（环境工程专业论文）重庆山区隧道施工废水混凝处理研究.pdf

两南大学硕十学付论文 摘要 重庆山区隧道施工废水混凝处理研究 环境工程专业硕士研究生：朱曼航 指导教师：陈玉成教授 蒋红梅副研究员 摘要 我国公路建设的快速发展，尤其是公路不断向山区延伸，使得公路隧道建设工程急剧增多。隧 道工程人都位于山区丘陵地带，有些甚至处丁饮用水源地或饮用水水源涵养地带，且多属我国水土 流失的重灾区，生态环境1 卜常脆弱，同时，在隧道工程旋工过程中，会产生大量的施工废水，倘若 不对施工废水进行处理，任由废水排放，势必会对山区环境特别是水环境产生污染，因此必须予以 高度重视。 目前国内外对公路隧道施工产生废水的研究，常集中于对施工人员生活污水的处理，很少研究 隧道施工生产废水对环境的影响。我国隧道施上期的生产废水和营运期的冲洗污水有一- 半都未作任 何处理，就直接渗入地下或随排水沟排到洞外。这些未经处理的施：e 废水使受纳水体理化性质发生 改变，严重时不仅会造成水源受污染，地表植被枯萎，而且还会腐蚀隧道衬砌混凝土，危及隧道的 稳定性。本文对山区隧道施： 废水的来源，废水性质，排放规律，集中处理工艺等做了相关调查与 研究。 通过对两个典型山区施t 隧道废水的调查发现：隧道施工废水首要的污染因子为悬浮物( s s ) ， 水中化学需氧量( c o d ) 、总磷( t p ) 、p h 亦会有超标。废水中溶解性营养盐浓度均符合排放标准， 施工废水是一类无机废水，造成水体富营养化现象的机率较低。隧道施工情况不同时，废水中s s 浓度变化差异大，废水中的t p 、c o d 浓度与s s 浓度之间存在一定的相关性。 通过对平阳隧道废水空间变化特征的分析，在排除外界因素影响的条件下，废水中的s s 浓度 呈现递减趋势，其他污染因子浓度沿途也有降低。 平阳隧道施工废水与壁城隧道施上废水沉降性能相差大，同时结合颗粒物粒径分析，认为平阳 隧道施工废水是一类粗分散体系废水。璧城隧道旖工废水是一类胶体态或弱胶体态分散体系废水。 通过试验认为粗分散系废水的最佳停留时间为1 2 0 m i n ，但在取值时，仍需考虑废水流量以及初沉池 的体积等因素，在条件不允许时，可适当减少废水停留时间。 在不考虑其他影响因素的条件下，对于粗分散体系隧道施工废水最佳投加范围，氯化铝( a c ) 为10 - 2 5 m g l ；明矾( k s ) 为4 5 6 0 m g l ；硫酸铁( f s ) 为15 3 0 m g l ：三氯化铁( f c ) 为10 - 3 0 m g l ： 两南人学硕十学伊论文 摘要 聚合氯化铝( p a c ) 为2 0 m g l ；聚合硫酸铁( p f s ) 为4 0 - - 6 0 r a g l ；复合型聚合硫酸铁( p f m s ) 为 5 0 7 0 m g l ；高聚铁复合无机混凝剂( c f p s ) 为1 0 0 1 4 0 m g l 。 在不考虑其他影响因素的条件下，对于胶体态或弱胶体态分散体系隧道施工废水最佳投加范 围，a c 为2 5 4 5 m g l ；k s 为1 2 0 1 6 0 m g l ；f s 为7 0 - - 9 0 m g l ；f c 为5 5 , - 6 5 m g l ；p a c 为18 0 - 2 2 0 m g l ； p f s 为l4 0 2 0 0 m g 几；p f m s 为12 0 - - - 14 0 m g l ：c f p s 为18 0 2 4 0 m g l 。 在考虑其他影响冈素的条件下，通过正交设计寻找最优的无机低分子混凝剂组合。对于粗分散 系废水，在高浓度以及1 5 。c 条件下，投加4 0 m g l 的明矾，搅拌2 r a i n ，自然沉降4 0 m i n 为最优组合； 对于胶体态或弱胶体态废水，在高浓度以及常温条件下，投加1 0 0 m g l 的明矾，搅拌2 m i n ，自然沉 降3 0 m i n 为最优组合。其中沉降时间、投药量是主要的影响因子。p f s 混凝剂正交最佳组合为：粗 分散系废水在2 0 。c 下，投加8 0 m g l ，搅拌1 m i n ，自然沉降2 0 m i n ；胶体态或弱胶体态分散系废水在 2 0 下，投加2 0 0 m g l ，搅拌2 m i n ，自然沉降2 0 r a i n 。 单独使用聚丙烯酰胺( p a m ) 作为混凝剂效果很差，但其助凝效果佳，可减少混凝剂p a c 和 p f s 的用量。水泥水解后，具有混凝凝聚的作用，但水泥处理后废水p h 可达ll 以上，需片j 碳酸调 节出水酸碱度，而且生成的污泥量很大，因此，水泥只可作为一种备用的混凝剂。 在动态情况下，设定废水流量2 4 m 3 h ，p a c 投加量1 6 0 m g l 的时候，出水s s 浓度能够达到废 水一级排放标准，验证了小试结论的可靠性。在此投加量条件下，废水中残余铝含量能够符合饮用 水中的限定浓度标准。 论文最后认为当前对隧道工程施t 废水的处理还没有引起足够重视。随着“十二五”交通规划 的开展及两部大开发战略的继续深入，未来的十几年间我国公路特别是西部山区公路建设还将迅猛 发展，所涉及到隧道工程也会越来越多，冈此，对隧道施工废水进行处理，可最大程度地保护山区 的水环境，杜绝水污染事件，特别是污染饮用水源事件的发生。 本文只选用了部分混凝剂，希望在以后的研究中，能够筛选出更方便，更经济，更环保的混凝 剂，特别是对水泥等潜在混凝剂进行更进一步的研究，同时在对选用的混凝剂处理效果进行评价时， 有些只进行了单因子或表观方法评价，希望在以后的研究中，能够对各混凝剂与影响因子的交互作 用进行综合考虑。 关键词：废水，混凝，隧道施工，山区 i l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , m o r ea n dm o r eh i g h w a y sh a db e e nc o n s t m c t e di n m o u n t a i n o u sr e g i o no fc h i n a , w h i c hr e s u l t e dt h a tal o to ft u n n e l sw e r ec o n s t r u c t e d i nr e c e n t y 眦h o w e v e r ，t h et u n n e l sm o s t l yl o c a t e di ne c o e n v i r o n m e n t a lv u l n e r a b l ea r e 戤s u c ha s d r i n k i n gw a t e rs o u r c er e g i o n ，d r i n k i n gw a t e rc o n s e r v a t i o nr e g i o n ，w a t e ra n ds o i l e r o s i o n r e g i o n ，e t c a tt h es a m et i m e ，e c o e n v i r o n m e n tc o u l db e c o n t a m i n a t e db yt h et u n n e l c o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e rt h a td i dn o tt r e a t e d r e g i o nw e l li so fi m p o r t a n tm e a n i n g t h e r e f o r e ，p r o t e c t i o no ft h et u n n e lc o n s t r u c t i o n a tp r e s e n t ，t h e s t u d yo ft h et u n n e lc o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e ra th o m ea n da b r o a do r e n t o c u s e do nt h es e w a g et r e a t m e n t , b u tl i t t l ea t t e n d e d t h eb a di m p a c to ft 眦l e lc o n s t m c t i o n w a s t e w a t e ln o w , t h e r ew e r eh a l ft u n n e lc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nw a s t e w a t e rt 1 1 a t w e r e n o n eo fa n yt r e a t m e n t ，d i r e c t l yi n t ot h eg r o u n d o rw i t ht h ed r a i nd i s c h a 唱e dt oo u t s i d e t h e u n t r e a t e dw a s t e w a t e rn o to n l yw o u l dc a u s es e v e r ew a t e r p o l l u t i o n ，v e g e t a t i o nw i t h e r e d b u t a l s ot n ec o r r o s i o no fc o n c r e t et u n n e l l i n i n g ，e n d a n g e r i n gt h es t a b i l i t yo ft h et 呦e 1 1h es u r v e yi nt w ot y p i c a lm o u n t a i nc o n s t r u c t i o nt u n n e lw a s t e w a t e rf b u n d t h a tt h ef i r s t p o l l u t l o nf a c t o rw a st h es u s p e n d e ds o l i d ，a n dc o d ，t p , p h a l s ow o u l db ee x c e e d e de m i s s i o n s s t a n d a r d s c o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e r w a sa t y p e o f i n o r g a n i cw 够t e n a t e r ， c a u s i n g e u t r o p h i c a t i o no fw a t e rb o d i e sw e r el e s sl i k e l y t h ec 0 n c e n t r a t i o no fs si n w a s t e w a t e r d l t t e r e dg r e a t l 5a n di tm a t t e r e dc o e l a t i o nw e l lb e t w e e n t h ec o n c e n t r a t i o no f s u s p e n d e ds o i l d a n dt p , c o d t h r o u g ht h ea n a l y s i so fs p m i mv a r i a t i o ni n p i n g y a n gt u n n e l ，t h ee x c l u s i o no ft h e 1 i l 士l u e n c eo fe x t e m a lf a c t o r s ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e ds o l i dw a s 铲a d u a l l y d e c r e a s e d ， t h ec o n c e n t r a t i o no fo t h e rp o l l u t a n t sw e r ea l s or e d u c e da l o n g t h er o a d u o m p a r i n gw i t hc o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e rf r o mt h ed i f f e r e n t t u i l i l e l s ，i tw a st 1 1 a t 懈t e w a t e ro ft h ep i n g y a n gt u n n e lw a sak i n do f l a r g ed i s p e r s i o nw a s t e w a t e r ，a n dw a l s t e w a t e r o ft h e b i c h e n gt u n n e lw a sak i n do fw e a kc o l l o i d a lo rc o l l o i d a ld i s p e r s i o n w a s t e w a t e r 1n r o u g he x p e r i m e n t st h a tt h eb e s t r e m a i n i n gt i m e o fp i n g y a n gt u n n e l 、删e w a t e r 嘲 1 2 0 m i n w 1 t h o u tc o n s i d e r i n go t h e rf a c t o r s ，f o rl a r g ed i s p e r s i o nw a s t e w a t e r , t h e b e s td o s a g er 觚g e o fs o d l u mc h l o r i d ew a s10 - 2 5 m g l ；t h eb e s td o s a g e r a n g eo fa l u mw a s4 5 6 0 m g l ；t h eb e s t d o s a g er a n g eo fs u l f a t ew a s15 - 3 0 m g l ；t h eb e s t d o s a g er a n g eo ff e r r i cc h l o r i d ew a s l0 - 3 0 m g l ；t h eb e s t d o s a g eo fp a cw a s2 0 m g l ；t h eb e s t d o s a g er a n g eo fp f sw a s 4 0 6 0 m g l ；t h eb e s td o s a g er a n g eo fp f m sw a s 5 0 7 0 m g l ；t h eb e s td o s a g e 啪g eo fc f p s i i i 两南人学硕十学伊论文 a b s t r a c t w a s10 0 - 14 0 m g l w i t h o u tc o n s i d e r i n go t h e rf a c t o r s ，f o rw e a kc o l l o i d a lo rc o l l o i d a ld i s p e r s i o nw a s t e w a t e r , t h eb e s td o s a g er a n g eo fs o d i u mc h l o r i d ew a s2 5 - 4 5 m g l ；t h eb e s td o s a g er a n g eo fa l u mw a s 1 2 0 - 16 0 m g l ；t h eb e s td o s a g er a n g eo fs u l f a t ew a s7 0 - 9 0 r a g l ；t h eb e s td o s a g er a n g eo f f e r r i cc h l o r i d ew a s5 5 6 5 m g l ；t h eb e s td o s a g er a n g eo fp a cw a s18 0 - 2 2 0 m g l ；t h eb e s t d o s a g er a n g eo fp f sw a s14 0 - 2 0 0 m g l ；t h eb e s td o s a g er a n g eo fp f m s w a s12 0 14 0 m g l ； t h eb e s td o s a g er a n g eo fc f p sw a s18 0 - 2 4 0 m g l i nc o n s i d e r i n gt h eo t h e rf a c t o r s ，t h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no fi n o r g a n i cl o w m o l e c u l a r c o a g u l a n tw a sf o u n db yt h eo n h o g o n a ld e s i g ne x p e r i m e n t f o rl a r g ed i s p e r s i o nw a s t e w a t e r , t h eo p t i m a lc o m b i n a t i o nw a sa t15 ca n dh i g hc o n c e n t r a t i o n ，a d d i n g4 0 m g lo fa l u m ，s t i r r i n g 2 m i n ，d e p o s i t t i n g4 0 m i n f o rw e a kc o l l o i d a lo rc o l l o i d a ld i s p e r s i o nw a s t e w a t e r , t h eo p t i m a l c o m b i n a t i o nw a sa t2 0 。ca n dh i g hc o n c e n t r a t i o n ，a d d i n g10 0 m g lo fa l u m ，s t i r r i n g2 m i n ， d e p o s i r i n g3 0 m i n s e u l i n gt i m ea n dt h ed o s a g ew e r et h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r s f o rl a r g e d i s p e r s i o nw a s t e w a t e r , t h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no fp f sw a sa t2 0 * c ，a d d i n g8 0 m g l ，s t i r r i n g lm i n ，d e p o s i t t i n g2 0 m i n f o rw e a kc o l l o i d a lo rc o l l o i d a ld i s p e r s i o nw a s t e w a t e r , t h eo p t i m a l c o m b i n a t i o no fp f sw a sa t2 0 c ，a d d i n g2 0 0 m g l ，s t i r r i n g2 m i n ，d e p o s i t t i n g2 0 m i n t h ee f f e c tw a sp o o r , u s i n gp a ma l o n e ，b u ti tw a sg o o dt oh e l pc o a g u l a t i o n , w h i c hc a i l r e d u c et h ed o s a g eo fp a ca n dp f s a f t e rh y d r o l y s i so fc e m e n t ，i tc o u l db ec o a g u l a t i o na n d c o a c e r v a t i o n ，b u tt h ep ho fw a s t e w a t e rw a su pt o11 ，u s e dt h ec e m e n t ，a n dt h el a r g ea m o u n t o fs l u d g eg e n e r a t e d ，s oc e m e n tc o u l do n l yb ea sas p a r ec o a g u l a t i o n i nt h ed y n a m i cc a s e ，s e t t i n gt h ew a t e rf l o wo f2 4 m 3 ha n dt h ep a cd o s a g eo f16 0 m g l c o u l dr e a c ht h ee m i s s i o ns t a n d a r d so fs u s p e n d e ds o l i d ，a n dp r o v e dt h a tt h er e s u l to fs t a t i c b e a k e re x p e r i m e n tw a sr e l i a b l e a tt h es a m et i m e ，i nt h i sd o s a g e ，t h er e s i d u a la l u m i n u m c o n t e n ti nw a s t e w a t e rc o u l da c c o r dw i t ht h es t a n d a r d sf o rd r i n k i n gw a t e rq u a l i t y f i n a l l y , t h ep a p e rp o i n t e do u tt h a tt ot r e a tt h et u n n e lc o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e rh a dn o t a r o u s e dp e o p l e sa t t e n t i o n w i t ht h e12 t hf i v e y e a rt r a n s p o r t a t i o np l a na n dt h es t r a t e g yf o r t h ed e v e l o p m e n to ft h ew e s t e r nr e g i o n si m p l e m e n t e d ，t h et u n n e lp r o j e c tw o u l db em o r ea n d m o r ei nt h en e x tt e ny e a r s ，s o 臼e a t i n gt h et t m n e lc o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e rc o u l dp r o t e c tt h e w a t e re n v i r o n m e n t ，a n dc o u l dp r e v e n tw a t e rp o l l u t i o n ，p a r t i c u l a r l yc o n t a m i n a t i o no fd r i n k i n g w a t e rs o u r c e s t h ee x p e r i m e n to n l yu s e dp a r to ft h ec o a g u l a n t ，s oaf u t u r es t u d yp l a ya t t e n t i o nt of i n da m o r ec o n v e n i e n t ，m o r ee c o n o m i c a la n dm o r ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yc o a g u l a n t ，p a r t i c u l a r l y t of u r t h e rr e s e a r c hi n t oc e m e n ta n do t h e rp o t e n t i a lc o a g u l a n t a tt h es a m et i m e ，t oe v a l u a t et h e e f f e c to fc o a g u l a n tt r e a t m e n th a do n l yas i n g l ef a c t o ro ra p p a r e n tm e t h o dt oe v a l u a t e ，s ot h e i v 两南人学硕+ 学伊论文a b s t r a c t h o p et h a tt h ef u t u r er e s e a r c hc o u l df o c u so nt h ei n t e r a c t i o ne f f e c to ff a c t o r s k e yw o r d s ：w a s t e w a t e r ；c o a g u l a t i o n ；t u n n e lc o n s t r u c t i o n ；m o u n t a i n o u sr e g i o n v 独创性声明 学位论文题目：重庆山区隧道施工废水混凝处理研究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。 对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确 说明并表示衷心感谢。 学位论文作者： 井辨 签字日期： 加。年 舌月占 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。， ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：哜保密，口保密 期限至年月止) 。 学位论文作者签名：茸羔p 签字日期：山p 年乡月日 导师签名： 随地 签字日期：。珈，p 年b 月8 日 保护知识产权声明 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写的论文 知识产权保护的规定。本人撰写的论文是在导师具体指导下，并得到相关 研究经费支持下完成的。具体数据和研究成果归属于导师和作者本人，知 识产权单位属西南大学。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文 或使用论文工作成果时，署名第一单位仍然为西南大学。 论文作者签名：三笋牡 日期：2 0 10 年多月参佰 两南大学硕十学伊论文第1 章文献综述 第1 章文献综述 改革开放实现了中国经济的大繁荣，也带动了交通基础设施建设的大发展。全国高速公路从无 到有，根据交通运输部2 0 0 9 年统计资料显示，截至2 0 0 8 年底，全国高速公路通车总里程达到6 0 3 万k m ，仅次于美国位居世界第二。随着我国公路建设的快速发展，尤其是公路不断向山区延伸， 公路隧道建设工程急剧增多，目前全国已建全国公路隧道为5 4 2 6 处3 1 8 6 4 万延米( 交通运输部， 2 0 0 9 ) 。众多的隧道工程都位于山区丘陵地带，有些甚至处于饮用水源地或饮用水水源涵养地带，且 多属我国水土流失的重灾区，生态环境非常脆弱，同时，隧道工程施工过程中产生得大量施工倘若 不进行处理，任由其排放，势必会对山区环境特别是水环境造成污染，因此，必须予以高度重视。 1 1 隧道工程建设对水环境的影响 修建隧道一方面可减少公路、铁路建设中的人填大挖，可保护森林植被，减少水土流失，获得 较好的环境与经济效益；另一方面隧道在施上过程中，又不可避免地会对当地环境产生一定影响， 包括水环境、大气环境、生态植被等( 沈振武，2 0 0 3 ；刘玉海，1 9 9 8 ) 。其中对水环境的影响主要来 源于施工过程和施工人员，比如建筑材料的运输和堆放、施工废料的处置、预制构建与搅拌施工、 隧道施工过程以及施工营地等。 1 1 1 建筑材料运输与堆放对水环境的影响 路基的填筑过程以及各种筑路材料的运输过程中都会产生大量扬尘，降尘会对水体，尤其是对 距离路基两侧较近的地表水体的物理性质产生一定的影响。 施：l 二区内的油料、化学晶等物质如果保管不当，可直接进入水体或经由雨水浸淋后渗入土壤， 从而对施j 二区域内水环境造成污染。除此之外，若施工区域离河流等地表水域较近时，路基施工中 回填的泥士以及施：1 ：中被除去植被的裸露泥土都会经雨水冲刷后汇入地表水体中，不仅造成水土流 失，而且使得地表水体中s s 偏高，进而改变水体的理化性质。 1 1 2 隧道施工废物对水环境的影响 隧道施j = 过程时产生的废物，应作妥善放置，不能随便堆放，以免阻塞河道造成水土流失或占 用当地农田。隧道弃渣若不及时挡护处理，可诱发泥石流等次生灾害，经雨水冲刷后，还会造成水 土流失，并将使地表水中s s 浓度明显增加，影响地表水的水质及美观( 张展等，2 0 0 8 ) 。同时，隧 道施工作业过程造成的废弃水泥渣、沥青渣，若处置不当，亦会对施工区域内水体造成污染。 1 1 3 预制构建厂与水泥搅拌站对水环境的影响 预制构建与水泥搅拌过程中需要调和水泥、保养混凝士以及洒水降尘，冈此会有少量废水产生， 其主要污染因子为s s 和碱性物质，可通过设置良好的排水管线进行收集，从而避免污染附近水体， 减轻废水对水环境的影响( 张雯，2 0 0 8 ) 。 1 1 4 隧道施工对水环境的影响 隧道建设对水体环境的影响主要体现在两个方面。隧道施工影响地下水环境( 张慧，2 0 0 7 ) 。一 个山脉的地下水系经过长期演变逐渐稳定，有其自身的水流规律，隧道的出现很可能改变地下水流 的赋存状态，并成为地下水排出的天然通道，造成地下水的大量流失。据不完全统计，我国1 9 9 2 两南人学硕十学位论文第1 章文献综述 年以前建成的隧道中，有8 0 在施工中发生涌水，其中有3 0 余例为大型涌水，总涌水量超过 1 0 0 0 0 d m 3 ( 汪海，2 0 0 3 ) ，如此大量的涌水会导致山顶的水井水位下降，水稻田、堰塘缺水，更严 重的可能会造成一些次生的地质灾害。 隧道施丁影响地表水环境。隧道施工废水是造成水质污染的直接原因，其危害途径有以下两种： 一是隧道内各种设备的施工污水，通过排水系统流入地表或地下河流等公共水域，污染水环境；二 是携带含有人量的喷锚、支护、爆破材料注浆药液的残余物的施工废水与涌水的混合水，流入地表 水体，污染水体( 李耐霞，2 0 0 4 ) 。 1 1 5 施工营地生活废物对水环境的影响 生活污水中常含动植物油脂、洗涤剂等多种有机物以及氮、磷等无机污染物，且各污染物浓度 经常超过排放标准。倘若施工人员排放的生活污水直接排放到水环境中，对地表水体也会造成一定 的污染。此外，施工人员抛弃的固体垃圾，也会堵塞河道，造成水环境的二次污染。 1 2 隧道工程施工废水研究现状 1 2 。l 隧道施工废水来源分析 隧道施 ：废水一般包括开挖和钻孔产生的泥浆水、机械设备运转的冷却用水和清洗用水。任伟 ( 2 0 0 5 ) 在其研究报告中指出，隧道施工废水的来源为：隧道穿越不良地质单元时，产生的涌水： 施工设备? 如钻机等产生的废水；隧道爆破后用于降尘的水；喷射混凝土和注浆产生的废水以及基 岩裂隙水等。李文波等( 2 0 0 5 ) 认为隧洞施工废水污染物主要来源于：开挖过程中遇到的断层泥； 钻眼及爆破时部分岩块完全被挤成粉末，经水浸泡后形成泥；施工中会过量的水泥经水流冲洗后若 其自身不能凝固，则水泥溶于水中对水产生污染。因此，施工废水中污染物主要来源为：爆破材料 产生的污染、机械设备产生的污染和注浆材料和支护过程的污染。 1 2 1 1 爆破材料产生的污染 隧道开挖常用的爆破材料为铵梯炸药和乳化硝铵炸药。爆炸后产生主要物质为n 2 、0 2 、n 0 2 、 n h 3 和钠盐，其水溶态为n 1 - 1 4 + 、n 0 3 、n a + ，乳化硝铵炸药还可能含有一些脂类物质。爆破后废水 中n h 4 + 含量很少，因此对水体富营养化影响小。n 0 3 在特定下可以转化为n 0 2 ，而n 0 2 属有毒物 质，在人体内积聚到一定水平后可引起胎儿死亡，也可致人失明等，危害性较大。此外，乳化炸药 中的乳化剂为一些石油类物质，随涌水流入地表水体以后，也可能造成水体的污染。 1 2 1 2 机械设备产生的污染 施工过程中使用的开挖设备、钻孔设备、运渣机械、喷锚注浆机械等均会不同程度地产生油污， 这些油污随着隧道涌水以及废水混入地表水体中，造成水体中石油类物质浓度偏高。 1 2 1 3 注浆材料和支护过程的污染 注浆材料主要是水泥水玻璃溶液。当喷射混凝土以及模筑时，流失的注浆材料( 包括水泥砂浆、 混凝土等) 等液态物质，成为隧道污染物的一个来源。注浆材料中所含的化学物质随着隧道涌水最 终流入地表水体，致使地表水体p h 、s s 浓度升高，并可能改变水理化成分，造成水体不同程度的 污染。 2 两南人学硕十学伊论文 第1 章文献综述 1 2 2 隧道施工废水主要性质分析 郑新定等( 2 0 0 7 ) 对隧道施工废水的监测表明：公路隧道施工废水中主要的污染物为石油类、 t n 和s s ，其中铁道隧道施上废水中主要污染物为s s 。 有监测显示：隧道施工废水p h 旱碱性，其主要是由于注浆主体材料水解产生的硅酸三钙、硅 酸二钙、氢氧化钙等均呈碱性；石油类物质主要来源是施t 机械的滴油、漏油，另外还有少量为施 工选用的铵锑炸药爆破中未完全反应的甘油；而氨氮的含量满足污水综合排放一级标准( 周海燕等， 2 0 0 6 ；任伟，2 0 0 5 ) 。 蔡逸文( 2 0 0 7 ) 总结出隧道丁程废水主要污染物为s s 、化学需氧量、氨氮等，而且废水中污染 物质浓度会因处于不同施工阶段而发生明显的变化。 李文波等( 2 0 0 5 ) 认为隧洞废水排放具有几个特点：施工废水排放量起伏变化大，例如在隧洞 掘进过程中遇到透水性断层；废水排放s s 变化大，一般来说出碴时的s s 比钻眼时大，清理底板阶 段的s s 比开挖阶段大；废水s s 影响的因素多，隧洞越长、水量越大，相当一部分岩粉会沉积在排 水沟及集水坑中，施下污水s s 相对较小，其它影响冈素还有用岩特性、洞内排水设施设置等。 杨斌等( 2 0 0 9 ) 对8 座山区隧道施工废水的研究认为，隧道施工废水中s s ，随施工周期的不同 有差异，施j 二中期要高于前期与后期：废水p h 旱碱性，主要由于注浆主体材料水解产水的硅酸三 钙、硅酸二钙、氢氧化钙等均成碱性，这些物质溶解在水中造成p h 升高；氮、磷、石油类与c o d 偶有超标，且基本上出现在施j e 前期；废水中t n t 浓度很低，完全达到生活饮用水卫生标准。 1 ；2 3 隧道施工废水对水环境影响分析 隧道施工废水对地表水体的影响可从物理化学、微生物和美学影响三方面研究( 任伟，2 0 0 5 ； 寇明旭，2 0 0 9 ) 。这儿个方面的影响将可能改变水体作为娱乐用水、饮用水源或生态保护区的价值。 1 2 3 1 物理化学方面影响 通过对受纳水体物化性质的变化分析，用以评价隧道施工废水对地表水环境的影响。选用的评 价因子可以是颗粒固体物质、营养物质、耗氧物质等。其中，隧道施工废水对地表水体最严重的影 响来源于施工过程中排放的人量的颗粒固体物质。水体s s 过大，一方面会改变植物、无脊椎动物、 脊椎动物的结构和生长规律，如在p h 、s s 等无机污染物的水环境下，鱼类存活时间只有1 2 - 1 2 0 m i n 不等( 杨长健，2 0 0 8 ) 。国外的研究资料也显示，s s 浓度超过2 0 0 0 m g l ，就会造成鱼死亡。另一方 面，s s 过高会降低水体的透明度，引起水体浊度的波动变化。i 古i 体物质大量沉积于河底，还会改变 原有底栖生物的生态环境，引发许多与河床底泥有关的问题。其中，大量的河床底泥不仅会覆盖鱼 类重要的产卵场，改变水生生物的生存和觅食环境，而且沉降颗粒中有机碳化合物，加速消耗水中 的溶解氧，从而威胁水生生物的生存。不过由于隧道施工废水中多为无机污染物，因此，颗粒固体 物质对水体物化性质的影响主要表现为物理方面，而对化学方面影响不显著。 营养物质对废水物理化学性质的影响主要是由于隧道施工过程中选用的施工炸药为铵梯炸药配 合少量乳化炸药，两种炸药主要成分均为硝酸铵。氮元素是引起水体富营养化的主要物质，水质监 测中特别重视氨氮和总氮的含量。隧道施工废水虽然不至于引起富营养化，但要注意潜在的风险。 3 两南大学硕十学伊论文第1 章文献综述 耗氧物质对废水物理化学性质的影响主要是由于隧道施i t 生活污水排放的耗氧物质多为有机物 质，进入水体后，在微生物的作用下被还原成简单的无机物，这期间需要消耗水中的溶解氧，从而 造成水中的溶解氧含量降低，影响水中的生物生存。但研究报告显示，隧道施工废水中的污染物多 为无机物，有机物含量非常低，因此隧道施工废水中好氧物质对水体不会产生较为严重影响，可以 被环境所接受。 1 2 3 2 微生物方面影响 地表水中的微生物是关系到公众身体健康的一个重人问题。施工营地产生的大量粪便排泄物等， 均可能含有病原菌和病毒，进入水体后严重威胁人体健康。人接触到受到污染的水体就有感染疾病 的危险。由于隧道施工废水未包括施工营地的生活废水，且施工废水主要是一类无机废水，由此存 在微生物传染疾病的风险很小。 1 2 3 3 美学方面影响 大量隧道施工废水直接排入地表水体还会影响水体的美观。由于施- t 废水引起水质浑浊、并带 入一些漂浮物，不仅影响水体的美学价值，而且严重影响水体的社会经济价值，包括其作为娱乐用 水的欣赏价值。 1 3 隧道施工废水处理现状分析 目前，国内外对隧道施_ r ：废水特性与处理的研究有限，对山区隧道j r 程施，1 ：废水的研究则更少。 山区隧道施：r 废水具有施t 废水的共同特征，s s 浓度较高。对于高s s 废水的处理，目前国内 外主要采用物理化学方法进行处理( 袁勇，2 0 0 4 ；魏贤坤，2 0 0 3 ) ，但由于施上废水来源与性质上的 差异，处理工艺的选择也会有所不同。 李文波等( 2 0 0 5 ) 采用化学沉淀方法对隧洞施工污水进行处理，效果较好，且实际成本较低， 污水处理的药剂成本约o 。l ￥ 左右。单独投加聚合氯化铝1 6 0 9 t 后，水样浊度由大于2 0 0 0 n t u ， 降低到1 5 4 n t u ；投加混凝剂+ 聚丙烯酰胺( 7 0 s 后加入) 1 6 0 9 + 0 4 m l ( 0 1 ) t 后，水样浊度更是降 低到5 1 3 n t u 。 康黛男( 2 0 0 7 ) 认为道路施工期的污水可采用简单的、经济的处理方法。如施工过程中含油和 砂的废水，油可采用隔油池进行处理，同时与沉淀、过滤工艺相组合出去废水中的砂。施工过程中 搅拌站的排水、混凝土养生水等含有害物质的废水亦要一并进行处理，不得排直接排入地表水i i i l 类水源地保护区。 蔡逸文( 2 0 0 7 ) 对薄膜技术处理隧道工程废水进行了研究，结果显示隧道工程废水在使用氯化 钙跟氯化镁混凝剂进行前处理后，可以有效的降低浊度，降低水中溶解性硅酸浓度，其中氯化镁的 性能要好于氯化钙，经过预处理后的隧道工程废水，经薄膜技术处理后，水中溶解性的硅酸盐去除 率高，能够达到废水回用的要求。 张惠等( 2 0 0 7 ) 对雪峰山隧道施工期废水进行了研究。其对废水的处理措施主要是在施工场地 附近建设污水沉淀池与污水处理设备，其中污水处理设备选用充氧膜式一体化污水处理装置。处理 后污水统一排放，能够满足排放的要求，但该设备处理水量比较小。对于地下水，一般为清洁水， 4 两南人学硕十学伊论文 第1 章文献综述 直接排放对环境造成影响较小，因此采取废水和地下水分开排放的原则，可减少处理废水量。 国内外对与隧道工程相似的施- t 废水的处理亦有报导。王红梅( 2 0 0 4 ) 对铜头水电站施= 期砂 石加工系统生产废水的监测显示：s s 平均浓度达到了2 2 7 0 6 m g l 。采用混凝沉淀法，在废水中加 人相应的混凝剂，使小y - 0 0 7 4 m m 的s s 得以快速而有效的去除，整个处理工艺处理效果良好，占 地面积少，但运行费用比单独沉降处理有所增加。 林功波( 2 0 0 8 ) 对采石场生产废水研究表明：废水含有高浓度的s s 和较低浓度的c o d ，采用 沉砂混合一反应沉淀工艺。运行结果表明，出水s s 平均浓度仅为3 7 m g l ，对其去除率高达 9 9 9 ，且出水c o d 平均浓度降为1 2 5 m g l ，对其去除率达9 1 6 ，处理出水能够达到污水综合 排放标准( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) 的一级排放标准。 谭奇林等( 2 0 0 5 ) 采用沉沙+ 混凝沉淀+ 过滤1 艺处理水电站施工期废水显示：在设计 s s 2 0 0 0 m g l 、c o d l 8 0 m g l 、石油类1 1 6 m g l 的条件下，采用该1 二艺处理后的出水水质为1 0 m g l 、 6 8 5 m g l 、5 m g l ，可满足污水综合排放级排放标准。 高婷等( 2 0