李合亮 LI He-liang

（中铁十五局集团第五工程有限公司，天津300133）

0 引言

随着新型城镇化的建设，建筑行业产生了大量的污染物。特别是在地质冲孔施工过程中产生大量的含各类杂质的废水，在载体桩基施工过程中，由于降水也会产生大量的含铁、锰等杂质的地下水，不经处理直接排入河道，铁、锰是人体所必需的微量元素，但是摄入过量的铁、锰会引起中毒，诱导疾病发生。为避免铁锰摄入过量而引发疾病，针对废水中铁、锰的含量我国制定相应的标准[《生活饮用水卫生标准》（GB15749-2006）]，该标准中明确规定铁含量≤0.3㎎/L，锰含量≤0.1㎎/L。此外还有混凝土浇灌、混凝土养护、车辆冲洗等产生的废水，这些混合有地质层杂质的废水较为零散，不便集中处理，基本上是直接排放。

近几年绿色建筑理念的提出，一些建筑公司和科研机构在此方面也正在进行探索和研究，建筑工程废水污染问题得到了一定的改善。现有技术多采用带溢流堰的沉降池进行澄清后排放，这样的操作模式多为单元沉降，需要建多个大容量的沉降池用于废水处理，投资高、结构复杂、占地面积大、稳定连续运行周期短，而且施工完成后需要将沉降池拆除，耗资巨大，处理效果差，废水沉降时间过长，无法循环利用，不但达不到了环保排放的要求，而且水资源利用率低。也有一些技术采用多级加药处理工艺，处理工艺过剩、运行成本高、经济性差，需要人工现场维护，难以进一步推广和应用。

1 建筑工程废水的处理工艺

针对现有技术应用存在的投资高、结构复杂、处理工艺过剩、占地面积大、稳定连续运行周期短、运行成本高、经济性差、能耗大、运行负荷不均匀、水资源利用率低等问题，本建筑工程废水处理装置具有工艺简单、经济实用、稳定可靠、社会效益好、水资源利用率高等特点。

1.1 工艺流程

工艺流程示意图如图1。

图1 工艺流程示意图

1.1.1 进出水 建筑工程所产生的废水通过收集管网汇集到曝气收集池中经曝气后进入沉淀池，废水中大颗粒杂质在沉淀池中后进入调节池，然后通过进水泵送入压力处理器，经压力处理器处理后的清水进入清水池，然后再通过清水泵经清水管网送到指定的用水点。

1.1.2 冲洗 当压力处理器出水水质和内部阻力超过规定时，开启冲洗泵，对压力处理器进行冲洗，清除吸附在压力处理器内部的杂质，冲洗水是利用清水池的清水。压力处理器通过定期冲洗可实现再生，压力处理器的运行—冲洗—运行等过程通过开关相关阀门来完成。

1.1.3 冲洗排液 压力处理器冲洗产生的排液进入洗液收集池，经沉淀后，上部清液回流至曝气收集池重新进入流程处理；底部污泥与沉淀池底部污泥经脱水后送至指定场所。

1.1.4 曝气 用曝气风机对进入曝气收集中的建筑工程废水进行曝气充氧。

1.1.5 控制功能 本工艺系统根据压力处理器的高压、低压，曝气收集池、沉淀池、调节池、洗液收集池、清水池的液位，传递的复位、开关等输入信号的变化要求，通过改变进水阀、泵、冲洗阀等电动执行机构及元件相对应的输出信号，经过一个标准的PLC系统实现和达到高低压力保护、高低液位控制、进水阀、泵、冲洗阀的开启调节进行自动冲洗等功能的自动控制。

1.2 工艺原理

①铁、锰初期在废水中存在的形式通常Fe2+、Mn2+，易溶于水，不易析出去除，为了简化流程，减少占地面积，本工艺采用将废水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+氧化成Mn4+，经析出和沉淀再加以过滤的方法达到除去Fe2+、Mn2+的目的。

②由于地下水中的所含二价铁在水中的溶解度较大，因在地下与空气隔绝，到地面上一但与空气接触Fe2+氧化成Fe3+，与氧迅速反应生成难溶于水的以三价铁氢氧化铁为主的氢氧化物，其反应过程为铁氧化：4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-，最终从水中析出。

③以二价锰的形式溶于水是主要的去除对象，研究和实践表明当二价锰经氧化转变成四价锰时，以不溶于水的MnO2及水合物固体物质的悬浮粒子形式存在于水中，辅以一定的物理方法很容易从水中析出。利用溶解氧将Mn2+氧化成Mn4+，以含水二氧化锰（MnO2mH2O）的固体形态从水中分离出来。

④利用曝气氧化将水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+氧化成Mn4+的固体颗粒后经过压力处理器中的滤料吸咐过滤最终被除去。压力处理器中的滤料采用精制石英砂和精制锰砂，以二氧化锰（MnO2）为主要成分的精制锰砂对二价铁氧化成三价铁具有良好的催化作用。通常以锰砂中的MnO2的含量高低来评价精制锰砂质量，因为锰砂中的MnO2的含量越高其除铁效果就越好，人们有时也将精制锰砂称为除铁催化剂，含铁锰地下经过这种催化剂的作用Fe2+可快速氧化成Fe3+，其反应如下：

Fe（OH）3沉淀物经压力处理器中的精制锰砂滤层后被去除。在去除的过程中，铁的氢氧化物和高价锰的氢氧化物在滤料表面分别形成“铁质活性滤膜”、“锰质活性滤膜”，附着在滤料表面的这种膜具有很强的催化活性，所以精制锰砂层起着催化和过滤双层作用，也有膜过滤的效果，可以使铁、锰在pH较低的条件下实现接触氧化，被水中溶解氧氧化为Fe（OH）3和高价锰被并“铁质活性滤膜”、“锰质活性滤膜”截留在压力处理器中，从而达到降低建筑工程废水中铁、锰等杂质含量的目的。

因此在压力处理器中装入精制石英砂和精制锰砂实现去除建筑工程的废水中的铁、锰、悬浮物等杂质并脱色、除味，净化水质。

2 建筑工程废水的处理与利用效果

以某建筑工程为例，该工程要求处理废水量为50m3/h，日处理废水量为1100m3。按上述建筑工程废水的处理工艺建设了一套处理装置，其处理与利用效果介绍如下。

2.1 处理前进水水质

处理前废水水质见表1。

表1 建筑工程废水进水混合水质

2.2 处理后出水水质

处理前出水水质见表2。

表2 建筑工程废水出水水质

根据表2中处理的出水分析数据，对照[《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）]标准要求，可见处理后的出水水质基本达到其中的Ⅰ类。

2.3 工程概况

2.3.1 工程投资

约62万元。

2.3.2 占地面积

约75m2。

2.3.3 运行成本

2.3.3.1 能耗

总运行功率13.25kW.h，电费按0.76元/kW.h计，单位废水处理能耗为：0.265kW.h，单位废水处理能耗成本为：E1=0.2014元。

2.3.3.2 人工费

装置为智能化，仅每天巡检一次，按每天80元，单位废水处理人工费为：E2=0.0727元。

2.3.3.3 单位废水处理总成本

E=E1+E2=0.2741元。

2.3.4 水利用率

该装置投运后，建设工地用水由自来水改用处理水（生活用水除外）包括消防水、卫生厕所水、环境喷哂水、混凝土用水及其养护水等，水利用率达到较高水平。根据回用水流量计显示平均每天约回用420m3，用水高峰期近560m3，回用率达38.2%。

2.4 工艺特点

2.4.1 实施流程

某建筑工程废水处理实施的工艺流程如图2。

图2 建筑工程废水处理工艺流程图

工程废水由集水总管进入曝气收集池，在曝气收集池中经曝气风机送入空气，然后与空气混合，混合均匀后进入沉淀池进行固液分离，分离后的废水进入调节池由进水泵送入压力处理器，经过多种催化吸附滤料处理的废水达清水要求进入清水池，最后通过清水池中的清水泵送到指定的用水地点。经过多种催化吸附滤料处理后的滤渣由冲洗泵定时定量冲洗后进入洗液收集池。

2.4.2 流程特点

2.4.2.1 接触氧化

通过曝气风机将空气以气泡形式进入废水中，废水经过空气的不断翻转，增大气—水的接触面积，使空气中的氧气充分分散于水中，提高了废水铁、锰离子的氧化速度。曝气在增加废水中溶解氧的同时驱除散失了废水中游离的CO2，提高水的pH值，因为水的pH值越高，越有利于反应向铁锰的氧化方向进行，提高除铁除锰效率。

2.4.2.2 催化吸附

经滤料层后去除Fe3+形成的絮凝体（Fe（OH）3沉淀物）；将大部分尚未氧化的Fe2+、Mn2+催化氧化作用和羟基氧化的离子交换作用，以便除铁。其除铁、锰是一个自动催化反应过程。结合到化合物中Fe2+、Mn2+，能迅速进行氧化和水解反应，使催化物质得到再生。

2.4.2.3 活性滤膜

除了依靠它自身的催化作用外，还有在过滤时在滤料表面逐渐形成一层铁、锰质滤膜作为活性滤膜，能起催化作用。新生成的羟基氧化铁锰作为活性滤膜物质又参与新催化除铁锰过程，所以活性滤膜除铁锰过程是一个自动催化过程。

2.4.2.4 优质滤料

精制锰砂对铁和锰等杂质有较大的吸附容量和较短的“成熟”期，从而延长压力处理器冲洗周期和快速进入废水净化过程。

2.4.2.5 工艺控制

主自动控制部分包括冲洗泵、进出口工艺转换的四个电动阀、PLC控制柜。在PLC内设定冲洗的时间、周期、次序，当到冲洗的时间时，PLC控制指令将进出口上的四个阀倒换流程，完成后再发出开启冲洗泵的指令，冲洗开始，冲洗结束后，PLC发出指令，停止冲洗泵，再将进出口上的四个阀倒换到正常流程，然后再进行下一个压力处理器的冲洗。全过程实现自调自控，无人值守。

2.5 效果

该工艺装备的使用，得到了工程建筑工程师的认可，由最初的怀凝到信任，并大力宣传，同时也得到了当地环保部门的支持，解决了当地环保部门对建筑工程废水处理管理的难题。

图3 主自动控制部分示意图

3 结论

实践表明，建筑工程废水的处理与利用具有如下优点：①工艺设计合理，废水处理循环科学，出水达到循环利用要求和环保排放标准，无废水排放，净化效果好和再利用率高，减少建筑工程施工现场一次水的消耗，节约了建筑工程的用水成本。②一体化结构紧凑，占地面积小，拆装、移动、使用维护方便，操作简单，投资成本和运行成本都比较低，PLC自动化控制程度高，无需专人维护，有效解决了建筑工程废水处理困难，缺少废水处理场地，用工成本高昂等问题。③高效沉淀池和洗液收集池，缩短了停留时间，提高了固液分离效果和处理能力，减少了沉淀和洗液收集池的容积，节省了投资和占地面积，无需投放沉降剂。④压力处理器截污效果好，负荷稳定，确保工艺装置的安全稳定连续运行周期。⑤无需加药，能耗低，从而有效降低了的运行成本。⑥单级过滤，流程简化，运行动力设备少，能耗最低。⑦良好的经济性，显著的经济、环保和社会效益。