度q1=25 m3/（h·m2），反沖洗歷時(shí)10～13 min，周期24～36 h?；钚蕴繛V池與快濾池參數(shù)一致，設(shè)置兩座獨(dú)立的快濾池和活性炭池，為進(jìn)一步吸附水中的細(xì)小懸浮物和石油類、部分有機(jī)物、微量有害物質(zhì)，確保水質(zhì)凈化效果。

綜合操作間一座，臥式離心脫水機(jī)2臺(tái),處理能力270 kgDS/h，螺旋輸送機(jī)2臺(tái)，功率3 kW，螺旋直徑300 mm。PAMPAC自動(dòng)配藥、加藥裝置各2套，反洗鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，型式為羅茨鼓風(fēng)機(jī)，功率15 kW，主要放置加藥系統(tǒng)、反洗系統(tǒng)、污泥脫水設(shè)備以及起到PLC控制系統(tǒng)設(shè)備。

2.5 檢測結(jié)果及特點(diǎn)

該工藝水處理設(shè)施按照設(shè)計(jì)，經(jīng)過3個(gè)月施工后，進(jìn)行了調(diào)試、試運(yùn)行，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常。組織驗(yàn)收后，引漢濟(jì)渭公司選定了具備《環(huán)境污染治理設(shè)施運(yùn)營資質(zhì)》的運(yùn)營單位。在三年運(yùn)行期間，經(jīng)長期檢測出水水質(zhì)指標(biāo)基本穩(wěn)定。

2.5.1 檢測結(jié)果

化學(xué)需氧量COD為ND（4）mg/L,硝酸鹽氮0.54 mg/L，氨氮 NH3-N ND（0.025）mg/L，懸浮物 SS ND（4）mg/L，石油類ND（0.04）mg/L，濁度0.3 NTU。不但滿足了水質(zhì)達(dá)標(biāo)要求，且處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)計(jì)出水參數(shù)（地表Ⅱ類水質(zhì)）。

2.5.2 超容運(yùn)行

當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)懸浮物超標(biāo)達(dá)設(shè)計(jì)3倍，且持續(xù)12 h時(shí)，該設(shè)施在增加配藥量的情況下，運(yùn)行正常，水質(zhì)達(dá)標(biāo)，且效果穩(wěn)定可靠。特別在遇到突發(fā)性涌水，也表現(xiàn)出了超負(fù)荷運(yùn)行的能力，最大處理能力達(dá)到25000 m3/d。

2.5.3 運(yùn)行成本

該工藝水處理設(shè)施自動(dòng)化程度較高，一般9個(gè)人能夠滿足全天三班倒的工作需要。在運(yùn)行過程中，增加了藥劑循環(huán)利用機(jī)構(gòu)，提高了藥劑利用率，明顯低于設(shè)計(jì)用藥量。對操作人員要求不高，維護(hù)成本低.。經(jīng)計(jì)算，運(yùn)行綜合單價(jià)相對市場水處理較低，約為0.5元/m3。

2.5.4 實(shí)時(shí)監(jiān)測

該設(shè)施便于全過程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，實(shí)時(shí)將圖片、參數(shù)傳播，使監(jiān)測管理人員和環(huán)保部門能實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)督現(xiàn)場水質(zhì)處置情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3 結(jié)語

“高效沉淀+快濾+炭濾”水處理設(shè)施在引漢濟(jì)渭工程的應(yīng)用，是一個(gè)成功的實(shí)踐案例，完全解決了工程施工廢水排放問題。工藝流程較簡單，建設(shè)周期短，現(xiàn)場占地面積較小，可利用地勢高差布置。適用于臨近河道、水源保護(hù)區(qū)、環(huán)保敏感區(qū)，且地方狹窄情況下的施工廢水排放問題。運(yùn)行指標(biāo)可靠，穩(wěn)定，特別是在突發(fā)進(jìn)水量增大，或水質(zhì)超標(biāo)的情況下，能夠可靠超負(fù)荷運(yùn)行，處理能力變化系數(shù)較大。在當(dāng)前以十九大生態(tài)文明觀為指引，牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念下，為解決水利、鐵路、公路、環(huán)保等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的廢水處理問題，提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和參考，值得推廣和應(yīng)用。