某化工項目地下水污染防治措施研究

張 羨 ， 鄧開坊 , 盛治喻 ， 張慧敏 ， 王運(yùn)熙

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052)

1 項目概況

1.1 項目簡介

某化工企業(yè)屬于基礎(chǔ)化學(xué)原料制造行業(yè)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要包括氟化物、總磷等污染物。如果廢水泄漏，則會對地下水產(chǎn)生污染，其中，氟化物對地下水的影響較大，按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)Ⅲ類中的標(biāo)準(zhǔn)限值，氟化物的濃度應(yīng)不高于1.0 mg/L。

氟化物是一種比砷毒性小的物質(zhì)，會對人體會產(chǎn)生較大的危害，當(dāng)持續(xù)飲用含氟超過1.5 mg/L的水，氟斑牙的發(fā)病率會大大提升，同時會導(dǎo)致骨痛、佝僂等病癥。其次，氟化物也會對動物產(chǎn)生一定的危害，影響動物的心臟和神經(jīng)系統(tǒng)等。同時，氟化物對植物的危害也相當(dāng)嚴(yán)重，會導(dǎo)致植物生長不良，出現(xiàn)生長緩慢、葉片脫落等明顯現(xiàn)象。通過對非正常工況下，進(jìn)入污水處理站調(diào)節(jié)池廢水中的氟化物的泄漏情況進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而制定相應(yīng)的污染防治措施和監(jiān)測計劃，最大限度地減少氟化物泄漏造成進(jìn)一步的危害。

1.2 項目場地地形地貌

項目場地地貌類型屬于傾斜平原，地形平坦，地勢開闊。廠址內(nèi)地質(zhì)條件較好，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。

1.3 地層巖性

根據(jù)地基土物理性質(zhì)和工程特性差異，在勘探所達(dá)深度范圍內(nèi)，場地地層自上而下分為4層，分別為：層1粉質(zhì)黏土、層2粉質(zhì)黏土、層3風(fēng)化帶、層4泥巖。

1.4 地下水條件

項目場地淺層地下水類型為松散巖類孔隙水，項目淺層地下水富水程度為弱富水區(qū)(單井涌水量<1 000 m3/d)。其補(bǔ)給來源主要為大氣降水入滲補(bǔ)給。地下水排泄主要為工業(yè)和生活用水開采。項目區(qū)地下水總體由上游西北方向向下游東南方向緩慢進(jìn)行，水力坡度約2.5‰。

1.5 地下水質(zhì)量現(xiàn)狀

根據(jù)淺層水的監(jiān)測調(diào)查結(jié)果，除溶解性總固體外，各監(jiān)測點位其它監(jiān)測因子濃度均可以滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848—2017)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求。深層水監(jiān)測點位各監(jiān)測因子均可以滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848—2017)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求，區(qū)域深層水地下水環(huán)境質(zhì)量良好。

2 場地包氣帶防滲性能試驗

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

通過試坑雙環(huán)注水試驗測試包氣帶的滲透性能，進(jìn)而綜合分析包氣帶的天然防滲性能，為項目場地地下水污染防治措施的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 試驗方法及試驗結(jié)果

根據(jù)廠區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)勘探成果可知，廠區(qū)內(nèi)的包氣帶主要由粉質(zhì)黏土層組成，本次選用試坑雙環(huán)注水試驗方法測試包氣帶的垂向滲透性能。在廠區(qū)內(nèi)選取了兩個試驗點進(jìn)行滲水試驗，并對試驗的每個過程水位下降值記錄，滲透系數(shù)和滲水時間關(guān)系，結(jié)果見表1和表2。通過公式計算不同時刻的滲透系數(shù)，最終得到較穩(wěn)定的滲透系數(shù)，確定該值為包氣帶滲透系數(shù)值。

表1 廠區(qū)1號試驗點滲水試驗結(jié)果

表2 廠區(qū)2號試驗點滲水試驗結(jié)果

滲水試驗成果見表3。由表3可知，項目場地的粉質(zhì)黏土包氣帶垂向滲透系數(shù)平均值為5.86×10-5cm/s。由廠區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)勘察結(jié)果可知，粉質(zhì)黏土層厚度約14 m，且分布連續(xù)、穩(wěn)定。依據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》(HJ 610—2016)，廠址區(qū)天然包氣帶防污染性能屬于“中”。

表3 試坑雙環(huán)滲水試驗成果計算表

3 地下水污染模擬預(yù)測

若生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水泄漏進(jìn)入含水層中，將對地下水造成污染。本次通過建立模型，模擬預(yù)測廢水中污染物氟化物的泄漏對地下水的影響，從而為污染防治措施提供相應(yīng)依據(jù)。

3.1 預(yù)測情景

預(yù)測情景主要針對非正常工況進(jìn)行設(shè)定，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氟廢水進(jìn)入到廠區(qū)內(nèi)廢水處理站調(diào)節(jié)池中進(jìn)行處理。非正常狀況下，廢水處理站調(diào)節(jié)池池底出現(xiàn)泄漏，從而防滲層功能降低，因此廢水處理站調(diào)節(jié)池中的氟化物濃度含量最高。本次選取廢水處理站調(diào)節(jié)池進(jìn)行預(yù)測評價，預(yù)測范圍為整個地下水評價范圍，預(yù)測因子為氟化物。本次預(yù)測時間段定為100天、1 000天和20年。

模擬結(jié)果以灰色范圍表示地下水污染物超標(biāo)的濃度范圍，黑色范圍表示存在污染但污染不超標(biāo)的濃度范圍，限值為檢測指標(biāo)的檢出限。當(dāng)預(yù)測結(jié)果小于檢出限時，則表明對地下水環(huán)境幾乎沒有影響。污染物氟化物的標(biāo)準(zhǔn)限值情況見表4。

表4 采用污染物檢出下限及其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值

3.2 廢水污染預(yù)測結(jié)果

在非正常狀況下，對廢水處理站調(diào)節(jié)池發(fā)生泄漏產(chǎn)生的地下水影響進(jìn)行預(yù)測，泄漏的氟化物濃度為4 472.08 mg/L。預(yù)測結(jié)果如下：調(diào)節(jié)池在非正常情況下發(fā)生滲漏，地下水氟化物污染預(yù)測結(jié)果見圖1。污染預(yù)測結(jié)果見表5。

表5 調(diào)節(jié)池池底滲漏地下水氟化物污染預(yù)測結(jié)果表

圖1 污染物氟化物污染暈遷移示意圖

綜合分析，在非正常工況下，含氟廢水進(jìn)入到廢水處理站調(diào)節(jié)池中發(fā)生泄漏情況，污染物氟化物在100天和1 000天內(nèi)均檢測出現(xiàn)超標(biāo)情況。由污染暈遷移示意圖可以看出，污染暈范圍逐漸增大，但是

超標(biāo)區(qū)中心濃度逐漸降低。如果廢水泄漏到地下水中，會對泄漏點附近的地下水環(huán)境造成一定的影響，但未涉及到周邊的飲用水水源井，因此地下水保護(hù)目標(biāo)不受影響。從地面破損概率以及泄漏的概率綜合分析可知，本項目廢水處理站調(diào)節(jié)池發(fā)生泄漏并滲入地下水是概率很小的事件。一旦泄漏，對地下水會產(chǎn)生一定的影響，因此企業(yè)必須制定嚴(yán)格的污染防治措施。

4 地下水污染防治措施

地下水污染的特點主要表現(xiàn)為隱蔽性、難恢復(fù)性以及長期性等，根據(jù)包氣帶防滲性能試驗及污染預(yù)測結(jié)果，企業(yè)應(yīng)當(dāng)做好以下措施。

4.1 源頭上主動防滲

化工項目常存在較多的污染源，因此本項目選擇成熟、先進(jìn)可靠的工藝技術(shù)和較為清潔環(huán)保的原輔材料，并對產(chǎn)生的各類污染物進(jìn)行合理的回用和治理，可嚴(yán)格控制污染物的泄漏。同時，嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)范和要求，對工藝、設(shè)備、固廢儲存等采取相應(yīng)措施，防止和降低污染物泄漏至地面，從而進(jìn)入地下水層造成污染，將泄漏的環(huán)境風(fēng)險事故降到最低。管線、壓力管道等鋪設(shè)盡量采取地上鋪設(shè)，做到污染物泄漏早發(fā)現(xiàn)、早處理，以減少由于埋地管道泄漏不易可視而可能造成的地下水污染。本項目廢水處理采用化學(xué)沉淀法中最為常用的石灰石沉淀法。主要原理是將一定量的石灰石投入到含氟廢水中，廢水中的氟與其發(fā)生反應(yīng)生成氟化鈣沉淀，然后進(jìn)行過濾，使氟化鈣沉淀物與水進(jìn)行分離，達(dá)到除氟的效果。本方法的主要優(yōu)點為簡單易行且處理費用低。本項目含氟廢水處理站處理后的廢水回用，不外排。因此本項目對污染物進(jìn)行了合理的回用，且可在源頭上主動控制污染物氟化物的濃度。

4.2 污染防治分區(qū)劃分

本項目將整個場地劃分為重點防滲區(qū)和一般防滲區(qū)進(jìn)行分區(qū)控制。針對不同的區(qū)域，制定不同的防治措施，可提高污染防治的有效性和針對性。重點防滲區(qū)是指對地下水環(huán)境有污染的物質(zhì)泄漏后，不能及時發(fā)現(xiàn)和處理的區(qū)域或部位，污染物泄漏后在短時間內(nèi)不容易被土壤分解，最終滲入地下水層并造成污染。本項目將生產(chǎn)車間以及原料罐區(qū)等區(qū)域都劃分為重點防滲區(qū)。一般防滲區(qū)是指裸露在地面的生產(chǎn)單元，當(dāng)發(fā)生污染物泄漏后，可及時發(fā)現(xiàn)并處理的區(qū)域，一般不會對地下水造成影響，同時產(chǎn)生的污染物也容易被土壤分解。本次項目將原料產(chǎn)品庫等區(qū)域劃分為一般防滲區(qū)。

4.3 加強(qiáng)污染監(jiān)控

本項目建立完善的地下水污染監(jiān)控系統(tǒng)，包括制定監(jiān)測制度、配備先進(jìn)的檢測儀器和設(shè)備、科學(xué)、合理設(shè)置地下水污染監(jiān)控井，及時發(fā)現(xiàn)污染并及時控制。分別在廠址內(nèi)、上游、下游共設(shè)置3眼地下水監(jiān)測井，用以長期監(jiān)控污染物在地下水中運(yùn)移情況。每年監(jiān)測1次，監(jiān)測項目為pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價)、總硬度、鉛、鎳、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、耗氧量(Mn 法，以氧計)、氟化物、硫酸鹽、氯化物、硫化物、水位、水溫、井深。上述監(jiān)測結(jié)果應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的檔案，若發(fā)現(xiàn)異常，及時分析污染原因，確定泄漏污染源，及時采取應(yīng)急措施。

4.4 應(yīng)急響應(yīng)措施

為預(yù)防事故發(fā)生，企業(yè)應(yīng)當(dāng)制定地下水相應(yīng)的風(fēng)險事故應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，明確風(fēng)險事故狀態(tài)下應(yīng)采取的封閉、截流等措施，提出防止受污染的地下水?dāng)U散和對受污染的地下水進(jìn)行治理的具體方案。本項目場地含水層組巖性主要由洪積、沖洪積成因的卵礫石、砂礫石堆積物組成。由于地下水水力坡度較小，因此地下水徑流較為緩慢。當(dāng)發(fā)生污染物泄漏事故時，污染物泄漏速度較慢，因此可及時采取治理措施。一旦發(fā)生地下水污染事故，首先應(yīng)當(dāng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案，查明泄漏點的來源并及時進(jìn)行干預(yù)措施；同時，進(jìn)行地下水污染深度、范圍和污染程度等探明工作。合理布置抽水井的深度及間距，并進(jìn)行試抽工作，依據(jù)抽水設(shè)計方案進(jìn)行施工，抽取被污染的地下水體，并依據(jù)各井孔出水情況進(jìn)行調(diào)整，將抽取的地下水進(jìn)行集中收集處理，分析化驗。當(dāng)?shù)叵滤械奶卣魑廴疚餄舛葷M足地下水功能區(qū)劃的標(biāo)準(zhǔn)后，逐步停止井點抽水，并進(jìn)行后續(xù)的土壤修復(fù)治理工作。

5 結(jié)論與建議

由包氣帶防污性能試驗結(jié)果可知，廠址區(qū)包氣帶防污染性能屬“中”，進(jìn)而制定相應(yīng)的污染防治分區(qū)。由廢水泄漏污染預(yù)測結(jié)果可知，本項目氟化物的泄漏會對地下水造成一定的污染影響。企業(yè)對廢水按照相應(yīng)防治措施，采取及時的應(yīng)急處理方法，可以把對地下水環(huán)境的影響控制到地下水環(huán)境容量可以接受的程度。

在原輔材料及產(chǎn)品的儲存、輸送、生產(chǎn)和污水收集回用過程中，各種有毒有害污染物有可能發(fā)生泄漏，防滲層破損防滲性能降低等非正常情況，廢水污染物下滲遷移至土壤環(huán)境。若進(jìn)入土壤環(huán)境的污染物總量不斷增多，土壤對污染物的吸附、凈化能力不斷減弱，從而導(dǎo)致污染深度不斷加大，最終進(jìn)入含水層，污染地下水。地下水污染的特點主要表現(xiàn)為隱蔽性、難恢復(fù)性以及長期性等。為了緩解項目區(qū)對地下水環(huán)境構(gòu)成的影響，企業(yè)必須制訂嚴(yán)格、全面的環(huán)境管理計劃，有助于企業(yè)長期發(fā)展。