近年來(lái)，隨著(zhù)高等級公路、鐵路的建設，隧洞施工日漸普遍。山嶺隧洞施工一般多發(fā)生在山區，地處天然水的產(chǎn)匯流區、水源的源頭區，甚至是飲用水水源保護區。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。目前國內針對這一問(wèn)題的相關(guān)研究鮮有報道，本文通過(guò)分析提出施工過(guò)程主要污染物的測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(cháng)、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，并在形成斷面后根據實(shí)際需要進(jìn)行支護等作業(yè)。根據鉆爆施工原理，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)有完全反應的殘余藥物、支護作業(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。根據經(jīng)驗，在無(wú)受潮情況下硝銨炸藥爆炸過(guò)程不參與反應的物質(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山嶺隧洞集水池總容積計算。如某隧洞一次使用硝銨炸藥約600kg，則未參予反應的硝銨最多為6kg，折算氨氮約為1．5kg，其設計的集水池總容積為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)監測結果。
表1 某山嶺隧洞鉆爆施工廢水水質(zhì)監測結果
注：①表中數據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)，應按計算確定。
1．1．2 TBM法
TBM法施工屬于機械作業(yè)，能同時(shí)完成破巖、出渣、通風(fēng)除塵、支護襯砌等作業(yè)，具有連續、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盾構機屬于大型機械作業(yè)，因此需要冷卻和潤滑，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)監測結果。
表2 某山嶺隧洞TBM法施工廢水水質(zhì)監測結果
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)濃度與施工機械日耗油量和集水池容積有關(guān)，可通過(guò)計算進(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，衛生設施簡(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，應單獨收集、利用或排放。但當爆破或鉆洞開(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。山區環(huán)境一般屬于河流的源頭區或水源保護區，其水質(zhì)一般均可達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標準。如果施工區位于水源一級保護區，則禁止一切與水源保護無(wú)關(guān)的活動(dòng)；如果在二級保護區以?xún)�，則或者實(shí)現零排放，或者處理后達到地表水Ⅲ類(lèi)以上水質(zhì)標準后排放。表3為地表水Ⅱ類(lèi)和Ⅲ水質(zhì)標準與《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）中一級排放標準限值的對比情況�？梢�(jiàn)，地表水環(huán)境質(zhì)量標準與污水綜合排放標準限值差距較大，施工過(guò)程若排放廢水，對水質(zhì)的處理要求極高，難度極大。
表3 排放標準的對比
2．3 山區的環(huán)境特點(diǎn)
由于山嶺隧洞施工多發(fā)生在山區，該環(huán)境特點(diǎn)為：①道路、電力、通訊、輸送管道等建設條件較差，給污廢水處理工程帶來(lái)了極大不便；②山區早晚溫差大，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(cháng)和繁殖；③山區環(huán)境一般地質(zhì)災害較多，土層薄，多巖石，施工不易，施工成本較高；④山區一般為河流的上游或源頭，水量不大，稀釋自?xún)裟芰θ�，水質(zhì)潔凈，對廢水的排放標準要求極高。
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)，可生化性相對較差。由于此類(lèi)廢水中SS相對較高，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，通常是非常細小的巖屑及少量有機質(zhì)。氣浮法適合去除比重較小或者更為細小的懸浮微粒。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，相對穩定，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的混凝沉淀相結合的方法，以去除少量氨氮。為進(jìn)一步保證出水氨氮達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標準，可在混凝沉淀后增加沸石床吸附工藝，同時(shí)在沸石床之前應增加砂濾作為預處理單元，延長(cháng)沸石床的使用壽命。據有關(guān)資料表明，沸石對NH＋4的吸附量最高可達270mg／kg，平均在230mg／kg左右，吸附比為1％～2％�？梢�(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)達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標準，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主要針對氨氮的去除；工藝②主要針對石油類(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到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)及以上標準。
（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；活性炭主要針對的是石油類(lèi)污染物質(zhì)。當然，濾料和吸附材料應當本著(zhù)就地取材、方便、經(jīng)濟、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，生活設施具有臨時(shí)性的特點(diǎn)，所以生活污水的處理設施應緊密結合山區居民的生活實(shí)際，選擇經(jīng)濟可行的處理方式。
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，如在施工人數不多的情況下，可結合山區當地實(shí)際，修建雙甕式廁所或對當地旱廁進(jìn)行改造，滿(mǎn)足衛生要求；人數較多時(shí)，可以采用流動(dòng)式公共廁所做到逐日清運，或者建設化糞池與生活污水一并處理。當生活污水宜采用分散式的處理方式，即按照相對集中的施工區域集中設置處理站，以減少管道施工。其中餐廚廢水含有大量食用油脂，需要單獨設隔油裝置；生活污水碳源不足時(shí)，宜采用物化處理方法；當施工區生活污水包括上述全部污水時(shí)，首選應以生物處理方法。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結論
山嶺隧洞施工多發(fā)生在山區，而山區往往是水源源頭區和水源保護區，不僅水質(zhì)標準較高，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。本文在對隧洞施工過(guò)程廢水的來(lái)源、水質(zhì)特征進(jìn)行詳細分析的基礎上，充分考慮受納水體的水質(zhì)要求和山區環(huán)境特點(diǎn)，針對施工過(guò)程廢水和生活污水，提出了有針對性的工藝技術(shù)方案。
