高速公路水污染控制技術(shù)研究

1、高速公路水污染控制技術(shù)研究 摘要:在國內(nèi)外類似工程水污染控制技術(shù)研究和工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究并總結(jié)出一種簡便易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、具有推廣應(yīng)用價(jià)值的公路工程水污染控制技術(shù)手段。本文總結(jié)的高速公路水污染控制措施體系主要包括施工期廢水處理技術(shù)、公路路面徑流處理技術(shù)、敏感路段應(yīng)急事故防范及應(yīng)急體系研究、服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)等，該研究成果對(duì)新建高速公路的水污染控制具有指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞:高速公路;施工期;運(yùn)營期;水污染控制;處理工藝 公路交通是國家交通動(dòng)脈之一，對(duì)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化交流以及加強(qiáng)國防建設(shè)等都有積極的作用。當(dāng)前，我國公路建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，在眾多資金投資渠道的保證下，全國各地掀起了高速公路

2、建設(shè)的新高潮。高速公路的興建在帶來收益和便利的同時(shí)，也產(chǎn)生了一些負(fù)面的環(huán)境影響，其中水環(huán)境的污染問題便不容忽視。然而，目前公路行業(yè)的環(huán)境保護(hù)工作者多注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響研究，如“道路的線性分割作用”以及“公路施工造成的水土流失”等，對(duì)水環(huán)境影響及其控制措施的研究相對(duì)較少。 1高速公路水污染源分析 高速公路工程施工期和運(yùn)營期的水污染源主要包括施工期生產(chǎn)廢水、公路路面徑流、服務(wù)區(qū)污水等。1.1施工期生產(chǎn)廢水。高速公路施工期的建筑材料運(yùn)輸堆放、工程廢渣、橋梁施工、隧道施工、混凝土拌合等均會(huì)對(duì)水環(huán)境造成不同程度的影響?？傮w來說，建筑材料運(yùn)輸堆放和工程廢渣對(duì)水環(huán)境的影響是由于管理和防護(hù)不力造成污染物質(zhì)從

3、固體進(jìn)入水體，通過嚴(yán)格的管理可以有效地避免和減少;橋梁施工對(duì)地表水的影響由于新的施工工藝的采用可以得到控制;隧道施工對(duì)水環(huán)境的影響由于工程施工技術(shù)的局限，如施工過程中的涌水，隧洞的水泥支護(hù)等，使得施工中廢水水量和水質(zhì)難以把控;而目前拌合站產(chǎn)生的廢水多采用自然沉淀等工藝，難以滿足相應(yīng)排放要求。(1)隧道施工廢水特性。隧道施工的主要工序包括:帷幕注漿(鉆機(jī)定位設(shè)置孔口管鉆孔測涌水量注水試驗(yàn)復(fù)合注漿檢查注漿效果)鉆爆(測量鉆眼裝藥起爆)出渣初期支護(hù)(初期射混凝土打錨桿掛網(wǎng)和格柵支護(hù)復(fù)噴混凝土)二次模筑。上述施工工序中每個(gè)環(huán)節(jié)均可能帶來水環(huán)境污染。王會(huì)川等1描述萬丈山隧道工程的施工廢水水體呈灰色，且比

4、較渾濁，對(duì)多個(gè)采樣點(diǎn)水樣進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)SS和石油類均有超標(biāo)，其中SS濃度在9001300mg/L范圍分布，超標(biāo)嚴(yán)重。根據(jù)楊斌等2對(duì)隧道施工廢水的現(xiàn)場監(jiān)測(見表1)，施工期廢水的SS、pH值、CODCr均不同程度超標(biāo)，其中SS超標(biāo)最為嚴(yán)重，濃度在604000mg/L分布?？傮w來看，隧洞施工廢水主要為高濃度懸浮顆粒物及pH值超標(biāo)，部分施工點(diǎn)還存在CODCr超標(biāo)現(xiàn)象。(2)混凝土拌合站廢水特性。高速公路工程施工過程中將使用大量的混凝土，混凝土拌和站廢水主要來源于混凝土轉(zhuǎn)筒和料罐的清洗，一般為每班制清洗一次，廢水排水量根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模發(fā)生變化，一般為310m3/次。根據(jù)國內(nèi)水電行業(yè)混凝土拌和站廢水的監(jiān)測，混

5、凝土拌和站廢水含有較高的懸浮物且含粉率較高，廢水的pH值約為11，懸浮物濃度約為5000mg/L。因此，混凝土拌合站沖洗廢水具有懸浮物濃度高、難處理、間歇性集中排放等特點(diǎn)，若不經(jīng)處理直接排放，將對(duì)排放口附近水域環(huán)境造成局部污染。12公路路面徑流。公路路面徑流中的污染物主要來自于降雨對(duì)路面的沖洗，所以，路面沉積物是路面徑流中污染物的主要來源。路面沉積物的組成決定著路面徑流污染的性質(zhì)。影響公路路面徑流污染物成分的因素很多，包括機(jī)動(dòng)車輛的通行、雨水本身的污染(成云雨核污染物及近地表大氣污染狀況有關(guān))和大氣降塵等。美國加州交通部門在19971998年與19981999年期間對(duì)加州境內(nèi)5條高速公路的路面

6、雨水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，用于研究路面雨水的污染問題3。監(jiān)測結(jié)果顯示:加州地區(qū)高速公路路面徑流水質(zhì)特征中SS的范圍在20387488mg/L，COD濃度為112081806mg/L，石油類濃度小于5mg/L?？梢娐访鎻搅饔晁械闹饕廴疚餅镾S，COD的污染情況次之。13服務(wù)區(qū)污水。高速公路服務(wù)區(qū)主要由沖廁廢水、餐飲廢水和車輛清潔維修廢水三類組成，與其它污水相比，服務(wù)區(qū)污水有其獨(dú)有的特點(diǎn)。沖廁廢水氨氮及色度高，餐飲廢水含動(dòng)植物油較高，而車輛清潔維護(hù)廢水所含泥沙顆粒物、石油類等較多。由于高速公路服務(wù)區(qū)主要以常住工作人員和過往旅客產(chǎn)生的生活污水為主，占比在40%以上，因此服務(wù)區(qū)污水中COD、BOD5、NH

7、3N、SS等的濃度較高。高速公路服務(wù)區(qū)污水具有直接性、隨意性、分散性、無規(guī)律性。服務(wù)區(qū)污水量直接受客流量、就餐人數(shù)和入廁比例等影響，天氣、季節(jié)、時(shí)段以及其他一些特殊狀況等因素也會(huì)造成車輛來往隨機(jī)性增大，進(jìn)而導(dǎo)致污水量具有較大的波動(dòng)性，每季、每月甚至每天可能都不同，污水量的變化系數(shù)較大。 2施工期廢水處理技術(shù)研究 我國在水利水電工程建設(shè)中對(duì)高濃度懸浮物施工廢水的處理做過一些研究和嘗試。殷彤和殷萍4分析了水利水電工程施工期施工廢水來源和主要的污染物質(zhì)的特性，指出施工廢水主要污染問題是懸浮物濃度高、pH值較高以及含有油性物質(zhì)，其中懸浮物濃度是重點(diǎn)處理因子;同時(shí)，介紹了水利水電工程施工廢水處理的常用方

8、法等，并結(jié)合內(nèi)江兩河口水庫工程實(shí)例對(duì)水利水電工程施工廢水處理工藝進(jìn)行了研究。中國電建集團(tuán)成都院與韓國曉林公司合作，開發(fā)出一套針對(duì)高濃度懸浮物去除的改進(jìn)型一體高速凝集斜板沉淀池(ModifiedPackagedInclinedClarifierwithAcceleratingFlocculation，簡稱“PICAF”)，是絮凝和沉淀一體型高濃度懸浮顆粒物廢水處理設(shè)備。該設(shè)備與常規(guī)的沉淀池相比，其優(yōu)勢(shì)之一是采用了傾斜板的沉淀方式，其二是該設(shè)備集絮凝和沉淀于一體，具有處理效率高、占地面積小，且能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化生產(chǎn)，產(chǎn)品具有加工和安裝靈活、方便等特點(diǎn)。PICAF系統(tǒng)的工藝流程見圖1。原水由取水口抽入曝

9、氣調(diào)節(jié)池(曝氣的作用是防止泥渣在池中沉淀)，然后經(jīng)潛水泵從曝氣調(diào)節(jié)池抽至PICAF頂部加藥，藥劑和原水通過攪拌電機(jī)混合后流入到系統(tǒng)的核心設(shè)備PICAF反應(yīng)池，反應(yīng)池中心滑動(dòng)錐板和緩沖板為原水和絮凝劑進(jìn)一步自然碰撞、混合提供條件，以達(dá)到更好的絮凝反應(yīng)效果。反應(yīng)池尾水從沉淀區(qū)下部開始向上移動(dòng)，在上升過程中，泥水混合液遇到傾斜檔板，清水通過擋板邊的縫隙繼續(xù)上升，沉淀物被擋板擋住下沉。沉淀分離的清水經(jīng)過PICAF頂部出水區(qū)溢流堰流至清水池，沉淀泥渣聚在濃縮區(qū)進(jìn)行濃縮后排至污泥濃縮池，并定時(shí)抽至壓縮脫水機(jī)壓濾脫水外運(yùn)?？傮w來說，PICAF系統(tǒng)集絮凝反應(yīng)和沉淀于一體，與常規(guī)沉淀池相比，現(xiàn)場施工簡便，土建工

10、程量小，初期投資少。將絮凝和沉淀工藝合為一體，占地面積小，所需用地僅為常規(guī)沉淀池的1/61/4左右，適用于土地資源緊張的高速公路項(xiàng)目。而且，PICAF處理系統(tǒng)具有配套設(shè)施完善、技術(shù)成熟、動(dòng)力成本低等特點(diǎn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化生產(chǎn)，產(chǎn)品的加工與安裝靈活，操作方便，能有效避免污泥板結(jié)等問題，在國內(nèi)高速公路建設(shè)工程的高濃度懸浮物廢水處理領(lǐng)域有較好的推廣價(jià)值。 3公路路面徑流處理技術(shù)研究 雨水徑流污染控制措施可以分為工程(技術(shù))措施和非工程(技術(shù))措施。前者主要針對(duì)不同情況的污染采用滯留池、入滲設(shè)施、植物性處理設(shè)施等，并借助物理、化學(xué)、生物等技術(shù)減少污染總量;后者主要采取一些路面維護(hù)措施、管理辦法、經(jīng)濟(jì)手

11、段、政策法規(guī)等來達(dá)到綜合污染控制的目的。國內(nèi)外減小地表及公路路面徑流污染比較有效和實(shí)用的措施主要包括路面清掃、植物控制、滯留池、滲濾系統(tǒng)和人工濕地系統(tǒng)等。高速公路路面徑流污染物主要為SS和COD，無需考慮深度處理工藝;路面徑流雨水是依附高速公路而產(chǎn)生的，要求處理工藝流程簡單，建設(shè)投資少，維護(hù)方便，成本低廉，無需人力管理。結(jié)合以上因素，人工濕地工藝是相對(duì)理想的路面徑流雨水處理工藝。公路路面徑流的水質(zhì)水量變化較大，因此在設(shè)計(jì)路面徑流人工濕地時(shí)，應(yīng)選擇具有較強(qiáng)適應(yīng)能力的生物群，通過項(xiàng)目所在區(qū)域水生植被進(jìn)行調(diào)查，篩選出去除率好、生命力旺盛的原生水生植被，并對(duì)這些植物進(jìn)行分析，根據(jù)植被在遺傳特性、生長習(xí)

12、性等方面的差異，選擇最優(yōu)搭配物種，使多元群體組合缺點(diǎn)得以避免，優(yōu)勢(shì)得以互補(bǔ)。 4服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)研究 目前，高速公路服務(wù)區(qū)污水處理工藝可分為好氧處理工藝、厭氧處理工藝、好氧厭氧聯(lián)合處理工藝和生態(tài)處理工藝等。好氧處理工藝主要包括傳統(tǒng)的生物接觸氧化工藝、SB法、MB法、MBB法等;厭氧處理工藝主要有厭氧濾池(AP)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)、厭氧接觸膜膨脹床反應(yīng)器(AAFEB)和厭氧流化床(FB)等;好氧厭氧聯(lián)合處理工藝主要有A/O工藝、A2/O工藝等;生態(tài)處理工藝主要包括人工快滲、人工濕地和阿科蔓生態(tài)基等。從技術(shù)成熟度、穩(wěn)定性、處理效果、建設(shè)成本、運(yùn)行成本、可操作性等方面對(duì)四類處理工

13、藝進(jìn)行比選。具體工藝比較分析如表2所示?？傮w來看，四類處理工藝均較成熟，具有較好的穩(wěn)定性，但好氧處理工藝抗水量沖擊能力較差，不適用于高速公路服務(wù)區(qū)這種水質(zhì)水量變幅較大的污水。從建設(shè)成本和運(yùn)行成本來分析，好氧處理和好氧厭氧處理工藝成本較高。根據(jù)近年來國內(nèi)外專家的論證與實(shí)際工程的運(yùn)行情況，活性污泥法、生物膜法、A/A/O法等污水處理工藝在一次性投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用等方面的要求均較高，可能造成高速公路服務(wù)區(qū)污水處理系統(tǒng)“建得起、運(yùn)行不起”的局面。另外，從可操作性來分析，好氧處理和好氧厭氧處理工藝需要聘請(qǐng)專業(yè)人員操作和維護(hù)，而厭氧處理和生態(tài)處理工藝的運(yùn)行管理相對(duì)簡單。綜上所述，生態(tài)處理和厭氧處理工藝能

14、耗低、抗水質(zhì)水量沖擊性能力強(qiáng)、處理效果較好、便于管理維護(hù)，是優(yōu)先考慮用于高速公路服務(wù)區(qū)污水處理的工藝。對(duì)于沿線水源地保護(hù)區(qū)等敏感點(diǎn)較多的高速公路，為提高服務(wù)區(qū)污水處理效果，更好地保證公路沿線水環(huán)境，推動(dòng)高速公路沿線污水“零排放技術(shù)”，推薦采用組合工藝，如“UASB+人工濕地+阿科蔓深度處理系統(tǒng)+消毒回用系統(tǒng)”的組合處理工藝對(duì)服務(wù)區(qū)污水進(jìn)行處理。 5結(jié)論 (1)本文從高速公路水處理理論和實(shí)踐出發(fā)，系統(tǒng)總結(jié)了一套包括施工期廢水處理技術(shù)、公路路面徑流處理技術(shù)、服務(wù)區(qū)污水處理技術(shù)等內(nèi)容的高速公路水污染控制措施體系，為新建高速公路的水污染控制提供借鑒。(2)該水污染措施體系僅從工程措施方面提出水質(zhì)保障體

15、系，未完全考慮源頭減少污染輸入、非工程措施等的協(xié)同作用，仍存在一定的局限性。要提高該領(lǐng)域的整體技術(shù)能力，相關(guān)研究工作還任重而道遠(yuǎn)。(3)我國高速公路建設(shè)和運(yùn)營期水污染控制技術(shù)研究尚處于起步階段，很多處理工藝是在其他廢水處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造并逐漸完善的，有些工藝甚至并沒有真正結(jié)合高速公路的項(xiàng)目特點(diǎn)，在今后的工作中應(yīng)根據(jù)高速公路的實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和改造。國內(nèi)路橋面徑流廢水的研究和應(yīng)用資料較少，應(yīng)逐步開展不同地區(qū)橋路面徑流廢水水質(zhì)成分、遷移途徑和收集處理措施的研究。 參考文獻(xiàn): 1王會(huì)川隧道工程施工廢水快速處理工藝研究以閑祝公路改建工程萬丈山隧道施工廢水處理為例D遼寧:遼寧工程技術(shù)大學(xué)2012 2楊斌，莫蘋，吳東國隧道施工廢水水質(zhì)特征分析J公路交通技術(shù)，2009，6(3):113137 3MKayhanian，SBorroumegionalHighwayStormwaterunoffCharacteristicinC