（环境工程专业论文）公路施工废水污染控制研究.pdf

摘要 长期以来，我们将生态环境保护和防止水土流失作为公路建设项目对环境造成影响 的研究重心，对公路施工造成的水环境影响重视不够，缺乏研究。然而对公路施工生产 废水污染控制研究却有其重要的意义。为了落实科学发展观，实现可持续发展，交通部 提出了“绿色交通的”要求，要在公路的设计和施工中体现环保理念。通过对公路施工 生产废水的处理，有利于体现这一思想。 本课题在研究过程中以现场施工调查得到的数据为基础，通过分析水泥在水化和硬 化过程所起到混凝效果的作用机理和实验室实验数据的分析整理，得出了如下结论： 1 通过对小河至安康高速公路的包家山隧道和丹凤至陕豫界高速公路的洲河北隧 道的公路施工生产废水水质分析，发现硝酸盐、c o d c r 在爆破后都有增加；石油类这 一指标的数值在各水样间变化较大；s s 值普遍偏高，且各水样的s s 值之间的大小关系 与其他指标的大小关系正相关。 2 硅酸盐水泥主要成分中的c a o 、s i 0 2 、a 1 2 0 3 和f e 2 0 3 ，这些金属氧化物在水中 都可生成具有絮凝效果的沉淀。水泥在水化和硬化过程中，水化产物可以通过吸附电中 和、吸附架桥、捕网卷带等多种作用去除水中胶体杂质。从水处理的角度说a 1 2 0 3 和 f e 2 0 3 含量较高，c a o 含量较低的水泥品种更适合作为水处理药剂。 3 通过分别对c o d e r 、石油类、硝基苯去除效果的实验研究，发现水泥对于石油 类、c o d e r 和硝基苯都有一定的削减作用，而且对于硝基苯的去除效果较好，最高可 接近7 0 。实验得出对于每2 5 0 m l 待处理水，当反应条件为投药量7 。5 9 ，反应时间3 h ， p h 值为1 1 时处理效果最佳。 4 固化到水泥中的污染物再释放出来的量较小，且保持稳定。通过弃土场填埋的 方式处置固结的水泥造成二次污染的可能性较小。 关键词：生产废水，水泥，混凝，公路施工 a b s t r a c t f o ral o n gt i m e ，w i t ht h er e s e a r c ho fe n v i r o n m e n t a li m p a c to fh i g h w a yc o n s t r u c t i o n p r o je c t s ，w ef o c u so nt h ep r o t e c t i o no ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dp r e v e n ts o i l e r o s i o n ，a n df o rp a yd e f i c i e n t l ya t t e n t i o no nt h ew a t e re n v i r o n m e n t a li m p a c to fh i g h w a y c o n s t r u c t i o nw a s t ew a t e r , l a c ks t u d yo ni t b u tr e s e a r c hi nh i g h w a yc o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e r t r e a t m e n th a si t si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e i no r d e rt oi m p l e m e n tt h es c i e n t if i cd e v e l o p m e n t c o n c e p ta n da c h i e v es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，t h em i n i s t r yo fc o m m u n i c a t i o n sp r o p o s e d ”t h e g r e e nt r a n s p o r t a t i o n ”a n di m p l e m e n tt h ei d e ao fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni nt h er o a dd e s i g n a n dc o n s t r u c t i o n t h i sr e s e a r c hi sb a s e do nt h ed a t ew h i c ho b t a i n sb yt h es c e n ec o n s t r u c t i o ni n v e s t i g a t i o n 。 t h r o u g ha n a l y s i st h eh y d r a t i o na n dh a r d e n i n gp r o c e s so ft h ec e m e n ta n dt h ee x p e r i m e n t d a t e ，m a k et h ec o n c l u s i o na sf o l l o w ： 1 t h r o u g ha n a l y s i st h eh i g h w a yc o n s t r u c t i o nw a s t e w a t e rw a t e rw h i c hs a m p l i n gf r o m b a o j i a s h a nt u n n e li nx i a o h e a n k a n gf r e e w a ya n dz h o u h e b e it u n n e li nd a n f e n g - s h a n y u j i e f r e e w a y , w ef o u n dt h ei n d e xo fn i t r a t ea n dc o d c r w a si n c r e a s e da f t e rb l a s t i n g t h ep e t r o l e u m i n d e xs i g nn u m b e ri sc h a n g e db e t w e e ne a c hw a t e rs a m p l e s ，a n ds si sg e n e r a l l y h i g hl e v e l t h e n u m b e ro fs si sp o s i t i v ec o r r e l a t i o nr e l a t i o n s h i pw i t ho t h e r 2 t h ec e m e n ti sam a j o rc o m p o n e n to fc a o 、s i 0 2 、a 1 2 0 3a n d 和f e 2 0 3 t h e s em e t a l o x i d e sc o u l dm a k et h ef l o c c u l a t i o ni nt h ew a t e r i nt h ec e m e n th y d r a t i o na n dh a r d e n i n g p r o c e s s ，h y d r a t i o np r o d u c t st h r o u g ha b s o r p t i o n - n e u t r a l i s a t i o n ，a d s o r p t i o n - b r i d g e sa n d n e t - c a r r i e do f rw i p eo f ft h ec o l l o i d a li m p u r i t i e sf r o mw a t e r f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fw a t e r t r e a t m e n t ，t h ec e m e n tw h i c hc o n t e n tm o r ea 12 0 3a n df e 2 0 3 ，a n dl e s sc a oi sf i tf o rw a t e r t r e a t m e n tm e d i c a m e n t 3 t h r o u g ht h er e m o v a le x p e r i m e n t a ls t u d yo fc o d c r , o i la n dn i t r o b e n z e n e w ef o u n dt h e c e m e n tc o u l dr e d u c ee f f e c t u a lt h ec o n t e n to fc o d c r , o i la n dn i t r o b e n z e n e f u r t h e r m o r e t h e r e m o v e lr a t eo fn i t r o b e n z e n ei sr e a c h7 0 t h ee x p e r i m e n ti sr e a c h e dt h a tf o re a c h 2 5 0 m l ，w h e nt h ed o s a g eo f t h ec o m b i n a t i o ni s7 。5 9 3 ha n dp h = l1 c a ng e tt h eb e s te f f e c t 4 t h ep o l l u t i o n sw h i c hs o l i d i f yb yc e m e n tc o u l dr e l e a s e dt h es m a l l e rv o l u m e ，a n di s s t a b l ei na l i t e k e yw o r d s ：w a s t ew a t e r ；c e m e n t ；c o a g u l a t e ；h i g h w a yc o n s t r u c t i o n i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：礁谈渤矽7 年石月7 e t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：刁窒渤 导师签名：匆j 对 凋年6 具7e t 娜7 年月尹e l 长安人学硕上学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 公路交通是国家交通动脉之一，也是国家重要的基础设施。公路建设对于促进地方 经济的发展、文化的交流以及加强国防建设等都有积极的作用。过去的几年里，我国的 公路建设如火如荼。在国家投资、银行贷款、地方投资、企业投资等多渠道资金的保证 下，全国各地的高速公路建设有了飞速的发展，“村村通工程的实施，则极大的改善 了广大偏远、农村地区行路难的局面。 然而，与公路建设蓬勃发展的势头相比，对公路建设所造成的环境污染的研究，特 别是水体环境污染的研究在国内还开展较少。究其原因：可能是由于公路建设项目在建 设项目分类上属于“生态型项目 ，而非“污染型 项目，在开展环境保护工作及科学 研究时多注意了对生态环境的影响，如“道路的线性分割作用以及“公路施工造成的 水土流失，而对施工废水对环境造成的影响及其控制措施的缺乏研究。 1 1 1 公路交通行业的发展 近年来，随着国民经济发展和拉动内需政策的带动，我国公路建设事业得到蓬勃发 展。2 0 0 4 年，新增公路通车里程7 1 0 4 l ( , m ，其中新增高速公路3 5 0 0 k m ，到年底全国 公路通车总里程达到1 8 8 1 0 6 k m ，高速公路里程达到3 3 1 0 4 k m ，新改建农村公路1 0 1 0 5 k m 。2 0 0 5 年，我国的高速公路提高到3 5 x1 0 4 k m 。而公路通乡率由9 9 5 提高到 9 9 8 ，使6 8 7 个不通公路的乡通公路；公路通行政村率由9 3 提高到9 6 ，使4 9 0 0 0 多个不通公路的村通公路。目前我国公路通车总里程突破1 9 0 万公里，高速公路将接近 4 1 0 4 k m 。“十五期间，我国高速公路通车罩程跃居世界第二，新增高速公路2 4 1 0 4 k m ，1 6 个省份的高速公路通车里程超过了1 0 0 0 k m ，平均每年比“九五”期间新增 1 0 0 0 k m 高速公路。“两纵两横三条重要路段”的同江至三亚、北京至珠海、连云港至霍 尔果斯、上海至成都、北京至沈阳、北京至上海及西南出海大通道全部建成高速公路或 高等级公路。我国横贯东西、直通南北的公路快速运输网基本形成。2 0 0 4 年年底，国 务院常务会议审议并原则通过国家高速公路网规划，规划确定，未来2 0 年到3 0 年， 我国高速公路网将连接起所有省会级城市、计划单列市、8 3 的5 0 万以上城镇人口大 城市和7 4 的2 0 万以上城镇人口中等城市。国家高速公路网采用放射线与纵横网格相 结合布局方案，由7 条首都放射线、9 条南北纵线和1 8 条东西横线组成，简称为”7 9 1 8 ” 第一章绪论 网，总规模约8 5 1 0 4 k m ，其中主线6 8 1 0 4 k m ，地区环线、联络线等其他路线约1 7 1 0 4 k m 。预计2 0 1 0 年建成的国道主干线系统中，东部地区基本形成高速公路网，长江 三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网络；中部地区基本建成 比较完善的干线公路网络；西部地区公路建设实现内引外联、通江达海。“十一五”至 2 0 2 0 年前，中国公路处于较快的发展阶段，仍将进行全球最大规模的公路网建设。在 2 0 0 8 年北京奥运会召开之前，将全面建成国道主干线系统。由此可见，在未来的十多 年里，公路建设将以更为迅猛的速度在中国大地上展开。 公路建设的高速发展，路网水平的不断提高，可以有效地解决自然资源、劳动力、 生产设施等生产要素相互分离的矛盾，有利于沟通城乡，加快老少边穷地区脱贫致富， 促进社会经济与旅游事业的发展。事实证明，公路尤其是高速公路运输以其快捷方便的 优势和强大的生命力，对一个国家或一个地区的经济发展、社会进步和人民生活质量的 提高等方面发挥着举足轻重的作用。 但另一方面，公路工程在施工和营运过程中却会以不同的形式对沿线植被、土地、 自然景观、空气环境、水资源等生态环境要素产生各种破坏和污染，加剧区域生态环境 压力。随着人们对环境问题越来越清醒的认识，寻求可持续发展己成为全社会共同的目 标。保护环境、促进公路交通事业与环境协调发展已成为公路交通工作者的共识。在中 国2 1 世纪议程白皮书中，中国政府已明确把可持续发展作为一项重要的战略决策。 可持续发展的核心是实现环境、资源与社会的协调发展，在注重经济发展的同时保护自 然资源和改善生态环境，实现经济增长方式从粗放型向集约型的转变。环境保护也是我 国公路建设引进外资的基本条件之一，如世界银行和亚洲开发银行对我国高速公路进行 贷款时，对其规划、建设中的环境保护工作提出了相应的要求，并作为审查的重要组成 部分。因此，如何实现公路建设与生态环境相互协调，做到既保护自然环境，又发展社 会经济，确保公路交通事业的可持续发展便成为一项十分艰巨的任务。 1 1 2 公路建设施工对环境的影响 公路施工期对环境的不利影响主要体现在以下几个方面： 水体污染：主要是雨水冲刷地表和扬尘进入河水增加水中的悬浮物浓度；桥梁施 工中物料、机械漏油、建筑垃圾、生活垃圾等直接进入水体，使水中的悬浮物、油类、 耗氧物质增加；隧道旌工中钻孔和运输机械的漏油、炸药爆炸后的部分残留物和岩土微 粒进入水体导致水体污染；在路面铺设阶段，各种含沥青废水和路面地表径流进入水体 2 长安人学硕十学位论文 影响水质。 大气污染：来自在运输材料途中，由于施工便道道路等级低、路面凹凸不平或装 载过多等原因造成抛洒；汽车身后真空吸力造成的道路扬尘；施工便道、施工工地地面 干燥、松散，由风引起的灰尘；以及施工过程中产生的扬尘、沥青烟等。谭红霞通过对 施工现场的降尘做了观测，结果如表1 。l 所示。可以看出在距离路边2 0 0 m 处仍然超过 g b 3 0 9 5 1 9 9 6 规定的国家三级环境质量标准。这种施工环境会对工人以及周边居民的身 体健康带来威胁【l 】。刘英等在其研究中发现扬沙天气、大气中p m l o 的浓度和咳嗽、咳 痰等呼吸系统自觉症和急性刺激症状发病率正相关【2 1 。特别是，长时间在含有大量粉尘 的环境中工作还有可能导致工人患尘肺病。据卫生部2 0 0 0 年1 月的不完全统计，我国 尘肺病患者已累计达5 5 万人，是世界其他国家尘肺病患者的总和。其中已死亡1 3 万人， 新发现尘肺病患者仍然以每年1 5 万至2 万例的速度增长【3 】。另一方面，扬尘和灰尘落 在农作物的枝叶上，影响其正常的光合作用，会造成农作物减产。 表1 1 公路施工现场降尘量观测 噪声污染：主要是由车辆运行、机械运转及爆破产生。噪声水平及影响范围随施 工阶段( 修筑路基、桥梁、构筑物、路面铺设、交通工程等) 不同而存在差异。高速公 路施工期，施工设备在生产作业时产生的机械噪声是影响周围声环境的主要因素【4 】。声 环境污染不仅影响操作工人的健康，而且对周围居民正常的工作，学习和生活会产生干 扰。如一般当噪声大于5 0 - - - 6 0 d b ( a ) 人们就会感到不安。推土机、挖掘机、压路机、打 桩机、摊铺机等，这些机械运行时，在距声源1 5 m 处的噪声值在7 5 1 0 5 d b ( a ) 2 _ f 司t 引。 固体废物：施工期固体废物主要包括物料包装袋、生产废料和施工人员生活垃圾。 一般在施工中定点收集堆放和处理。有机物如厨余废物用于当地农户养殖，包装袋则进 行回收。因此无法被再利用的固体废弃物量一般很少。 生态破坏：公路施工对生态环境的影响主要表现在：由于土地占用以及人类扰动 造成的水土流失和对野生动植物生存环境的破坏。据调查分析，在长江中下游地区由于 公路建设每年水土流失都在5 o 1 07 t 以上。姚俊武调查了解到在山区，施工单位不按 施工规程操作，将施工挖出的土、石采取就近往山下倾倒，造成路基下方山坡上所有灌 木、草皮等植被因倒下的土、石顺山滚扫而光【6 】。一般说来，在公路施工过程中造成水 土流失的主要原因是：对原有地表的人为扰动导致稳定的地表结构失稳后相应的防护措 第一章绪论 施又没有及时跟上。这种扰动既包括挖土也包括填土、弃土以及土壤的运输过程。公路 施工的路基开挖填筑、隧道挖掘、取弃土、防护工程清基等都是产生水土流失的环节。 如图1 1 所示【引。 图1 1公路建设过程产生水土流失环节关系图 公路建设对沿线周边植被有直接破坏作用，主要包括：公路工程永久性征用土地，砍 伐公路沿线的地表植被；施工期临时用地，包括施工便道，拌和场，施工营地和预制场等因 施工作业使地表植被遭受损失；取、弃土作业，使原有地表植被遭到破坏【8 】。从生态学的 观点，在整个生态系统中各要素是相互影响和制约的，一旦植被遭到破坏，生态系统中 的生产者的减少将导致生态平衡的破坏，各种动物将不得不迁徙到新的居住地。而对于 那些濒危野生动物来说，由于适宜它们生存的环境已经很少了，这种迁徙过程甚至有可 能危及种群的生存。 我们目前面临的情况是，经过十多年的快速发展，我国的公路建设已经由建设难度 低、工程投资少的平原微丘区向施工难度大、工程造价高的山岭重丘区发展。大量的山 区高速公路正在或即将建设。考虑到追求快捷、节省造价以及经济效益等原因，路线基 本沿河谷布设在两侧的山坡上。这样便产生了一连串的环境问题，如噪声扰民，侵占谷 地内很少的可耕地等【9 】。除此之外，对公路对水环境的影响也显得较为突出。我国西部 的山岭地区是包括长江、黄河在内的众多河流的发源地，水系发达，整个西部成为我国 了很多水体的上游地区。保护好上游水环境对保证下游用水安全有着重要的意义。而且， 现在在公路设计中广泛使用的沿河谷布设的路线势必使得公路极有可能穿过饮用水水 4 长安大学硕 - q ：位论文 源保护区：对于那些祖祖辈辈从河里打水饮用、在河中洗衣的居民来说更是会带来不利 影响。可见，非常有必要重视公路施工废水对水体造成污染的控制。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外公路环境保护现状 道路与环境问题的提出由来已久，1 9 7 0 年德国人汉斯洛伦茨就特别强调公路线形 和环境相协调的问题。1 9 7 5 年第1 5 届国际道路会议上成立了“道路与环境问题工作组”。 之后，世界上许多国家尤其是发达国家极其重视公路建设对环境的影响，并在公路建设 的环境保护方面做了大量而细致的工作。这些工作主要集中在环境影响评价、生态保护 和道路景观、噪声污染控制这三个方面。 从2 0 世纪6 0 年代美国学者提出“环境影响评价 的概念至今，世界上己有1 0 0 余 个国家和地区建立了环境影响评价制度。许多国际机构上也设立了许多有关环境影响评 价的部门，召开系列的国际会议提供各国交流的平台。从1 9 8 7 年交通部发布交通 建设项目环境保护管理办法( 试行) 开始，我国的公路建设项目的环境影响评价工作正 式启动，以1 9 8 7 年和1 9 8 8 年开展陕西西安至临渔的高速公路、湖北宜昌至黄石的高速 公路、贵州贵阳至黄果树高等级公路等项目的环境影响评价为标志，公路交通环保已步 人了快车道。目前，我国公路项目规划环评也开始实施。 2 0 世纪初欧美发达国家即开始了公路景观设计与实施的探讨研究。1 9 7 0 年以前瑞 典公路环保工作者就开始关注公路与两侧自然环境相结合的问题【1 0 】。英国则开发了一种 新型桥梁塑料敷层，使桥梁颜色与周围环境相协调【l l 】。2 0 0 3 年4 月2 1 日至2 3 日，由 交通部环境保护中心和中国公路杂志社共同主办的全国公路环保与景观技术研讨会在 成都市召开。交通部环境保护中心主任高洁提出了公路景观绿化不是园林小品的观点 u 2 1 。总的来说我国公路景观研究工作起步较晚，仍需学习外国先进技术和理念。 发达国家对保护生态环境进行了长期的研究和实践。欧、美、日等国家已经基本废 除了浆砌片石和喷射水泥砂浆护面等破坏自然环境的工艺在边坡防护中的应用，取而代 之的是各种柔性支护和绿化措施。当出现公路施工占用林地、湿地等情况时多采用在附 近补偿同等面积的相同林地、湿地作为补偿。使其在当地所起到的生态功能得以延续， 最大限度保护当地的生态环境。对于公路阻止动物移动、迁徙，则广泛地采取建设动物 跨线桥、下串通道的方法解决。我国也从合理选线避开濒危野生动物、古树名木集中分 布区、自然保护区；公路施工时严禁砍伐公路用地范围以外的树木：设立兽类通道、桥 5 第一章绪论 涵等措施保护生态。 在公路交通噪声的控制研究方面，国外的许多学者做了大量的工作，提出不少预测 公式。美国联邦公路管理局组织有关专家对交通噪声作了较深人的研究，现已日趋完善 并在许多国家得到广泛应用。在降低公路建设噪声影响方面，声屏障、新型低噪声路面 材料也在包括我国在内的世界上许多国家大量应用。 1 2 2 我国施工废水研究现状 我国在水利水电工程建设中对施工废水的处理做过一些研究和尝试。殷彤和殷萍f 1 3 】 分析了水利水电工程施工期施工废水来源和主要的污染物质的特性，指出施工废水：主 要污染问题是悬浮物浓度高、p h 值较高以及含有油性物质，其中悬浮物浓度是重点处 理因子。同时介绍了水利水电工程施工废水处理的常用方法等几个方面，并结合内江两 河口水库工程实例对水利水电工程施工废水处理工艺进行了研究。王红梅在对溪洛渡水 电站施工废水进行的研究中对砂石骨料废水进行絮凝沉砂处理，对混凝土拌和系统废水 采用重力滤池处理，对修理系统含有废水采用小型隔油池处理【1 4 】。刘兰芬，蔡梅珠介绍 了在北京十三陵抽水蓄能电厂施工期间，施工废水中主要污染物为石油类、三硝基甲苯、 固体悬浮物。施工期间在工地建设了污水处理站专门对施工废水进行二级处理，处理能 力为2 0 0 0 m 3 d ，最大处理量为3 7 0 0 m 3 d 处理方法为化学混凝、沉淀、过滤和活性炭过 滤。工艺流程见图1 2 所示【1 5 】。 盼q 溉刊甄h 超划 投孕l 蟹 鬯 三兰主2 哆 娩裔饿，匮绽池 l 二聒f 一 曩 一- 蚪蘧 图1 2 北京十三陵抽水蓄能电厂施工废水处理工艺流程图 而对公路项目的水环境保护方面主要重视的是营运期包括为防止公路服务区、管理 区的生活污水造成污染对其进行的处理、为防止桥梁的桥面水污染水体，对桥面水的收 集、处理和发生交通事故后对事发地周围水体的紧急保护等。实践证明通过小型一体化 水处理设施和设置沙袋、砂箱等措施，能够有效的对以上污水、废水进行较好的处理。 可是，由于公路施工期只有3 - 5 年，与十多年的运营期相比时间很短以及公路施工产 生的生产废水排放过于分散等原因，我们对公路施工废水的研究开展较少。 6 长安大学硕上学位论文 然而，在我国土地资源、人口和环境三者矛盾越来越明显，环境状况不容乐观的情 况下，大规模的公路建设对公路环境保护提出了更高的要求t 如何通过技术手段使得公 路项目既能满足经济发展的需要，又保护了环境，实现经济效益、社会效益和环境效益 的完美统一是摆在我们面前的一个课题。特别是随着公路建设的不断发展，途径水源保 护区、自然保护区和风景名胜区的公路也越来越多，对于这些公路原来仅有的对水土流 失的防治和噪声污染控制措施显然满足不了当地环境质量的要求，有必要对水体进行保 护。公路施工废水未经处理使受纳水体悬浮物增加、浊度升高、p h 值升高，同时施工 机械的“跑、冒、滴、漏 使得油污进入水体，使石油类指标升高。虽然目前还没有公 路施工造成大面积环境污染的报道，但我们有必要未雨绸缪，避免其发生。 通过对相关资料的整理发现，目前国内对施工废水处理的研究多数是在水利水电工 程中进行的，在交通行业并未开展相关研究。公路交通的水污染控制工作更多的是集中 在运营期的水污染控制。所以对公路施工生产废水进行研究，对利用水泥处理施工废水 的机理和可行性进行论证和验证是本课题研究的创新点。 1 3 选题的意义 1 3 1 环境意义 水具有很多对于生命存在至关重要的特性，这些特性甚至决定了地球上生物的生存 特性。水是一种很好溶剂，很多分子化合物可以溶于水中。水具有很高的介电常数，绝 大部分离子化合物可以在水中电离。水具有较高的比热容，需要有较多的热量转移才能 改变水的温度，起到了稳定周围气温的作用。纯洁的水无色透明，可以使光线透过水体 供中的光合细菌、藻类、植物等利用。 从大的方面说，水循环是最基本的物质和能量循环，它强烈的影响着其他各类物质 的存在状态。以生态学的观点来看，水的循环过程涉及到了水圈、岩石圈、大气圈、生 物圈。如图1 3 所示【1 6 1 。水作为一种要素或是作为其他要素的载体，参与发生在这些圈 层的物理、化学变化并影响生活在地球上的各种生物的身存状况。 仅对于生物体而言，良好的水环境则更为重要。水是任何生物体都不可缺少的重要 组成成分，生物体的含水量一般为6 0 - - 8 0 ，有些生物可达9 0 以上。不仅如此，生 物的一切代谢活动都必须以水为介质，生物体内营养的运输、废物的排除、激素的传递 以及生命赖以存在的各种生物化学过程，都必须在水溶液中才能进行，而所有物质也都 必须以溶解状态才能出入细胞，所以在生物体和它们的环境之间时时刻刻都在进行着水 7 交换。 可咀浇水足施工地l 墨周边卡要环境要素。它是区域营养物质的载体，同时将生命的 代谢产物带走。她足l j i 的血脉，孕育了满山的生命。水体一旦收到污染，不仅在输送营 养物质的同时也带去了有害物，也挺失了对代谢物的自净作用。因此任意排放公路施丁 废水一t j 能直接影响到人l 山养育的切生命。我们有必要引对受影响的水体，及时采取工 程措施，保护水体i 至整个m 忐蚪境的的安仝。 图13 水的循环示意图 132 社会意义 水除了参与自然界的循环以外，还参与了人类社会的人为水循环。如图l4 所r c i ”i 。 人们通过或简堆或复杂的水利设施从自然径流中取水川于t 农业t e 产和生活用水。使用 后的水部分被消耗成为小能复原水，另一部分通过水处理设施( 或直接) 作为叫归水 返回径流。通过这一人为循环水中的物质和能蹙同人类生产生活中的物质和能量发生了 物质能量的交换。 公路施工周边的一些居民的生产生活用水完全取白附近的地表水或地下水，若施工 牛产废水影响到当地百姓的生产生活，工程的问题将直接变为社会问题。杨文领对公路 施r 期主要环境问题进行了调查分析，结果显示水污染问题在调查的各项环境问题中排 名第3 。因此应该在公路施工过程中采取台理的工程措施，将工程的负由影响减到最 小，以避免引起民心不安社会不稳。另外，公路施工还可能牵涉到近邻的森林公园、 长安大学硕上学位论文 自然保护区、文物保护单位等具有社会环境、自然环境双重意义的环境敏感点。 一 蘸发il 径i i l c li j ：农艘夸产t 生活用水 - 1 ! i l 碍；能短琢水 弋者雉i r l 一二一；二；一一一一j | 承文丈霭坪 l l j - _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - - - _ - - - _ _ _ 。- _ _ - - _ _ _ 一 在以人为本、全面协调可持续的科学发展观的指导下，交通部认真贯彻落实党中央 关于全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化建设的部署，在全国交通行业中大力 提升环境保护和生态保护理念，最大限度地保护生态环境、减少水土流失、控制了环境 污染。交通部于2 0 0 3 年将四川省川主寺至九寨沟公路改建工程作为落实生态保护和可 持续发展战略、促进公路与自然环境相和谐的“示范工程”之一，提出了对生态环境“最 小程度的破坏，最大限度的保护，最强力度的恢复”的设计理念和建设原则，贯彻了“安 全、舒适、环保、示范”的建设方针。2 0 0 4 年交通部又将江西省景婺黄高速公路、甘肃 省宝鸡至天水高速公路、北京京承高速公路等1 2 条公路建设项目作为实践“安全、环保、 舒适、和谐”勘察设计新理念的典型示范工程，并在此基础上2 0 0 5 年又新增1 8 条公路 项目作为典型示范工程。在这样一个保护环境，要尊重科学，尊重自然规律，努力做到 经济效益、社会效益与环境效益相统一，实现人与自然的和谐发展的大环境下。交通部 在交通工程建设中树立了以人为本、节约资源、尊重自然、保护环境的全新理念，围绕 建设和谐交通和可持续发展交通的目标，通过规划协调、科技创新、周密设计和精细施 工，走具有行业特色的绿色交通环保之路。在工程实施过程中要求按照环境保护的有关 需要，切实贯彻落实，真抓实干。因此对公路施工期的环境保护也应该有新的突破和创 新。在公路建设“三同时”的要求下，一种简单易行的施工废水处理方式将帮助施工单 9 第一章绪论 位更好的保护环境，实现“文民施工 、“清洁施工”，达到在施工中更好的保护环境的 目标。 此外，公路建设人员在施工工程中本身也是在当地生活，饮用当地的水。一旦水体 受到污染，施工人员的健康将受到威胁。如果大量工人受到环境污染的的影响而不能正 常工作，对建设项目的施工也是不利的，严重的可能回影响到施工进度。 1 4 研究的主要内容 本课题研究的主要目的就是通过对公路施工废水水质特征的分析，结合公路建设 “线长点多 、“污染物排放具有临时性、瞬时性”的特点，找出一种便于操作、构筑物 结构简单的处理方式，保证施工生产废水能够达标排放。 课题研究的主要内容有： 1 调查公路施工生产废水的水质情况。拟在陕西省在建高速公路中选择两条公路 的隧道施工废水为检测对象，对水质进行调查研究。选取c o d c r 、s s 、n o 孓、石油类、 硝基苯为检测指标。通过对隧道施工、桥梁施工、路基路面施工的分析，进而对公路施 工生产废水的水质情况得出结论。 2 研究以普通硅酸盐水泥作为处理药剂处理公路施工废水的可行性，并分析其处 理机理。 3 实验室研究验证水泥的处理效果。在常规指标中选择c o d c r 和石油类，有毒有 害物质指标选择硝基苯为研究对象。 4 研究投加水泥的去除效果，并研究水泥处理的最佳投药量和最佳停留时间。 l o 长安大学硕上学位论文 第二章公路施工生产废水水质分析 2 1 采样及分析方法 2 1 1 采样方法 采样方法1 1 9 】如表2 1 所示： 2 1 。 表2 1 采样方法 c o d 悬浮物 氨氮 石油类 p h 值 硝基苯 重铬酸钾标准法 重量法 钠氏试剂光度法 红外分光光度法 p h 试纸法 还原一偶氮光度法 5 m g l - 7 0 0 m g l 5 m g l 10 0 m g l 0 0 2 5 m g l 2 m g l 0 1 m g l 1 1 4 0 2 m g l 2 2 采样地点的选取 采样地点的选取应该满足具有代表性和检测分析便利性两个要求。 在本课题研究中选择小河至安康高速公路和丹凤至陕豫界高速公路为采样对象。从 代表性而言，两条公路都建在秦岭山脉中。秦岭西起甘肃省境内，东至河南省西部，主 体位于陕西省的南部与四川省交界处，长约1 5 0 0 k m ，最高峰海拔7 6 3 2 m ，是中国内地 东半壁的第一高峰。秦岭山脉中有丰富的生物种群。而且秦岭淮河一线是我国的温度带 分界线、年降水量分界线、主要气候类型分界线，秦岭是我国最重要的地理分界线之一。 选择建设于秦岭山脉的公路为研究对象对于研究我国西部山区高速公路建设具有很强 的代表性。另一方面，对于西部干旱、半干旱地区，因为本身水系较山岭区为不发达， 在工程建设中涉及较少。基于以上两方面原因，选择小河至安康高速公路和丹风至陕豫 第二章公路施t 生产废水水质分析 界高速公路可以满足对代表性的要求。 这两条高速公路分别位于陕南安康和商州市范围内，工程均已开工，施工单位都已 经进场施工，施工便道等也都修建完毕交通条件较为便利。能够满足样品分析对保存和 运输的时间要求。 2 3 项目所在地自然环境概况 小河至安康高速公路：路线所经区域属秦岭南侧中低山地和沟( 河) 谷地貌，设计 路线带海拔高程多在3 7 0 m - - 5 7 0 m 之间。路线所经区域分为秦岭中浅山区和盆地丘陵 河谷区两个地貌单元。项目区域存在的不良地质类型包括：滑坡、崩塌、泥石流、膨胀 土等。沿线主要不良地质是膨胀土。受地势影响，全区气候差异较大。秦岭南坡海拔 1 0 0 0 m 左右地区以南，年平均气温为1 2 2 。年降水量8 0 0 m m - - - 9 5 0 m m ，一般集中在 七月至九月。公路布设沿线水系发育，属于汉江流域。周边的山区村民一般采用p v c 管引用山溪泉水。本项目所在区域植被的垂直分布非常明显、种类繁多，按其垂直带谱 大致分为：亚热带常绿落叶混交林带植被、落叶阔叶林带植被。该区域动物资源丰富、 种类繁多。项目的位于陕西省安康市，由于交通不便，一直处于贫困状态。 丹凤至陕豫界高速公路：项目所在地位于陕西省东南部地区，属于秦岭山地地貌单 元。沿线地势总体为西北高东南低，自西北向东南，区域地貌由中中低山渐变为低山 丘陵。海拔一般为4 0 0 m - - 7 0 0 m 。结合工程地质条件，可将路线所经区域划分为三个地 貌单元，即丹江峡谷区、丹江河谷区、商南至西峡低山丘陵区。本项目沿线地形复杂， 地层变化多样，不良地质火害较发育。不良地质现向主要有断层、滑坡坍塌、特殊性岩 土等以及由工程建设引起的高时边坡稳定问题。路线所处地区属北温带亚湿润与北亚热 带湿润气候的过渡带。年平均气温为1 2 1 8 。历年平均降水量7 1 0 7 m m - - 8 3 0 4 m m ， 年降雨多集中在夏季和秋季。项目区内河流均属长江水系汉江流域，水系发育，河流众 多，水资源较丰富。河流均为常年流水，水质良好。秦岭山地地形较陡水力坡度大，地 下水径流流程短，溶滤作用强，矿化作用微弱。项目区植被类型属于暖温带落叶阔叶林 带向亚热带常绿阔叶林带的过渡带。植被分布具有沿垂直高差分布和以水平方向分布的 特征。项目跨越商卅l 市的丹风县、商南县，当地经济不发达，贫困人口较多。 2 4 工程分析和检测因子的确定 2 4 1 项目简介 1 2 砭安犬学硕上学位论文 小河至安康高速公路：起于安康市旬阳县小河乡坪槐村，终点位于安康市五里镇尹 家营。路线全长5 7 5 2 2 k m 。沿线分布着1 6 个村庄、4 所学校、1 座医院，跨越河流三 条且经过一次水库。全线采用计算行车速度8 0 k m h 的四车道高速公路标准。路基宽度 为2 4 5 m ；全线共设桥梁7 7 座；涵洞3 8 道；隧道1 5 处。其中大棕坡隧道、包家山隧 道、谭坝四号隧道为长度大于3 0 0 0 m 的特长隧道。 丹凤至陕豫界高速公路：位于陕西东南部，路线起点位于丹凤县老君殿刘家塬村， 终点为商南县富水镇马安石村东黑漆河南岸，路线全长9 1 4 4 3 k m 。路线经过约5 0 个自 然村、1 1 座学校，沿线分布着丹江、县河、黑漆河有三条河流。本项目中丹凤至竹林 关内2 8 4 2 5 k m 为丹江峡谷段，计算行车速度8 0 k m h ，路基宽度2 4 5 m ；其余6 3 0 18 k m 路段计算行车速度1 0 0 k r n h ，路基宽度2 6 o m ，双向六车道。全线共设特大桥1 4 座，大 桥9 1 座，中桥1 0 座，小桥1 9 座，桥梁全长3 5 7 7 0 7 8 m ；隧道3 2 座，全长1 1 9 5 7 5 m 。 互通式立交5 处，分离式立交4 座；通道2 4 道，天桥3 座。 2 。4 2 公路施工对水环境的影响 小河至安康高速公路和丹风至陕豫界高速公路工程施工对水环境产生影响的污染 源主要是：建筑材料的运输和堆放、施工废料的处置、桥梁施工、隧道施工以及预制厂、 拌和站等。 1 建筑材料运输与堆放对水体环境的影响：如沥青、油料、化学品物质等施工材料 如保管不善，被雨水冲刷而进入水体将会产生水环境污染。路基施工泥土被雨水冲入河 流或路面因没有及时压实被雨水冲入河流，引起河水悬浮物偏高和沥青质污染。 2 工程废渣对水环境的影响：公路工程施工废渣主要包括路基和隧道弃渣以及施工 作业过程造成的废弃沥青渣。前者如果不及时挡护处理，经雨水冲刷进入水体将造成严 重水土流失，使地表水中悬浮物浓度( s s ) 明显增加。而沥青废渣如果处理不当，则可能 造成沥青中的有毒物质污染水体。 3 桥梁施工对地表水的影响：桥梁在施工中地表水的污染主要来自大桥建设过程中 的钻孔污染水和含油污水。桥梁的下部结构施工目前一般采用钻孔桩机械作业法。钻孔 桩在施工时多采用电动机为动力，而且钻孔桩在围堰内进行施工时，与流动的河水相隔， 钻孔过程产生的废弃物，用管道直接输送到岸边排放。另外，施工漏油也可造成水体污 染。桥梁上部结构施工基本都采用预应力砼连续t 梁，为预制厂预制，运至施工现场进行 组装，在严格的施工管理下，不会对河流水质造成明显影响。但是，在桥梁上部结构现场 第一二章公路施工生产废水水质分析 浇注工艺过程中，要使用大量模板和机械油料，如机械油料泄漏或将使用后的废油直接 弃入水体，会使水环境中石油类等水质指标值增加，造成水体质量下降。 4 隧道施工对水环境的影响：公路隧道施工的施工废水主要是受到支护时喷浆的水 泥、爆破时炸药经过反应后的部分生成物、地下水渗漏时携带的大量泥沙的污染。公路 隧道施工目前主要还是通过炸药的爆破进行掘进，虽然在爆破后会及时通风换气，但仍 然会有少量的物质从气相进入液相。随着掘进深度的增加，进入液相的物质的量也会不 断增加。而爆破后的支护是保证隧道施工安全进行的前提。支护时要使用大量的水泥砂 浆，这些水泥砂浆中的部分会和渗出的地下水混合，成为施工废水的一部分流出。而 地下水的渗漏携带的泥沙量则与围岩的状况有关。 5 预制厂、拌和站对水环境的影响：预制厂、拌和站对水环境的影响主要是由于在 生产过程中用于调和水泥、水泥保养以及洒水降尘所产生的少量废水。主要是悬浮物和 碱性物质的污染。通过设置良好的排水管线进行收集可以避免污染附近水体。 综合以上分析：建筑材料运输与堆放对水体环境的影响和工程废渣对水环境的影响 都是由于保护措施不力造成污染物质从固体进入水体，通过严格的管理可以有效的避免 和减少。桥梁施工对地表水的影响由于新的施工工艺的采用，如采用沉淀循环技术( 该 技术在湖南邵怀公路桥梁施工中得到应用，每个桥桩施工增加约3 万元，大大减少的钻 孔泥浆对河流水质的污染程度) 可以得到控制。隧道施工对水环境的影响由于工程施工 技术的局限，如前期勘测不能保证施工中不会遇到地下水，支护过程必须使用水泥等， 就显得较为突出。预制厂、拌和站通过良好的排水设施也可以有效的控制生产废水造成 污染。 此外，对各污染源产生的污染物质进行分析可得表2 3 。在该表中，凡是能产生 与污染指标相关污染物的就划“”。 表2 3 施工过程中各染源产生的污染物质分析表 运输与堆放建筑材料 工程废渣 桥梁施j 二 隧道施工 预制厂、拌和站 t 00 。 0 t 可以看出，隧道施工和运输与堆放建筑材料水产生的废水中污染物种类最多。运输 与堆放建筑材料对水体造成的污染发生时间较为随机不便于采样分析，并且通过有效的 1 4 长安大学硕l ：学位论文 管理措施能够避免其成为污染源。所以选择隧道施工废水作为采样分析的水样。 2 4 3 隧道施工废水造成水污染的分析 隧道施工的主要工序包括：帷幕注浆( 钻机定位一设置孔口管钻孔一测涌水量一 注水试验一复合注浆一