超长隧洞开敞式TBM施工污水处理

【摘要】在TBM隧道施工领域，隧道工程不具备建设规模化的污水处理厂条件，TBM隧道工程TBM修刀车间、加工车间、备品备件仓库等辅助设施规划建设占用了大量的施工用地，在狭窄的施工场区规划一体化污水处理系统就工程本身而言更经济合理，采取“一级沉淀+絮凝+斜管沉淀+污泥脱水”污水处理工艺，修建调节池、干化床、污泥池，配置反应隔油池、高效斜板快速澄清器、污泥脱水系统等，实现了TBM隧道施工污水物理化学二级处理技术的成功应用，降低了施工成本，使处理后的污水满足饮用水源地二级保护区地表水Ⅲ类地表水环境质量标准，并做到了施工污水循环利用。

【关键词】超长隧洞；TBM施工；污水处理；一体化

1、工程概况

辽宁重点输水工程水源段施工三标主洞全长41.09km，TBM施工段37.69km（洞径φ8.5m），主洞采用两台开敞式TBM掘进，4条施工支洞把主洞划分四个TBM掘进段，TBM1-1段7.31km、TBM1-2段10.02km、TBM2-1段11.45km和TBM2-2段8.91km最大独头掘进长度11.44km。

TBM施工污水均从各施工支洞口排放，支洞口施工区位于鸭绿江通沟河支流汇水区均属于集安市饮用水源二级保护区，4个施工区河流水质保护目标均为《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类。根据施工合同，为保护当地水源，在各支洞洞口场地须建造污水处理系统，处理后的污水水质污染物浓度除必须满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准限制要求外，还应满足受纳水体（河流）即饮用水源二级保护区的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类水体要求，处理的污水做到循环利用、零排放。

2、开敞式TBM隧洞污水来源及特点

2.1 开敞式TBM隧洞施工污水主要来源。开敞式TBM隧洞施工污水主要来源于TBM刀盘冷却水（含石粉）、TBM外循环水（含少量油污）、泵车和拌合系统混凝土废料（含缓凝型减水剂）或湿喷回弹料（含速凝剂）、开挖过程中遇到的断层泥等。

2.2 开敞式TBM隧洞施工污水的特点

2.2.1 开敞式TBM施工用水分为内循环冷却水和工业用水，内循环不存在外排，工业用水主要分布如下表1。机电设备冷却用水回流至工业水箱循环利用，落地的刀盘喷水、1#皮带喷水、锚喷设备用水等是TBM施工用水控制重点，污水均由L1梁下部的2台3.7KW（50m3/h）污水泵抽至6#台车6m3的污水箱，再由45KW污水泵沿洞壁右侧DN150排污管抽排至服务区下游污水泵站集水坑内。

2.2.2 施工污水排放量起伏变化大，例如在TBM掘进过程中遇到透水性断层污水排放浊度变化大。

3、开敞式TBM污水水质分析

开敞式TBM隧洞施工污水主要来源于TBM刀盘冷却水（含石粉）、TBM外循环水（含少量油污）、泵车和拌合系统混凝土或湿喷回弹料污水、隧洞围岩渗水等，不含有脂肪、蛋白质、尿酸、氨基酸、糖等有机物，其中TBM隧道施工污水悬浮物（SS）、石油类、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷（P）、酸碱度（PH值）等六项是主要指标。

表2 TBM隧道施工污水处理前检测指标（mg/l）

隧洞施工污水水质与涌水渗水量、隧洞地址条件、施工方法、施工机器设备、施工距离等密切相关。隧洞涌水渗水量小，污水水质指标偏差，但需处理污水量较小；隧洞涌水渗水量大，污水水质指标偏好，但需处理污水量较大。隧洞围岩较差，岩石强度较低时，尤其是凝灰岩等软岩洞段，由于运输车辆碾压产生大量泥浆，对污水水质有较大影响。

4、污水处理方法

4.1 允许污水排放标准。PH值允许排放浓度为《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准，其余指标允许排放浓度为《辽宁省污水综合排放标准》（DB21/1627-2008）中的直接排放的水污染物最高允许排放浓度。经试验检测，隧洞污水单纯依靠物理沉淀方法不能达到排放标准。

4.2 设计污水处理量。开敞式TBM供排水系统设计时根据地下水微弱的地质和水文情况，考虑了正常排水和应急排水，排水量设计为300m3/h。在服务区设置抽水泵站，泵站布置135m3（3×3×15m）的集水池，并配置了2台108m3/h（90KW）的卧式多级离心水泵。

4.3 污水处理设备。开敞式TBM隧道工程施工中，结合施工污水悬浮物（SS）、石油类、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷（P）、酸碱度（PH值）等六项主要指标，采取“一级沉淀+絮凝+斜管沉淀+污泥脱水”污水处理工艺，修建调节池、干化床、污泥池，配置反应隔油池、高效斜板快速澄清器、污泥脱水系统等一整套污水处理设备。

4.4 一级污水沉淀在调节池通过物理作用从污水中分离、回收呈悬浮状态的固体污染物（包括油膜和油珠），再通过吸砂机抽排至干化床晾晒，一级沉淀悬浮固体的去除率达到70%-80%。

4.5 二级污水处理中由于污水中有机污染物含量极低不选用生物法，而是采用絮凝法，投加混凝剂（聚合氯化铝）和助凝剂（聚丙烯酰胺）产生化学反应，在隔油反应池内曝气凝聚和隔油，再通过特殊材质和安装角度的斜板絮凝，快速与颗粒接触、吸附澄清，达到泥水快速分离，大幅度地去除一级处理后污水中无机的悬浮物和胶体颗粒物或低浓度的有机物。

4.6 高效斜管澄清器下部泥斗收集经过絮凝的沉淀物，排放至污泥池，由污泥螺杆泵提升至DNY带式压滤机（污泥脱水单元），再添加PAM絮凝剂使沉淀物中的固体颗粒凝聚成团，在重力和压辊挤压、剪切作用下，实现污泥脱水形成含水率60-80%的压饼，集中外运。

4.7 污水处理工艺流程。污水处理站，再生产运行前，首先需检查该系统单元的供电情况、管路系统阀门开启情况。各个装置污泥排至污泥池，再由螺杆泵提升至带式压滤机处理。压滤后泥饼外运处理。

外加制剂采用加药装置计量泵送添加，聚合氯化铝溶液浓度5%溶液药剂含量50g/l，聚炳烯酰胺溶液浓度0.2%溶液药剂含量2g/l，根据参照表3并结合现场实际情况，每升制剂溶液处理每方污水统计如表4。

4.8 处理完成后达到的水质指标

5、成本分析

一体化的污水处理系统占地面积570m2，保温棚、基础土建和设备等建设费用约150万元，较规模化的污水处理厂规划设计更为合理，较工程本身造价而言更经济。一体化污水处理系统采用物理化学法进行二级处理，处理后的污水达到了Ⅲ类地表水环境质量标准，污水每方处理成本降至2.20元，污水实现了循环利用，避免了污水排放，缓解了环保压力。

6、结语

在开敞式TBM隧道施工领域，隧道工程不具备建设规模化的污水处理厂条件，TBM隧道工程TBM修刀车间、加工车间、备品备件仓库等辅助设施规划建设占用了大量的施工用地，在狭窄的施工场区规划一体化污水处理系统就工程本身而言更经济合理，该一体化污水处理系统紧凑布置在洞外保温棚内，保温棚建筑面积仅560m2，配置供暖保温设施，满足冬季运行条件。

开敞式TBM隧道工程施工中，结合施工污水悬浮物（SS）、石油类、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷（P）、酸碱度（PH值）等六项主要指标，采取“一级沉淀+絮凝+斜管沉淀+污泥脱水”污水处理工艺，修建调节池、干化床、污泥池，配置反应隔油池、高效斜板快速澄清器、污泥脱水系统等，实现了TBM隧道施工污水物理化学二级处理技术的成功应用，降低了施工成本，使处理后的污水满足饮用水源地二级保护区地表水Ⅲ类地表水环境质量标准，并做到了施工污水循环利用。

参考文献：

[1]李久平，杨庆国.隧道工程施工期污水处理[J].东北水利水电，2013（5）：34-02.