某污水處理廠對地下水環(huán)境影響分析

周 文

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

研究區(qū)位于瑪納斯河流域沖積細(xì)土平原的下部十戶灘工業(yè)園區(qū)內(nèi)。工業(yè)園區(qū)地表高程在356 m～358 m,東南高西北低,地勢平坦,整體向西北傾斜,地形坡度約6‰。地表植被主要為栽培植被,種植棉花。

根據(jù)鉆孔揭露:揭露深度50 m以上工業(yè)園區(qū)地層單一,表層0.3 m～0.6 m為耕作土,以下為粉土或粉細(xì)砂。含水層滲透系數(shù)由南部的5.34 m/d,向北部逐漸減小為2.15 m/d。工業(yè)園區(qū)內(nèi)地下水類型主要為孔隙潛水以及承壓水。潛水富水性較差,承壓水富水性中等。地下水埋深潛水埋深在6.8 m～7.1 m之間,承壓水埋深在28 m～30 m之間。

工業(yè)園區(qū)范圍內(nèi)年降水難以形成補(bǔ)給地下水的有效降水,大氣降水忽略不計。工業(yè)園區(qū)地下水補(bǔ)給來源為側(cè)向徑流補(bǔ)給和灌溉滲漏補(bǔ)給。地下水水力坡度約2‰,地下水流向受地形控制及地下水開采量控制,基本由東南向西北徑流。受人工灌溉用水影響,地下水流場局部流向存在變異。由于含水介質(zhì)顆粒細(xì),透水性差,地下水流動極為緩慢,地下徑流條件向下方逐漸變?nèi)?。滲透系數(shù)2 m/d～3 m/d。潛水單井涌水量100 m3/h～120 m3/h。地下水的排泄方式為側(cè)向排泄和人工排泄。超出蒸發(fā)極限埋深,不存在潛水蒸發(fā)。

工業(yè)園區(qū)內(nèi)未布設(shè)長觀井,地下水動態(tài)受周邊灌區(qū)用水影響。根據(jù)周邊監(jiān)測井監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示；地下水年內(nèi)變幅在2 m以內(nèi)。一年中地下水最高水位出現(xiàn)在3月、4月、5月；最低水位出現(xiàn)在8月、9月、10月。地下水位多年以來呈下降趨勢。區(qū)內(nèi)潛水水位近兩年下降速率在0.4 m～0.5 m之間,而承壓水水頭平均下降速率為1 m左右[1]。

潛水水質(zhì)較差,pH值7.25～7.62,呈弱堿性。水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型水,TDS在3.20 g/L～8.85 g/L之間,屬微咸水。相對于上部潛水而言,承壓水水質(zhì)較好,pH值7.14～7.78,TDS在1 g/L左右,水化學(xué)類型為水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型水。

2 研究區(qū)地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查

（1）水質(zhì)調(diào)查

區(qū)域地下水質(zhì)量現(xiàn)狀由新疆新環(huán)監(jiān)測檢測研究院（有限公司）于2017年3月31日進(jìn)行采樣監(jiān)測。地下水監(jiān)測結(jié)果顯示：總硬度、氯化物和硫酸鹽在147團(tuán)水源地12連超標(biāo),其余地下水監(jiān)測因子均滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-2017）中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),超標(biāo)原因為本底超標(biāo),這也與查閱歷史地下水監(jiān)測資料反映的情況一致。

（2）水位調(diào)查

研究區(qū)范圍地下水動態(tài)特征屬于典型的開采動態(tài)型,非灌溉期11 月～3 月地下水埋深最小,灌溉期隨著4月機(jī)井的開采,地下水埋深開始增大,8 月～10 月地下水埋深達(dá)到年內(nèi)最大。本區(qū)淺層地下水潛水含水層巖性以細(xì)顆粒物質(zhì)為主,主要為細(xì)砂、粉土土,含礫亞砂土等。2017 年3 月工業(yè)園區(qū)地下水位平均埋深7 m。

3 地下水環(huán)境影響預(yù)測

根據(jù)化工企業(yè)的實際情況分析,如果是裝置區(qū)或者罐區(qū)等可視場所發(fā)生硬化面破損,即便有物料或污水等泄露,建設(shè)單位也會及時采取措施,不可能任由物料或污水漫流滲漏、任其滲入地下而污染地下水。因此,只有在儲罐或污水池等這些半地下建筑物的非可視部位發(fā)生小面積滲漏時,才會有少量物料或污水通過漏點,逐步滲入土壤并有可能進(jìn)入地下水。因此,重點考慮地下水環(huán)境保護(hù)措施因系統(tǒng)老化或腐蝕而發(fā)生連續(xù)或短時滲漏的情景下對地下水的污染。

3.1 建立地下水溶質(zhì)運移模型

采用Processing Modflow建立地下水?dāng)?shù)值模型[2]。本次地下水?dāng)?shù)值模擬范圍面積約為142.6 km3。模型模擬范圍見圖1。西南角坐標(biāo)為（412800,4944300）東北角坐標(biāo)為（430600,4962000）。采用等間距有限差分的離散方法,將含水層離散為178 行、178 列,網(wǎng)格大小為100 m×100 m,每個單元面積10000 m2。模型計算區(qū)單元格31506 個,有效單元格個數(shù)為14264 個。

根據(jù)研究區(qū)地下水含水層結(jié)構(gòu)和賦存條件,以及化工廠的影響深度,此次模擬含水層厚度為50 m。模擬范圍東南邊界接受地下水側(cè)向補(bǔ)給,向西北邊界排泄,將東南、西北邊界按定流量邊界處理。南北邊界與地下水位線近似垂直,按零流量邊界處理。根據(jù)工業(yè)園區(qū)水文地質(zhì)勘查報告的滲透系數(shù)為5 m/d。模擬區(qū)小,水文地質(zhì)參數(shù)空間變異性小,不進(jìn)行分區(qū)。

3.2 地下水環(huán)境影響預(yù)測

建設(shè)項目的工藝設(shè)備或地下水環(huán)境保護(hù)措施因系統(tǒng)老化、腐蝕等原因不能正常運行或保護(hù)效果達(dá)不到設(shè)計要求,污水進(jìn)入地下水的幾率及量明顯增加,會對地下水產(chǎn)生一定的影響。選取污水處理廠的污水池作為此次分析對象。預(yù)測因子為高錳酸鹽指數(shù)。

某化工企業(yè)的污水池中COD濃度為150 mg/L,檢出濃度為0.5 mg/L,地下水COD指標(biāo)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)為3.0 mg/L。假定處理池發(fā)生泄漏并防滲層破裂,池底滲漏孔直徑2 cm,壓力水頭取4 m。滲漏速率根據(jù)式（1）計算：

式中：Q為滲漏污水量；K為地表巖性滲透系數(shù),參考滲水實驗結(jié)果,取5；A為泄露孔面積；i為壓力水頭。

經(jīng)計算,泄露速率為0.21 m3/d。

（1）預(yù)測情景1：短時滲漏

設(shè)定滲漏被自動檢測發(fā)現(xiàn)及修復(fù)時間為7天。在Processing Modflow中選擇MT3D模塊中設(shè)置污染物的初始濃度、污染物的流入率、傳輸參數(shù)、延散參數(shù)[3],不考慮化學(xué)作用。地下水中高錳酸鹽指數(shù)濃度分布預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 短時滲漏情景地下水中高錳酸鹽指數(shù)濃度分布預(yù)測結(jié)果

短時滲漏情況下,地下水中高錳酸鹽指數(shù)影響距離為1561 m,影響范圍超出了廠界。但由于廠界位于工業(yè)園區(qū)邊界上,超出了工業(yè)園區(qū)邊界。地下水高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)距離為282 m,尚未超出廠界。

（2）預(yù)測情景2：持續(xù)滲漏

假定自動滲漏檢測失效,調(diào)節(jié)池底部滲漏持續(xù)發(fā)生。計算時長為1年。根據(jù)圖2～圖5可以看出：持續(xù)滲漏情況下,地下水中高錳酸鹽指數(shù)影響距離為1896 m,超出了廠界,也超出工業(yè)園區(qū)邊界。地下水高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)距離為948 m,超出廠界,但尚未超出工業(yè)園區(qū)邊界。

表2 持續(xù)滲漏情景地下水中高錳酸鹽指數(shù)濃度分布預(yù)測結(jié)果

圖2 污水處理場持續(xù)滲漏高錳酸鹽指數(shù)預(yù)測結(jié)果（30天）

圖3 污水處理場持續(xù)滲漏高錳酸鹽指數(shù)預(yù)測結(jié)果（100天）

圖4 污水處理場持續(xù)滲漏高錳酸鹽指數(shù)預(yù)測結(jié)果（180天）

圖5 污水處理場持續(xù)滲漏高錳酸鹽指數(shù)預(yù)測結(jié)果（360天）

3.3 地下水環(huán)境影響分析

擬建項目位于瑪納斯河沖積細(xì)土平原區(qū),蒸發(fā)量大,地下水埋藏淺,水質(zhì)差,地下徑流緩慢,地下水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水。

項目建設(shè)期,對廢水、污水、固體廢物進(jìn)行合理化處理,不會造成地下水污染；服務(wù)期滿后,工業(yè)園區(qū)內(nèi)沒有造成地下水污染的污染源,不會對地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響；運營期內(nèi),污水經(jīng)處理站處理后排入污水管網(wǎng),進(jìn)入開發(fā)區(qū)污水處理廠,再處理后統(tǒng)一外排,固體廢物統(tǒng)一清運處理,在采取防滲措施、加強(qiáng)滲漏檢測的前提下,正常工況不會對地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響；但是,在防滲層破裂時,會對地下水造成一定的影響。

總體來講,短時泄露影響范圍不會超過1000 m,超標(biāo)距離不超過100 m,均位于工業(yè)園區(qū)以內(nèi)。持續(xù)滲漏造成的影響范圍較大,最遠(yuǎn)可達(dá)2489m,超標(biāo)距離1245 m,影響范圍超出廠界,但沒有超出工業(yè)園區(qū)邊界。因此如發(fā)現(xiàn)防滲層泄露,一定要及時修復(fù)。并在工業(yè)園區(qū)下游設(shè)置地下水監(jiān)測井,定期對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測,防止自動滲漏檢測失效。

4 結(jié)論

項目建設(shè)期,對廢水、污水、固體廢物進(jìn)行合理化處理,不會造成地下水污染；服務(wù)期滿后,工業(yè)園區(qū)內(nèi)沒有造成地下水污染的污染源,不會對地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響；運營期內(nèi),污水經(jīng)處理站處理后排入污水管網(wǎng),進(jìn)入開發(fā)區(qū)污水處理廠,再處理后統(tǒng)一外排,固體廢物統(tǒng)一清運處理,在采取防滲措施、加強(qiáng)滲漏檢測的前提下,正常工況不會對地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響；但是,在防滲層破裂時,會對地下水造成一定的影響?？傮w來講,短時泄露影響范圍不會超過1000 m,超標(biāo)距離不超過100 m,均位于工業(yè)園區(qū)以內(nèi)。持續(xù)滲漏造成的影響范圍較大,最遠(yuǎn)可達(dá)1896 m,超標(biāo)距離948 m,影響范圍超出廠界,但沒有超出工業(yè)園區(qū)邊界。因此如發(fā)現(xiàn)防滲層泄露,一定要及時修復(fù)。