鐵路工程水環境污染控制分析

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摘要：鐵路工程施工期的水環境污染源主要包括施工營地生活污水、大型臨時施工設備設施沖洗污水、隧道施工污水。通過對鐵路工程施工期的水污染物分析、污染物量化、污水處理工藝選擇、水質參數選取等方面的實測和總結，提出施工污水處置方案及建議，以期為鐵路施工期水環境保護提供參考。

關鍵詞：鐵路；施工期；水污染；控制

水環境保護是鐵路工程施工期環境保護的重要內容之一，涉及施工生產生活的多個方面，既有施工生產污水，也有施工人員生活污水，污水來源和性質復雜多樣，處理工藝及要求各不相同。近年來，針對隧道施工廢水的環境影響及應對措施開展了多項研究[1-4]，如何對施工期生產生活污水的性質、數量及處理方案進行調查和分析總結，以利于規范和提升施工期水環境保護效果，是需要進一步深化研究的課題。

1施工期污水水質監測

鐵路工程施工中產生的污水大致可以分為施工營地施工人員日常生活產生的生活污水、大型臨時施工場地(制(存)梁場、混凝土拌和站等)機械沖洗產生的沖洗污水及隧道施工污水。

1.1施工營地生活污水

施工營地生活污水是施工人員日常生活產生的污水，以洗滌污水、糞便污水和食堂清洗污水為主，主要污染物包括化學需氧量(CODCr)、動植物油、氨氮(NH3-N)、懸浮物(SS)等。此次調查實測了鹽城—南通鐵路、南昌—景德鎮—黃山鐵路、杭州經紹興至臺州鐵路的多處施工營地，統計施工營地生活污水產生量為每人每天0.15～0.40m3；實測化糞池污水水質情況如下：CODCr為225～414mg/L、SS為182～256mg/L、動植物油為51～98mg/L、氨氮為24～44mg/L、pH為7.1～8.8，與一般城市生活污水水質相當。

1.2沖洗污水

混凝土拌和站是鐵路施工必備的大型臨時工程，施工中所需的現澆混凝土均在拌和站拌制，由運輸車輛運送至工地(或梁場制梁)。運輸車輛罐體的定期清洗會產生高懸浮物、高砂石的沖洗污水，懸浮物以水泥、泥沙為主。根據對上述鐵路的現場調查和實測，每臺混凝土運輸車的沖洗污水量約為0.5m3/次。沖洗水SS濃度普遍大于5000mg/L，水質一般呈現明顯的堿性(pH值≥10)，砂石含量大。制梁場、拌和站、鋪軌基地等大型臨時工程的進出口一般設有車胎清洗設施，包括清洗水池和加壓沖洗設備，沖洗作業產生的污水含高懸浮物及少量油污，污水水質隨處理的車輛變化范圍較大[5]。實測洗車污水的污染物情況如下：CODCr為180～482mg/L、SS為887～2520mg/L、石油類為8～43mg/L、pH為6.2～9.5。

1.3隧道施工污水

隧道施工污水是隧道掘進過程中鉆孔爆破及混凝土養護作業產生的冷卻水、養護水、滲漏地下水混合巖石粉末、水泥、少量油污、爆炸后化合物等形成的混合體，隧道施工污水的主要污染物為SS、少量油污和氨氮。隧道施工污水量主要由3個部分組成：鉆孔作業的噴水量、爆破后的灑水量和隧道涌水量。其中，鉆孔作業的噴水量和爆破后的灑水量由施工工藝確定，可預測性較強；地下水滲漏量隨地下水賦存及地質情況變化大。污水水質隨施工進程變化較大，在某個范圍內，以某個工程特定時段的水質監測數據并不能準確預測其他工程或其他時段的具體水質。因此，要準確確定隧道施工污水的水質，定點定時的取樣監測不可或缺。隧道的地層巖性也是隧道施工污水的決定性因素之一。砂巖、花崗巖等粗顆粒巖巖層產生的污水中懸浮物濃度會較小，而泥巖、板巖、灰巖等細顆粒巖巖層產生的污水中懸浮物較多，這與掘進產生的巖石顆粒是否容易在水中沉淀或懸浮有關。油污主要來源于施工機械滴漏和被水沖刷，氨氮主要來源于爆破炸藥爆炸后產生的NH4+。由于污水中混合水泥、爆炸化合物等成分，水質往往呈現明顯的堿性特征。雖然實際工程的隧道污水監測數據不具有非常好的代表性，但調查監測了若干處隧道污水的實測數據作為參考。從監測數據可以看出，隧道施工污水的水質變化范圍大，很難界定在一定范圍之內，部分隧道施工污水水質如表1所示。

2施工污水處理工藝調查與分析

2.1施工營地生活污水

施工營地生活污水最常見和最簡易的處理方案是設置大型化糞池集中存放，定期外運至城市污水管網。這一方案無需污水處理和外排等環節，適用于人口稠密、地形平坦、沒有外排條件或環保不允許外排的情況。缺點是需要修建較大容量的化糞池，并委托外部機構定期清運。實施這一方案的重點是確定化糞池的容量。同時，為了防止污水滲漏，修建的化糞池應做防滲處理，避免污水滲漏污染地下水。此外，因雨水的大量進入可能導致污水外溢、污染環境，施工營地的污水系統也應防止雨水進入。地處荒漠偏遠的施工營地，可以考慮對生活污水適當處理后排放，排放執行標準應咨詢當地環境保護主管部門或查閱本工程的環境影響報告書及其批復。適用標準可能包括但不限于《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)[6]、《農田灌溉水質標準》(GB5084—2005)等。生活污水中有機污染物含量高，可生化性強，一般采用生化方法處理，常用處理工藝有生物處理法、生物接觸氧化法等。由于施工營地生活污水具有臨時、量小的特點，選擇小型的一體化生化處理設備較為適宜。對于北方寒冷地區，在選擇生化處理設備時應考慮北方冬季低氣溫狀態下的運行效果，避免冬季處理效果的下降。因型號不同，小型一體化污水處理設備的處理能力為1～100m3/d，處理工藝主要為生物膜法。生物膜法適用于水量較小、水質較為穩定的低濃度污水水質，由于生物膜培養較快(一般夏天為7~10d，冬天為15~20d)，系統調試好后運行穩定，可操作性較強，出水水質一般可滿足《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)二級排放標準。對于要求排放標準更高的地區，可考慮在后部增加過濾和消毒等工藝。小型一體化污水處理設備安裝操作較為簡便，占用空間較小，但對于寒冷地區冬季需要保溫采暖以保持微生物的活性。

2.2沖洗污水

混凝土運輸車罐體的沖洗污水呈現高砂石、高懸浮物特征，懸浮物以水泥、泥沙等微小顆粒物為主。處理工藝普遍采用多級沉淀，處理后循環使用。沉淀池的級數和容積選擇是確定處理設施的關鍵。此外，為保證沉淀池的沉淀效果，沉淀池設置應注意以下方面：①每格長寬之比不宜小于4，長深之比不宜小于8；②池數或分格數一般不少于2個；在總池長范圍內適當增加分格數，有利于提高沉淀效果；③池底縱坡不宜小于1%；④沉淀池應定期清掏，防止沉淀物堆積過多影響沉淀池的沉淀效果。標準的混凝土運輸車罐體沖洗污水應先通過砂水分離機進行砂水分離，清除大粒徑的砂石后再進入沉淀池。砂水分離機可以提前分離大粒徑的砂石，大幅減少沉淀池的淤積和沉淀壓力，增加沉淀池的清掏周期。制梁場、拌和站在混凝土用砂石含泥量超標時需要對砂石進行清洗，清洗污水一般也需要經過砂水分離機后沉淀循環使用。

2.3隧道施工污水

國內隧道施工污水的處理現狀多為沉淀池處理，難于做到達標排放。針對隧道施工污水的特點，需實施對癥的污水處理措施。高懸浮物的處理一般采用絮凝沉淀法，絮凝劑的使用與否及添加的劑量視懸浮物的顆粒大小及濃度而定。隧道污水的堿性一般采用中和法處理，即投加一定數量的酸進行中和。油污部分一般可以結合沉淀池的設置，在末端增加隔油設施。NH4+的含量一般較低，大部分情況下不需要特殊處理。特殊情況下，可以增加曝氣設備增加水中氧氣的含量，加速NH4+的硝化，此舉同時也利于油污的上浮，提高油污的去除率。（1）隧道施工污水量的估算。隧道施工污水的沉淀隔油池設計主要與施工污水的產生量有關。隧道施工污水的來源包括鉆孔冷卻、混凝土養護、降塵及地下水滲漏[7]，準確預測水量存在很大的不確定性，《鐵路隧道工程施工期生產廢水處理技術管理手冊》中給出了各類污水的估算方法，實際操作中可參考使用。（2）隧道施工污水的處理工藝。隧道施工污水的處理工藝一般包括預沉、隔板沉淀、調節沉淀、排放等。典型的隧道污水處理工藝流程如圖1所示。具體到特定的隧道工程，應結合隧道污水的特點區別對待，通過增減相應的處理工藝流程實現污水的達標處理。（3）隧道施工污水處理設計。隧道施工污水處理相對復雜，應進行專業的詳細設計。非專業的現場簡易處理往往不能達到應有的處理效果。詳細設計中應特別注意以下方面：①隧道施工污水應先經過預沉池，預沉大顆粒的沙石和攔隔大塊漂浮物；②可以通過在隔板沉淀池和調節沉淀池中加設浮油攔截和收集裝置將石油類中的大部分浮油去除；③通過隧道巖性預判隧道污水的水質，提前考慮處理工藝的預留和調整，如果是特殊巖性隧道應予特殊處理，如碳質板巖隧道的污水具有高懸浮物、高色度特征，普通的混凝沉淀處理效果不佳，出水色度、懸浮物不能達標，排水出口下游污染跡象明顯；④隧道施工污水的處理標準及工藝應結合周邊受納水體的功能分類考慮，環境敏感區及《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)劃定的Ⅱ類以上水體不得外排，Ⅲ類及以下水體達標排放。

3施工污水處置方案及建議

綜上分析，鐵路工程施工期污水主要包括施工營地生活污水、大臨工程設備沖洗污水和隧道施工污水，污水性質各有特點，控制好這些污水的處理、排放和再利用，才能對污水進行合理控制和有效管理，實現污水的達標排放和水環境保護。（1）施工營地生活污水。優先推薦設置大型化糞池集中存放，定期外運至城市污水管網。確實只能現場外排的，建議選用小型一體化處理設備處理達標后排放，并盡可能在營地自身范圍內灑掃、灌溉、綠化使用。（2）施工機械沖洗污水。機械和車輛沖洗污水一般設多級沉淀池處理后循環回用，正常情況下無污水外排。防止雨水匯入導致沖洗污水外溢，是沉淀池設置應特別考慮的因素之一。（3）隧道施工污水。隧道施工污水的處理工藝一般包括預沉、隔板沉淀(隔油)、調節沉淀(隔油)、排放，并可根據實際污水特點增減處理工藝。由于隧道施工污水相對復雜，一般應提前進行專業的詳細設計。

作者:封國強 單位:中國鐵路設計集團有限公司 機械動力與環境工程設計研究院