工業(yè)污水處理廠對地下水水質(zhì)的影響研究

俞 欣

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊，安徽 六安 237010)

1 引言

地下水資源是維持自然生態(tài)系統(tǒng)平衡，保障社會經(jīng)濟良性發(fā)展的重要因素，對人類的生存和發(fā)展至關(guān)重要。工業(yè)污水處理廠作為處理工業(yè)廢水的重要設(shè)施，在降低污染物濃度、減輕污水排放影響、遏制環(huán)境惡化等方面發(fā)揮了重要作用[1]。但在長期運行過程中仍可能存在一些問題，如污水處理廠管網(wǎng)滲漏、污水處理系統(tǒng)破損泄露、出水水質(zhì)不達標(biāo)[2]以及污泥的不合理堆放都有可能導(dǎo)致地下水中重金屬、營養(yǎng)鹽類含量超標(biāo)，造成潛在的地下水環(huán)境安全問題，威脅人類的健康，因此關(guān)于污水處理廠對地下水水質(zhì)的影響研究十分有必要[3]。

迄今，國內(nèi)外對污水處理廠的研究主要集中在提高污水處理工藝[4]及尾水排放對地表水環(huán)境的影響[5]，而鮮有關(guān)于污水處理廠對地下水水質(zhì)影響的研究。本文以六安市5個污水處理廠為研究對象，通過對地下水水質(zhì)分析，采用單因子評價法和內(nèi)梅羅指數(shù)法來評價地下水環(huán)境，探究污水處理廠對地下水水質(zhì)的影響，以期為污水處理廠設(shè)計、施工和運營提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

六安市位于安徽省西部，俗稱“皖西”，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明，各季節(jié)氣候特征顯著，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。年均氣溫14.6～15.6 ℃，年均降水量900～1600 mm。六安市轄霍邱、金寨、霍山、舒城四縣和金安、裕安、葉集三區(qū)。本次研究對象包括六安市污水處理廠A、六安市污水處理廠B、六安市污水處理廠C、六安市污水處理廠D、六安市污水處理廠E共5個污水處理廠(圖1)。

圖1 研究區(qū)污水處理廠分布

研究區(qū)地下水主要分為松散巖類孔隙水、紅層孔隙裂隙水和基巖裂隙水三類。松散巖類孔隙水主要分布在淠河、杭埠河、豐樂河等河流的中下游地段的現(xiàn)代河漫灘，含水層巖性由松散砂和砂礫石組成；紅層孔隙裂隙水絕大部分伏于第四紀(jì)地層之下，含風(fēng)化裂隙孔隙潛水和孔隙裂隙承壓水，水量貧乏；基巖裂隙水分為山區(qū)基巖裂隙水和丘陵區(qū)基巖裂隙水。區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水補給和地表河流補給。

3 樣品采集與測試

5 個污水處理廠各布設(shè)4 個代表性檢測點位和1 個對照點(未受企業(yè)生產(chǎn)和人為環(huán)境影響的點位)，共計25 個采樣點。水樣嚴格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ 164—2020)、《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)的要求進行采取、密封、保送及檢測。本次樣品采集及分析測試由具有CMA認證且具備地下水監(jiān)測能力的安徽實樸檢測技術(shù)服務(wù)有限公司承擔(dān)，并由廣電計量檢測(合肥)有限公司作為外部質(zhì)控單位。

各項水質(zhì)指標(biāo)測試方法分別為：pH值采用玻璃電極法測定；COD用生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法測定；硫化物用亞甲基藍分光光度法；揮發(fā)酚用4-氨基安替比林分光光度法；硫酸鹽用鉻酸鋇分光光度法；亞硝態(tài)氮用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法；氟化物用離子選擇電極法；氯化物用硝酸銀滴定法；硝態(tài)氮用紫外分光光度法；氨氮用納氏試劑分光光度法；銅、錳、鋅、鐵、鈉用電感耦合等離子體質(zhì)譜法；汞、砷用原子熒光法。

4 評價方法

開展水質(zhì)評價的方法較多，常用的有單因子評價法和內(nèi)梅羅指數(shù)法等，在此選擇這兩種方法進行對比分析，相互印證，以提高評價結(jié)果的客觀性。

4.1 單因子評價法

單因子評價法[6]是將評價指標(biāo)實測濃度與標(biāo)準(zhǔn)限值進行對比，以單項評價最差指標(biāo)的類別作為最終水質(zhì)類別。

4.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[7]在突出極值的同時兼顧了其他指標(biāo)對水質(zhì)的影響，運算簡單針對性強。計算公式:

(1)

(2)

Pmax=max{P1,P2,P3…Pn}

(3)

式(1)～式(3)中：Pave為pi的平均值；Pmax為pi的最大值；n為參評指標(biāo)個數(shù)。

5 結(jié)果與分析

5.1 污水處理廠對地下水水質(zhì)的影響

5個污水處理廠采樣點地下水水質(zhì)指標(biāo)見表1。顯然，污水處理廠淺層地下水pH值基本呈中性。硫化物、揮發(fā)酚、亞硝態(tài)氮和汞在多個檢測點和對照點均未檢出，少數(shù)檢出點位的檢測點均值和對照點數(shù)值相近，說明污水處理廠對這些指標(biāo)幾乎不產(chǎn)生影響。氟化物、氨氮、銅和砷基本表現(xiàn)為檢測點均值略高于對照點數(shù)值，說明污水處理廠對這些指標(biāo)存在影響，但影響較小。余下指標(biāo)基本表現(xiàn)為檢測點均值高于對照點數(shù)值，且數(shù)值差異較大，說明污水處理廠生產(chǎn)活動對這些指標(biāo)影響較為顯著，其中鐵、錳指標(biāo)存在個別點位數(shù)值較高，且背景點遠高于檢測點，這可能與該地區(qū)地質(zhì)背景有關(guān)。據(jù)1∶20萬《六安幅水文地質(zhì)普查報告》，六安市域第四系全新統(tǒng)堆積層和中新生代的紅色碎屑巖層鐵、錳含量較高，第四系松散堆積層普遍含有鐵錳質(zhì)結(jié)核和鐵質(zhì)薄膜，在降水降雨入滲和地下水流動過程中能夠淋濾至地下水環(huán)境中。

表1 污水處理廠地下水水質(zhì)理化指標(biāo)

總體來看，地下水中硫酸鹽、氯化物、硝態(tài)氮、COD、鋅和鈉受污水處理廠影響較大。

5.2 評價結(jié)果分析

由于鐵、錳的地質(zhì)背景含量較高，在進行地下水水質(zhì)評價時，剔除鐵、錳指標(biāo)，以獲得更客觀的水質(zhì)評價。

5.2.1 單因子評價法結(jié)果分析

表3表示通過單因子評價法對污水處理廠地下水水質(zhì)評價的結(jié)果。可以看出，本研究共25個采樣點，評價結(jié)果中屬于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類的水的點分別有8、9、5、3個，其中Ⅲ類水最多，占樣品總數(shù)的36%，無Ⅰ類水。

結(jié)合地下水質(zhì)量分類(GB14848-2017)來看，以Ⅲ類水為標(biāo)準(zhǔn)，超半數(shù)采樣點地下水水質(zhì)滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)超標(biāo)采樣點基本位于各污水廠檢測點，其中Ⅴ類水均位于污水處理廠檢測點，說明污水處理廠會導(dǎo)致地下水水質(zhì)出現(xiàn)超標(biāo)情況。

5.2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果分析

由內(nèi)梅羅指數(shù)法計算出P0，對比表2得到污水處理廠地下水水質(zhì)評價結(jié)果(表3)。

表2 評價結(jié)果與水質(zhì)類別對應(yīng)

表3 污水處理廠地下水水質(zhì)評價結(jié)果

由表2可以看出評價中屬于Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ類水的點分別有19、4、2個，其中Ⅰ類水樣本數(shù)最多，占比76%；Ⅴ類水最少，占比8%。結(jié)合地下水質(zhì)量分類(GB14848-2017)來看，以Ⅲ類水為標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)采樣點水質(zhì)達標(biāo)，其中出現(xiàn)Ⅴ類水均位于污水處理廠檢測點。說明污水處理廠的建設(shè)運行可能導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化，造成污染。

對比2種評價方法對污水處理廠地下水水質(zhì)評價結(jié)果來看，不同的評價方法得到的評價結(jié)果存在差異。單因子指數(shù)法由于是以單項指標(biāo)評價最差作為結(jié)果，評價過程較為嚴苛，因此評價結(jié)果明顯差于內(nèi)梅羅指數(shù)法的評價結(jié)果，但2 種評價方法基本表明：污水廠檢測點水質(zhì)劣于對照點，且Ⅴ類水均出現(xiàn)在檢測點，說明污水處理廠的建設(shè)運行對周邊地下水造成了一定程度的污染。

6 結(jié)論

(1)對比污水處理廠檢測點和對照點數(shù)值發(fā)現(xiàn)，地下水中氟化物、氨氮、銅和砷受污水處理廠影響較?。涣蛩猁}、氯化物、硝態(tài)氮、COD、鋅和鈉受污水廠處理廠影響較大。

(2)采用單因子評價法和內(nèi)梅羅指數(shù)法發(fā)現(xiàn)，污水處理廠地下水水質(zhì)總體較好，超標(biāo)點位基本位于污水處理廠地下水檢測點。

(3)單因子評價結(jié)果表明，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水的樣本數(shù)分別占樣品總數(shù)的32%、36%、20%和12%，無Ⅰ類水；內(nèi)梅羅指數(shù)法結(jié)果表明，Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ類水的樣本數(shù)分別占樣品總數(shù)的76%、16%和8%。單因子評價法的評價結(jié)果明顯差于內(nèi)梅羅指數(shù)法得到的評價結(jié)果。