蔗渣漿廠廢水對地下水影響的研究

王小剛,郭純青,王文君 ,黃翠秋

(桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,廣西 桂林 541004)

隨著家庭作坊式手工業(yè)造紙的發(fā)展,制紙廢水已成為地下水環(huán)境重要的污染源之一。造紙廢水的特點(diǎn)是濃度高、色度深、毒性大和含堿量高,特別是生化性很差,屬難處理的工業(yè)廢水。個(gè)體家庭作坊造紙將未經(jīng)處理的污水直接排入農(nóng)灌渠道,污水中的污染因子會隨污水或雨水下滲,進(jìn)入地下水系統(tǒng),危及地下水環(huán)境,影響公共健康安全用水。本文在分析了研究區(qū)水文地質(zhì)條件和排放廢水情況的基礎(chǔ)上,利用浸沒分析法來分析研究區(qū)排放廢水對地下水的影響[1,2]。

1 研究區(qū)概括

1.1 地理位置

研究區(qū)位于宜州市東部洛東工業(yè)園區(qū)黔桂線北側(cè)、龍江右岸、南距鐵路 800m,東到龍江河邊,研究區(qū)東西長 800 m,南北寬 400 m,面積 333 793.3 m2,中心坐標(biāo) 592 610,2 710.354,研究區(qū)西高東低,略有起伏,地面標(biāo)高 115～122m,由于此前研究區(qū)原是磚廠,燒磚取土,故北部,東部都有取土區(qū),保留有 2～3m取土形成的陡坎,造成地面不平。

1.2 地形地貌

區(qū)域地貌為巖溶峰林谷地,谷地有南北向古卜谷地,合林谷地,洛東谷地,東西向洛東 -六塘(柳城縣)谷地。研究區(qū)位于洛東 -六塘谷地中段南側(cè),北邊是平坦谷地,南邊為孤立石峰,東靠龍江。洛東 -六塘谷地,東西向,長數(shù)十公里,南北寬 2～5 km。西高東低,谷地平坦,多有粘土覆蓋。谷地地面標(biāo)高 120～130 m。兩側(cè)孤峰峰頂多在 300～400m。

區(qū)域出露巖石,由下而上為：

中石炭統(tǒng)大埔組(C2d)巖性為白云巖;

上石炭統(tǒng)馬平組(C3)淺色厚層純灰?guī)r,頂部夾白云巖;下二迭統(tǒng)棲霞組(P1q)底部有厚度 10m的泥頁巖及泥灰?guī)r,中上部為燧石灰?guī)r;下二迭統(tǒng)茅口組(P1m)含燧石灰?guī)r。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

研究區(qū)建于龍江邊,不向平原區(qū)排污,故可能的污染區(qū)只有龍江岸邊地帶。岸邊區(qū)水文地質(zhì)特征可分右岸區(qū)、左岸區(qū)。研究區(qū)水文地質(zhì)圖(圖 1)。

圖1

右岸區(qū)在構(gòu)造上屬桂中凹陷來賓斷褶帶,區(qū)域構(gòu)造線南北向,近研究區(qū)部分,多為北東南西向,出露地層石炭、二迭系,巖性為灰?guī)r,地形為峰林谷地,研究區(qū)南古卜、合林一帶主要是緊密束狀褶皺,尤以向斜為主,巖層傾角 30°～50°。谷地沿向斜軸部發(fā)育。構(gòu)造及地貌條件,限制了巖溶發(fā)育,故向斜軸或沿?cái)嗔寻l(fā)育了故向斜軸或沿?cái)嗔寻l(fā)育了管道流地下河,幾條地下河沿構(gòu)造線平行排列,由南向北流動,是該區(qū)水文地質(zhì)突出特征。

左岸區(qū)地形為平原,與龍江間有 1 km東西向條形孤峰相隔,地面標(biāo)高 120～130m,東高西低。谷地中出露巖石是中石炭統(tǒng)大埔組白云巖(北部),南部有門樓小河由東北面六塘向南西流,流經(jīng)銀村、門樓、丈村,沿小河地面標(biāo)高由 120m逐漸降到龍江邊 110 m左右,小河到距龍江四、五百米處潛入地下,以瀑布形式跌入龍江(瀑布口高程在 100m左右)。谷地中分布的是巖溶裂隙水,以擴(kuò)散流形式,由東向西流,排進(jìn)龍江,地下水位埋深 2～4m,因地下溶洞有粘土充填,雖然遇洞率達(dá) 50%,但巖石含水弱,總體成中等富水含水層,地下60m內(nèi)溶洞發(fā)育但多充填,鉆孔單位涌水量 0.684～1.5374 L/m?s,水位埋深在 3～4m內(nèi),滲透系數(shù)為 1～5m/d。

3 廢水污染分析

3.1 研究區(qū)廢水排放設(shè)計(jì)

研究區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn) 2.5萬t漂白蔗渣漿板及 2.5萬t漂白蔗渣濕漿。設(shè)計(jì)本廠廢水經(jīng)河邊污水處理站處理后,直接排到洛東基地抽水站下 500 m龍江中,廢水日排放量13 080 m3/d,廢水中不含重金屬及有毒有害物質(zhì),主要污染物為有機(jī)質(zhì)及懸浮物。

據(jù)該研究區(qū) 2010年 10月環(huán)境影響報(bào)告[3],針對以上不同的情況,可分別采取不同的方案應(yīng)對不同的突發(fā)事件(表1),由此來預(yù)測研究區(qū)排污對龍江河水的影響。采用方案一：該廠的 COD水質(zhì)指標(biāo)符合國家規(guī)定的地下水質(zhì)量指標(biāo),廢水中 DO濃度在正常排放情況下為大于等于 5.5mg/L時(shí)故該廠可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。在事故排放下廢水中 COD濃度為34mg/L,超標(biāo)距離達(dá) 2 400m,DO的范圍在 0～5.0mg/L,對溶解氧的影響是超標(biāo)河段 300 m以后有影響,故采取事故方案二,停止該廠生產(chǎn),進(jìn)行全面整頓修改,進(jìn)而達(dá)到國家規(guī)定符合生產(chǎn)的指標(biāo)。

表1 研究區(qū)排污對龍江河水影響預(yù)測表

3.2 廢水對地下水的影響

研究區(qū)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水主要制漿、漂洗和造紙過程產(chǎn)生的工藝廢水,主要分為蒸煮黑液、中段廢水、竹片和蔗渣洗滌水、抄漿白水,另外還有蔗渣堆場濕法堆渣產(chǎn)生的滲濾液。研究區(qū)分布的是碳酸鹽巖,降雨又豐富,故地下水在強(qiáng)烈循環(huán)條件下,形成了重碳酸鈣型水,白云巖區(qū)為HCO3-Ca?Mg型水,礦化度在 0.3 g/L以下,屬優(yōu)質(zhì)地下水(Ⅲ級水)。為了確定研究區(qū)對地下水的影響,進(jìn)行了系統(tǒng)取樣監(jiān)測,經(jīng)檢測化驗(yàn)分析,結(jié)果取樣點(diǎn)的水質(zhì)均符合國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006Ⅲ級水標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.3 浸沒分析

據(jù)上述廢水排放設(shè)計(jì),研究區(qū)廢水直接排進(jìn)龍江,不向兩岸直接排放,而現(xiàn)在地下水位(高程 96～98 m)在洪水期都高過龍江水位(高程 89～93 m),因此研究區(qū)排廢水不會造成地下水污染,水不會向高處流?，F(xiàn)研究區(qū)以下 5 km,(三岔街以下 1 km)龍江河上正興建三岔電站,大壩迴水高程仍采用 1975年建成的水輪泵壩壩頂 95.5m,實(shí)際調(diào)查可發(fā)現(xiàn)兩岸地下水露頭水位均高于 96～98 m,如 2010年 5月 19日～20日測龍王廟地下水河出口水位 97～98 m,雷山天窗水位標(biāo)高 110m(高出河水位 12m)尋田泉水標(biāo)高 120m,洛東地下河出口水位 96.25 m,約高出河水位 0.2m,六塘鄉(xiāng)下團(tuán)井水位標(biāo)高 115m,高出龍江河近 20 m。

在一般洪水中,河水上漲快,地下水上升慢或由于壅水,河水可能與地下水持平,此時(shí)河水中水質(zhì)成份可向地下水彌散,其混合帶(彌散帶)長度可用近似公式：

其中 B是取決于廢水污染物相對濃度 C的系數(shù),當(dāng) C為0.999～0.001時(shí),B=8.8;當(dāng) C為 0.99～0.01時(shí),B=6.6;C為 0.9～0.1時(shí),B=3.6。D為彌散系數(shù),t為時(shí)間,n為孔隙度 0.02,Dt可用滲透系數(shù) k代替,本例 D t項(xiàng)用 k代替,則彌散帶寬度 L：

即在龍江水位與地下水較長時(shí)間持平時(shí),水質(zhì)混合帶(彌散帶)寬度是 104m。

但洪水中,龍江河水暴漲,河水會高過地下水位,會形成對兩岸地下浸沒或者淹沒。

浸沒區(qū)范圍,首先是高程應(yīng)在龍江洪水位以下,至于影響范圍,則隨水頭大小、洪水過程長短而變化,可做以下分析。

洛東、六塘白云巖區(qū)為巖溶裂隙水,甚至土層下有白云巖粉層,可能還有孔隙水,這里河岸地下水位都在 96 m高程以上,以最低 96m計(jì)算洪水時(shí)河水可能浸沒范圍。

這里浸沒是指由于地表水位突然抬高,河水通過兩岸巖土孔隙,裂隙滲透,造成兩岸地下水位變化的現(xiàn)象。

用 B?M舍斯塔科夫公式計(jì)算浸沒過程[5,6]：

H=ΔH0erfc(u)

式中,erfc(u)為誤差函數(shù)的補(bǔ)函數(shù) φ(u)的補(bǔ)函數(shù),即：

erfc(u)=1-φ(u)

H為距河岸 X處 t時(shí)刻水位上升值;ΔH為洪水升或降水頭值;T為含水層導(dǎo)水系數(shù);t為洪水歷時(shí);μ為含水層給水度。

為此計(jì)算洪水歷時(shí) 3d、5d時(shí),河水升高 5、10、15m(相應(yīng)標(biāo)高是 100.5、105.5、110.5m)距河 500和 1 000m處水位升高值。μ=0.02,含水層厚度[7]取 60～80 m,滲透系數(shù) K=1～6 m/d。則 T=500m2/d,計(jì)算結(jié)果見下表2 。

計(jì)算說明一般洪水(如升高 10m)距河 500m浸沒可使地下水位升高 2～3.22m,1 000m處地下水升高 0.1～0.48m。

3.4 廢水污染程度分析

研究區(qū)廢水處理后直接排進(jìn)龍江,僅在最小流量為(3.26 m3/s)時(shí)污染排污口下 50m距離,而 50m后,由于與河水混合、稀釋,污染物含量都降到國家地面水Ⅲ級水范圍內(nèi)。故河水污染范圍很小。因?yàn)榱髁孔钚r(shí),必是河水位最低時(shí),前面指出即是在電站建成,一般回水情況下,地下水位都高于河水位,故最小流量時(shí),龍江河水小范圍 COD超標(biāo)不會影響地下水[8,9]。

考慮到龍江水在豐水期流量都在 32.6m3/s以上,洪水中七月份流量平均都在 1 000 m3/s左右。則可知研究區(qū)13 080 m3/d廢水排放(每天 COD 20 mg/L排放)龍江河水COD濃度很低。

這說明一般流量下,廢水排放不會造成龍江水質(zhì)超標(biāo),洪水中就更不會造成水質(zhì)超標(biāo)。

總之,由于龍江水流量大,稀釋能力強(qiáng),一般情況下地下水位又高過河水位,河水對地下水無影響。雨季洪水期,水流量更大,即百年一遇洪水對地下水浸沒、淹沒,龍江水質(zhì)不超標(biāo),則浸沒淹沒區(qū)地下水也不會超標(biāo),即水質(zhì)還在國家地面水Ⅲ級水標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)排放的廢水進(jìn)入洛東地下

河、六塘片門樓小河一帶,因位于蔗渣漿廠排污口以上500m,處在上游,故不會污染此區(qū)域。

(2)廢水經(jīng)處理后排放到龍江河,龍江河流量一般在32.6m3/s,對污水有稀釋作用,廢水排放不會造成龍江水質(zhì)超標(biāo)。

(3)洪水時(shí)即局部對地下水有倒灌,地下水也不會超標(biāo),浸沒影響距離一般可取 1 000 m,因此總的來說廢水不會造成地下水污染。

(4)龍江兩岸有巖溶水,地下水排向龍江,河邊地下水位高程 96～98 m,高過龍江回水高程。因此一般情下,龍江河水不會影響地下水質(zhì),廢水不會污染地下水。

[1]郝華.我國城市地下水污染狀況與對策研究[J].水利發(fā)展研究 ,2004,3：23-25.

[2]武書彬.造紙工業(yè)水污染控制與治理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[3]廣西環(huán)境影響報(bào)告書：102.

[4]GB 5749-2006.新生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).

[5]李新,王密俠.地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研制 [J].西北水資源與水工程.

[6]陶月贊,席道瑛,高爾根.地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量評價(jià)研究進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展,2005,(03)：42-43.

[7]劉正峰.水文地質(zhì)手冊.銀聲音像出版社,1990.497.

[8]郭玉文.淺談地下水的污染及保護(hù)對策[J].中國環(huán)境管理,2005,(2)：42-43.

[9]范春輝.淺析地下水資源的污染與防治[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(8)：35-37.