一种隧道施工污水快速处理装置及处理方法

本发明涉及一种污水处理装置，特别是一种隧道施工污水快速处理装置及处理方法，属于隧道工程和地下工程建设中的环境治理及绿色施工。

背景技术：

1、在自主技术的推动下，中国的隧道工程发展迅速，取得显著成就。我国已是世界上隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的隧道大国，有超过35000座、总长约37000km各类隧道。

2、在隧道开挖过程中，有大量的生产污水产生；在运营期间冲洗作业也会有大量的污水产生。如未经污水处理，直接排放，会造成大量的污染问题，如造成地下水质恶化，加重水域自我净化的负担，对水生生物的生存、繁殖带来不利影响，或造成水环境和生态环境的不良影响等。

3、隧道施工污水来源主要有：开挖设备施工作业过程中产生的污水、隧道支护及二衬施工产生的污水、隧道地下渗水、隧道涌水、裂隙水、喷射混凝土和注浆时产生的污水、清洁地面或结构面产生的污水。

4、隧道施工中污水污染物的特点：主要为机械油管泄露形成的油类、施工中的岩粉、泥沙、淤泥和黏土等形成的悬浮物ss，硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙形成偏碱性ph值，钻爆法施工中硝氨炸药瞬时爆炸残余物tn。

5、污水常用处理方法主要有：1)物理处理(自然沉淀法)，只需要将污水存放在沉淀池中，不需要药剂，简单实用性强，但占地面积大，需要沉淀时间。如cn106746196a 公开的一种薯粉污水处理工艺。2)化学处理(絮凝沉淀法)，需要向沉淀池投放絮凝剂，再在沉淀池中分离沉淀，但也是占地面积大，且需要投放药剂。如cn1412133a 公开的空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法。

6、由于在隧道施工中，污水中夹杂大量的沙石，施工场地狭小，场地有限，采用简单沉淀池的方法，无法满足快速污水处理、沙石分离。现场急需一种设备占地小、易于操作、经济使用的处理智能设备，以满足国家排放达标要求。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种隧道施工污水快速处理装置及处理方法，该装置能够快速处理隧道施工产生的污水，能够快速沙石分离并进行筛分分级，并智能控制污泥等沉淀物的分类处理，操作方便。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种隧道施工污水快速处理装置，包括沙石分离系统、砂子筛分系统、初沉投放系统、智能沉淀污泥处理系统和二次沉淀处理系统；

4、所述沙石分离系统包括用于分离沙石的方形钢外筒，其底部安装在刚性底座上，上部有通过螺栓安装的钢外筒顶盖；钢外筒顶盖中心处安装有不锈钢旋转轴和螺旋叶片，螺旋叶片外围安装带圆孔的不锈钢圆形内筒，内筒与钢外筒顶盖之间焊接，旋转轴上端穿过钢外筒顶盖连接减速机；污水由第一管道流入内筒，通过螺旋叶片转动进行离心分离，内筒分离的大粒径的石子通过外漏斗滑落完成分离，内筒和外筒之间的小粒径沙子通过内漏斗滑落到沙子筛分系统；

5、所述沙子筛分系统包括通过减震弹簧安装在刚性底座上的方形筛分箱，筛分箱外面底部安装有伺服调频振动电动机，筛分箱内部斜向安装多层带有不同孔径的平板式的筛分板；筛分箱底部污水由无刷直流污水泵通过第二管道送至初沉投放系统；

6、所述初沉投放系统包括安装在钢框架上的矩形钢箱体、矩形钢顶盖和投放药剂的漏斗，刚箱体内部设置多层不锈钢透水层板，刚箱体一侧侧壁设置有第二管道入口以及智能沉淀污泥处理系统污泥泵返回的第四管道入口，刚箱体另一侧侧壁设置由刚箱体底部排出污水的第三管道；

7、所述智能沉淀污泥处理系统包括长方形的沉淀池、智能污水监测系统、智能控制主机、药剂投放机、水回流泵以及污泥排放泵；所述智能控制主机依据智能污水监测系统的相关数据，决策控制药剂投放机工作、决策污水回流泵工作从而将污水通过第四管道送至初沉投放系统以及决策污泥排放泵工作将污泥通过第五管道排出，污水由初沉投放系统的第三管道流入智能沉淀污泥处理系统，并与药剂投放机的药剂发生中和、氧化、絮凝反应；沉淀池的水由无刷直流污水泵通过第六管道送至二次沉淀处理系统；

8、所述二次沉淀处理系统包括沉淀箱、污水回流泵和排水管，污水由智能沉淀污泥处理系统流入二次沉淀处理系统，进一步沉淀，污水回流泵将污水通过第七管道送至初沉投放系统，达标的污水由排水管外排出。

9、进一步地，所述减速机通过螺栓连接在钢外筒顶盖上，减速机上面安装有电容运转式双速电动机，沙石分离系统动力由电容运转式双速电动机通过减速机传递并带动旋转轴及螺旋叶片转动。

10、进一步地，筛分板孔径自上而下逐渐减少，沙子通过振动进行筛分，留在筛分板上面的沙子斜向滑落完成本层的筛分，筛落的沙子继续由下一级平板式筛分板进行筛分，逐级向下通过最下面一层筛分板完成沙子分级筛分。

11、进一步地，所述方形钢外筒的外尺寸长宽高为1000mm×1000mm×2000mmm，由厚度为10～15mm钢板焊接成型，钢外筒顶盖钢板厚度为15～20mm；所述不锈钢旋转轴直径为40～50mm，螺旋叶片钢板厚度为5-10mm，螺旋叶片外径为450～550mm，螺旋叶片的螺距为50-80mm，螺旋叶片通过焊接到不锈钢旋转轴。

12、进一步地，所述不锈钢圆形内筒上端焊接在钢外筒顶盖上，不锈钢圆形内筒直径为560～800mm，不锈钢圆形内筒的侧壁和底面预留孔直径为4.75mm。

13、进一步地，所述外漏斗上端焊接于内筒底部，外漏斗下端直径10～30mm；内漏斗上端焊接于钢外筒内壁，其下端预留孔直径10～30mm。

14、进一步地，所述筛分板为5-10层。

15、进一步地，所述沙子筛分系统的筛分箱外尺寸为800mm×800mm×800mmm，所述筛分板为6层，自上而下的6层筛分板预留孔径分别为4.75mm，2.36mm，1.18mm，600μm，300μm，150μm，筛分板各层间距为100～120mm，筛分板各层与水平夹角为10～12.5度；所述初沉投放系统的不锈钢透水层板预留孔径为0.5～1.5mm，上下各层的预留孔位置交错布置；各透水层板上下间距80～120mm。

16、进一步地，所述智能污水监测系统通过传感器自动监测污水的水温、ph值、溶解氧、化学需氧量cod、生化需氧量bod、总氮tn指标；智能控制主机依据智能污水监测系统的数据，决策污水回流泵启动工作，或污泥排放泵启动工作，进一步决策药剂投放机启动工作进行投放药剂；污水由无刷直流污水泵通过第六管道送至二次沉淀处理系统。

17、一种隧道施工污水快速处理装置的处理方法，包括如下步骤：

18、步骤一、沙石分离

19、1.启动电容运转式双速电动机，通过减速机，带动旋转轴和螺旋叶片高速旋转；

20、2.隧道施工中含有大量沙石的污水，通过第一管道流入内筒；

21、3.污水通过内筒时，在高速旋转的螺旋叶片的作用下，污水由于离心力的作用，沙石甩向四周；

22、4.粒径大于4.75mm的石子无法通过内筒的预留孔，存留在内筒内部，在重力的作用下，由外漏斗滑出完成石子分离；

23、5.粒径小于4.75mm的沙子通过内筒的预留孔，进入在重力作用下，由内漏斗进入沙子筛分系统；

24、步骤二、砂子筛分

25、1.启动伺服调频振动电动机，带动筛分箱和平板式的筛分板有规律的振动；

26、2.粒径小于4.75mm的沙子通过内漏斗进入沙子筛分系统；

27、3.沙子通过斜向的不同孔径的各层筛分板时，沙子在振动和重力作用下，依次通过筛分板，在不同孔径的筛分作用下，大于该层孔径的沙子留在该层筛分板上面，滑落到不同的容器内，完成本层的沙子筛分；

28、4.粒径小于上层筛分板孔径的沙子继续由下一级平板式的筛分板进行筛分，逐级向下通过多层筛分板完成沙子分级筛分；

29、5.筛分箱底部污水由无刷直流污水泵通过第二管道送至初沉投放系统；

30、步骤三、初沉投放沉淀

31、1.污水通过第二管道送初沉钢箱体；

32、2.通过漏斗进行投放药剂，根据污水成分，进行投放不同的药剂，进行中和反应，调节ph值；

33、3.刚箱体内部设置多层透水层板，并各层的预留孔交错布置，加长污水路径，进行充分化学反应；

34、4.当初污染物在透水层板沉淀积累一定量时，可以将透水层板取出进行清污处理；

35、5.经过初步沉淀处理的污水通过第三管道由刚箱体的底部排出到智能沉淀污泥处理系统；

36、步骤四、智能沉淀污泥处理

37、1.经过初步沉淀处理的污水通过第三管道进入长方形沉淀池底部；

38、2.启动智能污水监测系统，通过各类传感器自动监测污水的成分和指标，包括不限于污水的水温、ph值、溶解氧、化学需氧量cod、生化需氧量bod、总氮tn指标，其无需人工采用测试，监测数据传输给智能控制主机；

39、3.智能控制主机，依据监测数据，进行科学决策，控制投放机投放各种药剂，进行相应的化学反应，对污水进行净化处理；

40、4.智能控制主机，依据监测数据，进行科学决策，控制污水回流泵工作，通过第四管道送污水回流至初沉投放系统，再次沉淀；

41、5.智能控制主机，依据监测数据，进行科学决策，控制污泥排放泵工作，将污泥通过第五管道排放出去；

42、6.沉淀池的污水由无刷直流污水泵通过第六管道送至二次沉淀处理系统；

43、步骤五、二次沉淀处理

44、1.污水由智能沉淀污泥处理系统通过第六管道进入二次沉淀处理系统；

45、2.污水在沉淀箱内部，进一步沉淀；

46、3.根据污水监测成分和指标，启动污水回流泵，将污水通过第七管道送至初沉投放系统，进行再处理；

47、4.污水经过处理后，达标后的污水由排水管外排出。

48、本发明提出的一种隧道施工污水快速处理装置及处理方法，具体有益效果如下：

49、1、本发明设计的装置包括沙石分离系统、砂子筛分系统、初沉投放系统、智能沉淀污泥处理系统和二次沉淀处理系统：(1)沙石分离系统，采用离心原理，依靠螺旋叶片旋转将粒径大于4.75mm的石子与粒径小于4.75mm的沙子进行快速分离，石子通过外漏斗滑出，沙子通过内漏斗进入沙子筛分系统。(2)沙子筛分系统，斜向的不同孔径的筛分板，自上而下孔径逐渐减小，沙子在调频振动电动机的振动下，依次通过筛分板，大于相应孔径的沙子留在筛分板上面，在自重和振动的作用下，分层滑落到不同的容器中，快速完成沙子的筛分，沙子可再回收利用，实现节能环保要求。

50、2、本发明中的初沉投放系统：(1)根据污水成分，进行投放不同的药剂，进行中和反应，调节ph值。(2)刚箱体内部设置多层透水层板，并各层的预留孔交错布置，加长污水路径，进行充分化学反应。(3)对于初沉淀的污染物可以将透水层板取出进行清污处理。

51、3、本发明中的智能沉淀污泥处理系统：(1)通过智能污水监测系统，可以通过各类传感器自动监测污水的成分和指标，无需人工采用测试，监测数据传输给智能控制主机。(2)智能控制主机，依据监测数据，进行科学决策，控制投放机投放各种药剂，或控制污水回流泵工作，送污水回流至初沉投放系统，再次沉淀，或控制污泥排放泵工作，将污泥排放出去。(3)投放机可以投放絮凝剂、草酸、工业葡萄糖等药剂，进行相应的化学反应，对污水进行净化处理。

52、4、本发明中的二次沉淀处理系统，对于污水中少量杂质成分，可以进一步沉淀处理，(1)水质不达标时，启动污水回流泵，将污水泵回流到初沉投放系统，重新进行污水处理。(2)水质达标时，污水由排水管直接排除。