近年來(lái)，隨著高等級(jí)公路、鐵路的建設(shè)，隧洞施工日漸普遍。山嶺隧洞施工一般多發(fā)生在山區(qū)，地處天然水的產(chǎn)匯流區(qū)、水源的源頭區(qū)，甚至是飲用水水源保護(hù)區(qū)。如何解決山嶺隧洞施工廢水的有效處理，是具有普遍性的工程實(shí)際問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)這一問(wèn)題的相關(guān)研究鮮有報(bào)道，本文通過(guò)分析提出施工過(guò)程主要污染物的測(cè)算方法與廢水的有效處理方案。

1 山嶺隧洞施工廢水種類(lèi)與特點(diǎn)

山嶺隧洞施工一般會(huì)產(chǎn)生3類(lèi)廢水：①隧洞施工過(guò)程產(chǎn)生的廢水，稱(chēng)之為施工廢水；②伴隨施工過(guò)程的隧洞涌水和圍巖滲水，稱(chēng)之為施工涌滲水；③施工人員產(chǎn)生的生活污水。前兩者統(tǒng)稱(chēng)為施工過(guò)程廢水；后者稱(chēng)之為生活污水。

1．1 施工廢水

施工廢水的水質(zhì)與施工工藝密切相關(guān)，目前山嶺隧洞施工方式主要有鉆爆法與隧洞（TBM）法兩種。在隧道長(zhǎng)、空間大的隧洞施工過(guò)程，為了加快工期，常常會(huì)利用斜井、橫洞等輔助施工。

1．1．1 鉆爆法

鉆爆法施工的基本流程為在巖石表面鉆裝藥孔，裝填炸藥并爆破，再將爆破的碎石渣清運(yùn)，并在形成斷面后根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行支護(hù)等作業(yè)。根據(jù)鉆爆施工原理，產(chǎn)生的污染物主要有：巖粉等固體顆粒物、炸藥爆炸后的產(chǎn)物和沒(méi)有完全反應(yīng)的殘余藥物、支護(hù)作業(yè)流失的混凝土漿液等。目前，山嶺隧洞爆破多采用硝氨炸藥，其爆炸產(chǎn)物為N2、NO、NO2等，只有少量來(lái)不及反應(yīng)的原藥硝銨才會(huì)產(chǎn)生氨氮和硝酸根等物質(zhì)。

鉆爆法施工過(guò)程廢水中氨氮的高低對(duì)廢水處理工藝的選擇至關(guān)重要。施工廢水中的氨氮一般來(lái)自硝銨炸藥的無(wú)效成份。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在無(wú)受潮情況下硝銨炸藥爆炸過(guò)程不參與反應(yīng)的物質(zhì)一般不會(huì)超過(guò)1％，由于爆炸具有間歇性和瞬時(shí)性的特點(diǎn)，因此廢水中氨氮的含量可以根據(jù)山嶺隧洞集水池總?cè)莘e計(jì)算。如某隧洞一次使用硝銨炸藥約600kg，則未參予反應(yīng)的硝銨最多為6kg，折算氨氮約為1．5kg，其設(shè)計(jì)的集水池總?cè)莘e為400m3，則爆炸后廢水氨氮最高約為4mg／L。表1為某山嶺隧洞鉆爆法施工工藝產(chǎn)生的廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

表1 某山嶺隧洞鉆爆施工廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

 注：①表中數(shù)據(jù)系施工廢水與隧道涌水及圍巖滲水的混合水水質(zhì)；②施工廢水量與隧道涌水及圍巖滲水量之比約1∶5；③氨氮濃度與硝氨炸藥的使用量與集水池容積有關(guān)，應(yīng)按計(jì)算確定。

1．1．2 TBM法

TBM法施工屬于機(jī)械作業(yè)，能同時(shí)完成破巖、出渣、通風(fēng)除塵、支護(hù)襯砌等作業(yè)，具有連續(xù)、高效的特點(diǎn)。TBM法施工不僅避免了使用炸藥，且粉塵和隧洞涌水及圍巖滲水產(chǎn)生量也少。由于TBM盾構(gòu)機(jī)屬于大型機(jī)械作業(yè)，因此需要冷卻和潤(rùn)滑，會(huì)產(chǎn)生一定量的石油類(lèi)污染物。表2為某山嶺隧洞TBM法施工工藝產(chǎn)生的廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

表2 某山嶺隧洞TBM法施工廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

 注：①該水質(zhì)系施工廢水與隧道涌水及圍巖滲水的混合水水質(zhì)；②施工廢水量與隧道涌水及圍巖滲水量之比約1∶5；③石油類(lèi)濃度與施工機(jī)械日耗油量和集水池容積有關(guān)，可通過(guò)計(jì)算進(jìn)行確定。

1．2 隧洞涌水與圍巖滲水

隧洞涌水與圍巖滲水是隧道施工過(guò)程中，由于巖石的破壞、開(kāi)挖、松動(dòng)而導(dǎo)致的存在于地下裂隙中的天然水，其類(lèi)型多為基巖或巖溶裂隙地下潛水或承壓水等。隧洞涌水與圍巖滲水水量變化幅度較大，但水質(zhì)總體穩(wěn)定，一般屬于無(wú)人為污染的天然水。其水質(zhì)取決于原生地質(zhì)環(huán)境，可能會(huì)因原生地質(zhì)環(huán)境而存在特殊的鹽或重金屬污染物。

1．3 生活污水

施工人員居住房屋簡(jiǎn)陋，衛(wèi)生設(shè)施簡(jiǎn)單，多采用旱廁，加之洗浴比較頻繁。所以，其產(chǎn)生的生活污水相對(duì)于城市居民而言，其主要污染物含量較低。

2 廢水處理

2．1 清污分流原則

按照清潔生產(chǎn)的原則，隧洞涌水與圍巖滲水屬于清潔的天然水，應(yīng)單獨(dú)收集、利用或排放。但當(dāng)爆破或鉆洞開(kāi)挖施工時(shí)都會(huì)誘發(fā)隧洞涌水、圍巖滲水與施工廢水同步產(chǎn)生。因此，除極個(gè)別的特殊情況，隧洞涌水和圍巖滲水一般很難與施工廢水徹底分開(kāi)。加之隧洞作業(yè)空間相對(duì)狹小且封閉，廢水多為混合后引出洞外處理。

2．2 受納水體水質(zhì)要求

廢水處理的程度取決于受納水體的水功能要求。山區(qū)環(huán)境一般屬于河流的源頭區(qū)或水源保護(hù)區(qū)，其水質(zhì)一般均可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標(biāo)準(zhǔn)。如果施工區(qū)位于水源一級(jí)保護(hù)區(qū)，則禁止一切與水源保護(hù)無(wú)關(guān)的活動(dòng)；如果在二級(jí)保護(hù)區(qū)以?xún)?nèi)，則或者實(shí)現(xiàn)零排放，或者處理后達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排放。表3為地表水Ⅱ類(lèi)和Ⅲ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)限值的對(duì)比情況。可見(jiàn)，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)限值差距較大，施工過(guò)程若排放廢水，對(duì)水質(zhì)的處理要求極高，難度極大。

表3 排放標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

 2．3 山區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)

由于山嶺隧洞施工多發(fā)生在山區(qū)，該環(huán)境特點(diǎn)為：①道路、電力、通訊、輸送管道等建設(shè)條件較差，給污廢水處理工程帶來(lái)了極大不便；②山區(qū)早晚溫差大，晚間和冬季氣溫較低，不利于污水生物處理中微生物的生長(zhǎng)和繁殖；③山區(qū)環(huán)境一般地質(zhì)災(zāi)害較多，土層薄，多巖石，施工不易，施工成本較高；④山區(qū)一般為河流的上游或源頭，水量不大，稀釋自?xún)裟芰θ酰�水質(zhì)潔凈，對(duì)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求極高。

3 水處理工藝的選擇

3．1 施工過(guò)程廢水

施工過(guò)程廢水主要含有無(wú)機(jī)污染物，懸浮物含量高，并含有一定量的氨氮、石油類(lèi)等污染物質(zhì)，可生化性相對(duì)較差。由于此類(lèi)廢水中SS相對(duì)較高，且SS與懸浮性COD、氮類(lèi)污染物有一定的關(guān)聯(lián)度。因此，施工過(guò)程廢水宜采用物化法為主的處理工藝。

（1）SS的去除。施工過(guò)程產(chǎn)生的SS，通常是非常細(xì)小的巖屑及少量有機(jī)質(zhì)。氣浮法適合去除比重較小或者更為細(xì)小的懸浮微粒。絮凝沉淀法通過(guò)投加絮凝劑和助凝劑去除懸浮微粒，同時(shí)還可以通過(guò)吸附作用去除有機(jī)物，因而比較常用，但會(huì)產(chǎn)生較多的泥渣，但其疏水性較好，相對(duì)穩(wěn)定，可以填埋處置。

（2）氨氮的去除。施工過(guò)程廢水中氨氮變化幅度較大，小時(shí)最大濃度會(huì)在幾個(gè)、十幾個(gè)甚至幾十個(gè)mg／L之間波動(dòng)，且氨氮一般只在鉆爆法中硝氨炸藥瞬時(shí)爆炸時(shí)產(chǎn)生，在與隧洞涌水和圍巖滲水混合之后，其濃度大幅度降低且與一次用藥量及集水池容積有關(guān)，有一定的人為控制余地。一般可以控制在3～5mg／L，這樣可以省略專(zhuān)門(mén)用于去除氨氮的單元。因此，一般可考慮采用與去除SS的混凝沉淀相結(jié)合的方法，以去除少量氨氮。為進(jìn)一步保證出水氨氮達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標(biāo)準(zhǔn)，可在混凝沉淀后增加沸石床吸附工藝，同時(shí)在沸石床之前應(yīng)增加砂濾作為預(yù)處理單元，延長(zhǎng)沸石床的使用壽命。據(jù)有關(guān)資料表明，沸石對(duì)NH＋4的吸附量最高可達(dá)270mg／kg，平均在230mg／kg左右，吸附比為1％～2％。可見(jiàn)，在氨氮濃度較低的情況下，沸石是非常有效的吸附劑。

（3）石油類(lèi)物質(zhì)的去除。石油類(lèi)物質(zhì)的去除方法主要有氣浮法、混凝沉淀法、臭氧氧化法、過(guò)濾法以及吸附法等。為使出水石油類(lèi)物質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標(biāo)準(zhǔn)，可考慮采用重力隔油和活性炭吸附進(jìn)一步降低出水石油類(lèi)物質(zhì)。

綜合上述分析，考慮到施工過(guò)程廢水以SS為主，同時(shí)含有少量COD、氨氮以及石油類(lèi)物質(zhì)，故工藝選擇以物化法為主，建議采用①施工過(guò)程廢水→混凝沉淀→石英砂濾—沸石吸附→排放；②施工過(guò)程廢水→混凝沉淀→石英砂濾→活性炭吸附→排放。工藝①主要針對(duì)氨氮的去除；工藝②主要針對(duì)石油類(lèi)物質(zhì)的去除。

通過(guò)上述兩種工藝的處理，施工過(guò)程廢水處理出水可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標(biāo)準(zhǔn)。

（4）濾料與吸附材料的選擇。本文提出的石英砂濾料主要處理懸浮物，且不易堵塞，起到了預(yù)處理和保安過(guò)濾的作用；沸石主要利用其較好的氨氮吸附效果；活性炭主要針對(duì)的是石油類(lèi)污染物質(zhì)。當(dāng)然，濾料和吸附材料應(yīng)當(dāng)本著就地取材、方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有效的原則進(jìn)行選擇。

3．2 生活污水

由于施工過(guò)程有時(shí)段性，生活設(shè)施具有臨時(shí)性的特點(diǎn)，所以生活污水的處理設(shè)施應(yīng)緊密結(jié)合山區(qū)居民的生活實(shí)際，選擇經(jīng)濟(jì)可行的處理方式。

生活垃圾可以采取定點(diǎn)收集和日產(chǎn)日清，集中清運(yùn)的方式解決。糞便污水和洗滌廢水建議采用分散和分別處理的方式，如在施工人數(shù)不多的情況下，可結(jié)合山區(qū)當(dāng)?shù)貙?shí)際，修建雙甕式廁所或?qū)Ξ?dāng)?shù)睾祹�進(jìn)行改造，滿(mǎn)足衛(wèi)生要求；人數(shù)較多時(shí)，可以采用流動(dòng)式公共廁所做到逐日清運(yùn)，或者建設(shè)化糞池與生活污水一并處理。當(dāng)生活污水宜采用分散式的處理方式，即按照相對(duì)集中的施工區(qū)域集中設(shè)置處理站，以減少管道施工。其中餐廚廢水含有大量食用油脂，需要單獨(dú)設(shè)隔油裝置；生活污水碳源不足時(shí)，宜采用物化處理方法；當(dāng)施工區(qū)生活污水包括上述全部污水時(shí)，首選應(yīng)以生物處理方法。具體參見(jiàn)http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結(jié)論

山嶺隧洞施工多發(fā)生在山區(qū)，而山區(qū)往往是水源源頭區(qū)和水源保護(hù)區(qū)，不僅水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)較高，甚至有些地方不允許排污，這就與施工廢水的排放發(fā)生了很大矛盾。本文在對(duì)隧洞施工過(guò)程廢水的來(lái)源、水質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，充分考慮受納水體的水質(zhì)要求和山區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，針對(duì)施工過(guò)程廢水和生活污水，提出了有針對(duì)性的工藝技術(shù)方案。