重庆山区隧道施工废水混凝处理研究

论文摘要

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。隧道工程大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，在隧道工程施工过程中,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。我国隧道施工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。这些未经处理的施工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十,危及隧道的稳定性。本文对山区隧道施工废水的来源,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工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（SS）,水中化学需氧量（COD）、总磷（TP）、pH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SS浓度变化差异大,废水中的TP、COD浓度与SS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SS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璧城隧道施工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,璧城隧道施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120min,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（AC）为10-25mg／L；明矾（KS）为45-60mg／L；硫酸铁（FS）为15～30mg/L；三氯化铁（FC）为10-30mg／L；聚合氯化铝（PAC）为20mg／L；聚合硫酸铁（PFS）为40-60mg/L；复合型聚合硫酸铁（PFMS）为50-70mg／L：高聚铁复合无机混凝剂（CFPS）为100～140mg／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,AC为25-45mg/L；KS为120～160mg／L；FS为70～90mg／L；FC为55～65mg/L；PAC为180～220mg/L；PFS为140～200mg／L；PFMS为120-140mg／L；CFPS为180-240mg／L。在考虑其他影响因素的条件下,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15℃条件下,投加40mg／L的明矶,搅拌2min,自然沉降40min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100mg/L的明矾,搅拌2min,自然沉降30min为最优组合。其中沉降时间、投药量是主要的影响因子。PFS混凝剂正交最佳组合为：粗分散系废水在20℃下,投加80mg/L,搅拌1min,自然沉降20min；胶体态或弱胶体态分散系废水在20℃下,投加200mg/L,搅拌2min,自然沉降20min。单独使用聚丙烯酰胺（PAM）作为混凝剂效果很差,但其助凝效果佳,可减少混凝剂PAC和PFS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pH可达11以上,需用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2.4m3／h,PAC投加量160g/L的时候,出水SS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工废水的处理还没有引起足够重视。随着“十二五”交通规划的开展及西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,因此,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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 隧道工程建设对水环境的影响
• 1.1.1 建筑材料运输与堆放对水环境的影响
• 1.1.2 隧道施工废物对水环境的影响
• 1.1.3 预制构建厂与水泥搅拌站对水环境的影响
• 1.1.4 隧道施工对水环境的影响
• 1.1.5 施工营地生活废物对水环境的影响
• 1.2 隧道工程施工废水研究现状
• 1.2.1 隧道施工废水来源分析
• 1.2.2 隧道施工废水主要性质分析
• 1.2.3 隧道施工废水对水环境影响分析
• 1.3 隧道施工废水处理现状分析
• 1.4 混凝剂及其作用机理概述
• 1.4.1 混凝及常用混凝剂
• 1.4.2 胶体及其理论
• 1.4.3 常用混凝剂作用机理
• 1.4.4 水泥混凝剂及作用机理
• 1.5 选题切入点
• 第2章 引言
• 2.1 研究目的和意义
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 山区隧道施工废水特征研究
• 2.2.2 混凝法处理山区隧道施工废水研究
• 2.2.3 混凝法处理隧道施工废水的工程可行性分析
• 2.3 技术路线
• 第3章 材料与方法
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 试验药品
• 3.1.2 试验废水
• 3.2 分析方法与主要设备
• 3.2.1 分析方法与仪器
• 3.2.2 试验主要设备
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 沉降试验方法
• 3.3.2 混凝剂混凝试验
• 3.3.3 正交设计试验
• 3.3.4 水泥混凝试验
• 3.3.5 经济可行性分析方法
• 第4章 结果与分析
• 4.1 隧道施工废水特征分析
• 4.1.1 施工废水时间变化特征分析
• 4.1.2 施工废水空间变化特征分析
• 4.1.3 小结
• 4.2 隧道施工废水沉降性能特征分析
• 4.2.1 隧道施工废水自由沉降性能分析
• 4.2.2 隧道施工废水絮凝沉降性能分析
• 4.2.3 小结
• 4.3 隧道施工废水混凝处理分析
• 4.3.1 无机低分子混凝剂混凝效果分析
• 4.3.2 无机低分子混凝剂正交效果分析
• 4.3.3 无机高分子混凝剂混凝效果分析
• 4.3.4 无机高分子混凝剂正交效果分析
• 4.3.5 有机高分子混凝剂混凝效果分析
• 4.3.6 水泥混凝效果分析
• 4.3.7 经济可行性分析
• 4.4 中试处理结果与分析
• 4.4.1 废水处理设备设计
• 4.4.2 处理效果分析
• 4.4.3 水中残余铝的探讨
• 4.4.4 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 存在问题与建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 发表论文与参与课题
• 发表学术论文
• 参与科研课题