危廢倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

王婷婷,馬洪彬,肖傳寧

(天津市勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300191)

地下水污染具有隱蔽性、滯后性,一旦遭受污染便難以逆轉(zhuǎn)和恢復(fù)[1]。危廢倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目在運(yùn)行過(guò)程中存在污染物因防滲老化或腐蝕,儲(chǔ)罐破裂等非正常工況下發(fā)生滲漏或泄露風(fēng)險(xiǎn),泄露污廢水因雨水形成的濾滲液會(huì)對(duì)廠區(qū)周邊土壤及地下水環(huán)境產(chǎn)生污染。因此本文選取天津某危廢倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目,對(duì)該項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期可能產(chǎn)生的影響范圍進(jìn)行水環(huán)境影響預(yù)測(cè),分析污染質(zhì)運(yùn)移特點(diǎn),預(yù)測(cè)建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期工況條件下的不利影響,為制定地下水環(huán)境保護(hù)措施與跟蹤監(jiān)測(cè)計(jì)劃提供依據(jù)。

1 項(xiàng)目組成

危廢倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目位于天津市薊州區(qū),危廢暫存庫(kù)內(nèi)部劃分為2個(gè)獨(dú)立暫存隔間,7個(gè)獨(dú)立的暫存區(qū)。年運(yùn)轉(zhuǎn)危險(xiǎn)廢物20 450 t,最大暫存量466 t。庫(kù)房?jī)?nèi)設(shè)置收集溝及收集池,1號(hào)應(yīng)急池收集HW08物質(zhì),2號(hào)應(yīng)急池收集HW09物質(zhì),3號(hào)應(yīng)急池收集HW34、HW31物質(zhì),4、5號(hào)應(yīng)急池收集HW49(900-044-49)物質(zhì),6號(hào)應(yīng)急池收集HW21、HW22、HW16物質(zhì),7號(hào)應(yīng)急池收集HW17物質(zhì),9號(hào)應(yīng)急池收集HW12物質(zhì),主通道區(qū)設(shè)置一個(gè)8號(hào)應(yīng)急池收集。貯存區(qū)內(nèi)液態(tài)、半固態(tài)廢物一旦發(fā)生泄漏,廢液可通過(guò)導(dǎo)流槽進(jìn)入收集池中。故收集池中水質(zhì)較復(fù)雜、濃度較大,一旦滲漏或泄漏,將會(huì)是對(duì)地下水影響較大的區(qū)域。故本次預(yù)測(cè)選收集池作為預(yù)測(cè)的代表性區(qū)域,即一旦液體貯存物在防滲體系正常狀況下發(fā)生滲漏及防滲體系出現(xiàn)損壞發(fā)生泄漏的情況。

2 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)條件

2.1 預(yù)測(cè)時(shí)間

選取地下水影響的關(guān)鍵時(shí)段,至少包括污染發(fā)生后100 d、1 000 d、服務(wù)年限或能反映特征因子遷移規(guī)律的其他重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。本次擬建項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限按30年考慮,故按發(fā)生滲漏后的第100 d、1 000 d和30 a的地下水污染情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2 預(yù)測(cè)因子

項(xiàng)目收集和貯存的液體危險(xiǎn)廢物主要有油/水、烴/水混合物或乳化液、廢礦物油與含礦物油廢物、廢有機(jī)溶劑與含有機(jī)溶劑廢物、含鉛廢物、感光材料廢物、廢礦物油與含礦物油廢物、表面處理廢物等,可能發(fā)生土壤、地下水污染的特征因子有鉻、鎳、銅、鉛等重金屬,石油類等其他污染物,不涉及持久性有機(jī)污染物。

由于本項(xiàng)目為危險(xiǎn)廢物收集與貯存項(xiàng)目,涉及的污染物種類較多且污染物濃度或含量上限不易確定,故本次根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)限值的大小確定預(yù)測(cè)因子,由項(xiàng)目涉及到的重金屬、持久性有機(jī)污染物及其他類別中各選擇一種標(biāo)準(zhǔn)限值最小或暫存量最大的污染物作為預(yù)測(cè)因子。經(jīng)比較,重金屬類別選擇鉛污染物作為預(yù)測(cè)因子,標(biāo)準(zhǔn)限值為0.01 mg/L,其他類別選擇石油類作為預(yù)測(cè)因子,標(biāo)準(zhǔn)限值為0.05 mg/L,不涉及持久性有機(jī)污染物。

2.3 預(yù)測(cè)情景設(shè)置及參數(shù)選取

2.3.1 正常工況

正常工況下危廢存儲(chǔ)項(xiàng)目應(yīng)進(jìn)行必要的防滲設(shè)計(jì)并通過(guò)驗(yàn)收,本項(xiàng)目為危險(xiǎn)廢物收集,危險(xiǎn)廢物貯存區(qū)需滿足防滲技術(shù)要求,防滲設(shè)計(jì)后,污染源得到有效隔離,基本不會(huì)外排,僅可能發(fā)生合格標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的少量滲漏。本項(xiàng)目收集池為鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu),最大埋深為1.5 m,池體滲漏量可按下式計(jì)算:

Q=α×q×(S底+S側(cè))×10-3

(1)

式中:Q為滲漏量(m3/d);S底為池底面積(m3);S側(cè)為池壁浸濕面積(m3);α為變差系數(shù),一般可取0.1～1.0;q為單位滲漏量(L/m2·d)。

石油類污染物泄漏將收集至1號(hào)、2號(hào)收集池,鉛污染物泄漏將收集至3號(hào)收集池。按最不利情況考慮,1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)收集池池壁浸濕面積分別為7.5 m2、4.0 m2、7.5 m2,池底面積分別為1.5 m2、1.0 m2、1.5 m2。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)池體的單位滲漏量約為2 L/m2·d,變差系數(shù)取1.0,則1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)收集池在正常狀況下的滲漏量分別為0.018 m3/d、0.01 m3/d、0.018 m3/d。廢礦物油的密度約為0.85 g/cm3,酸液中的鉛污染物濃度可達(dá)25 mg/L,因此,1號(hào)、2號(hào)收集池滲漏石油類污染物的量分別為8.5 kg/d、15.3 kg/d,3號(hào)收集池滲漏鉛污染物的量分別為4.5×10-4kg/d。

2.3.2 非正常狀況

非正常狀況為工藝設(shè)備或地下水環(huán)境保護(hù)措施因系統(tǒng)老化或腐蝕,使防滲結(jié)構(gòu)的防滲性能下降的情景。收集池為地下結(jié)構(gòu),最大埋深為1.5 m,防滲措施因地面不均勻沉降等問(wèn)題而產(chǎn)生破壞,發(fā)生液體危險(xiǎn)廢物泄漏時(shí)不易發(fā)現(xiàn)并及時(shí)切斷污染源,污染物會(huì)形成長(zhǎng)期持續(xù)地入滲。非正常狀況下的滲漏量按正常狀況的10倍計(jì),則1號(hào)、2號(hào)收集池滲漏石油類污染物的量分別為85 kg/d、153 kg/d,3號(hào)收集池滲漏鉛污染物的量分別為4.5×10-3kg/d。

(1)預(yù)測(cè)模型

針對(duì)收集池部位的鉛、石油類的泄漏情況,假定收集池中滲漏的危險(xiǎn)廢物每周清理1次,泄漏時(shí)間為7 d。不考慮包氣帶的吸附作用引起的時(shí)間滯后,隱患點(diǎn)位附近水位穩(wěn)定,對(duì)污染物垂直方向進(jìn)入含水層進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此模型可概化為示蹤劑瞬時(shí)注入的一維流動(dòng)和二維彌散問(wèn)題。求污染物濃度分布模型公式如下:

(2)

式中:x,y分別為計(jì)算點(diǎn)處的位置坐標(biāo);T為時(shí)間,d;C(x,y,t)為t時(shí)刻點(diǎn)x,y處的污染物濃度,g/L;M為含水層厚度,m;mM為長(zhǎng)度為M的線源瞬時(shí)注入的污染物的質(zhì)量,kg;u為水流速度,m/d;n為有效孔隙度,無(wú)量綱;DL為縱向彌散系數(shù),m2/d;DT為橫向y方向的彌散系數(shù),m2/d。

(2)水流速度(u)

依據(jù)鹽工勘察報(bào)告,結(jié)合滲透試驗(yàn)和抽水及注水試驗(yàn),按最不利情況考慮,確定廠區(qū)滲透系數(shù)值為K=1.47 m/d;根據(jù)場(chǎng)地潛水觀測(cè)結(jié)果,地下水由西北向東南流動(dòng),結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)測(cè)流場(chǎng)圖,平均水力坡度取1.0‰,有效孔隙度按ne=0.1考慮,則u=KI/ne=0.014 7 m/d。

(3)縱向x方向的彌散系數(shù)DL

彌散試驗(yàn)受場(chǎng)區(qū)尺度效應(yīng)影響顯著,使得其結(jié)果應(yīng)用受到局限。參考Gelhar等人關(guān)于彌散度和觀測(cè)尺度關(guān)系理論,結(jié)合場(chǎng)區(qū)研究尺度選取彌散度αL為10 m?；诖擞?jì)算縱向和橫向彌散系數(shù)為:

泄漏位置DL=αL×u=0.147 m2/d,DT=DL/5=0.029 4 m2/d;

(4)含水層厚度

根據(jù)廠區(qū)地質(zhì)勘察資料,確定本區(qū)潛水含水層平均厚度M約為12.3 m。

3 污染物在地下水中的運(yùn)移預(yù)測(cè)

污染物進(jìn)入潛水層后,預(yù)測(cè)自泄露起第100 d、1 000 d和整個(gè)服務(wù)期(30 a)的含水層各情景下鉛、石油類污染物超標(biāo)范圍。同時(shí)考慮本項(xiàng)目所在區(qū)域地下水中鉛、石油類污染物的背景值,根據(jù)地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果可知,鉛指標(biāo)最大監(jiān)測(cè)濃度為0.000 93 mg/L,石油類指標(biāo)均低于檢出限,故本次考慮鉛污染物的濃度背景值為0.000 93 mg/L,預(yù)測(cè)鉛污染物濃度在地下水含水層中的運(yùn)移情況,同時(shí)僅預(yù)測(cè)石油類污染物貢獻(xiàn)值在地下水含水層中的運(yùn)移情況。預(yù)測(cè)中給出地下水中各污染因子的濃度隨距離的變化情況,超標(biāo)距離以Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值為依據(jù)進(jìn)行劃定。評(píng)價(jià)中,最大超標(biāo)距離為沿下游方向污染物濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值的最大距離。

3.1 正常狀況

3.1.1 鉛污染物

3.1.2 石油類

從圖1～6可見(jiàn),在正常狀況下,鉛污染物滲漏到潛水含水層100 d時(shí),污染物濃度超標(biāo)距離為10.0 m,峰值距離滲漏點(diǎn)約1.5 m;1 000 d及30 a時(shí),鉛污染物濃度均未超標(biāo)。石油類污染物滲漏到潛水含水層100 d時(shí),污染物濃度超標(biāo)距離為25.7 m,峰值距離滲漏點(diǎn)約1.50 m;1 000 d時(shí),石油類污染物濃度超標(biāo)距離為81.8 m,峰值距離滲漏點(diǎn)約14.70 m;運(yùn)移30 a時(shí),石油類污染物濃度最大超標(biāo)距離為345.0 m,峰值距離滲漏點(diǎn)約161.00 m。本項(xiàng)目1號(hào)、2號(hào)收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約30 m,3號(hào)收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約17 m,正常狀況下鉛污染物滲漏到潛水含水層后不會(huì)對(duì)廠界以外的潛水含水層水質(zhì)產(chǎn)生不利影響,石油類污染物滲漏到潛水含水層1 000 d、30 a時(shí)均會(huì)對(duì)廠界以外的潛水含水層水質(zhì)產(chǎn)生不利影響,不能滿足要求。

圖1 100d時(shí)泄漏點(diǎn)下游鉛濃度-距離關(guān)系

圖2 1 000d時(shí)泄漏點(diǎn)下游鉛濃度-距離關(guān)系

圖3 30a時(shí)泄漏點(diǎn)下游鉛濃度-距離關(guān)系

圖4 100d下游石油類貢獻(xiàn)值濃度-距離關(guān)系

圖5 1000d下游石油類貢獻(xiàn)值濃度-距離關(guān)系

圖6 30a下游石油類貢獻(xiàn)值濃度-距離關(guān)

3.2 非正常狀況

3.2.1 鉛污染物

3.2.2 石油類

從圖7～圖12可見(jiàn),在非正常狀況下,鉛污染物泄漏到潛水含水層100 d時(shí),污染物濃度超標(biāo)距離為15.9 m,峰值距離泄漏點(diǎn)約1.5 m;1 000 d時(shí),污染物濃度超標(biāo)距離為41.6 m,峰值距離泄漏點(diǎn)約14.7 m;30 a時(shí),鉛污染物濃度未超標(biāo)。石油類污染物泄漏到潛水含水層100 d時(shí),污染物濃度超標(biāo)距離為28.3 m,峰值距離泄漏點(diǎn)約1.50 m;1 000 d時(shí),石油類污染物濃度超標(biāo)距離為91.2 m,峰值距離泄漏點(diǎn)約14.7 m;運(yùn)移30 a時(shí),石油類污染物濃度最大超標(biāo)距離為381.6 m,峰值距離泄漏點(diǎn)約161.0 m。本項(xiàng)目1號(hào)、2號(hào)收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約30 m,3號(hào)收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約17 m,非正常狀況下鉛污染物泄漏到潛水含水層1 000 d后會(huì)對(duì)廠界以外的潛水含水層水質(zhì)產(chǎn)生不利影響,石油類污染物泄漏到潛水含水層1 000 d、30 a時(shí)均會(huì)對(duì)廠界以外的潛水含水層水質(zhì)產(chǎn)生不利影響,不能滿足要求。

圖7 100d時(shí)泄漏點(diǎn)下游鉛濃度-距離關(guān)系

圖8 1000d時(shí)泄漏點(diǎn)下游鉛濃度-距離關(guān)系

圖10 100d下游石油類貢獻(xiàn)值濃度-距離關(guān)系

圖11 1000d下游石油類貢獻(xiàn)值濃度-距離關(guān)系

圖12 30a下游石油類貢獻(xiàn)值濃度-距離關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果,在正常狀況及非正常狀況下,污染物進(jìn)入地下水含水層后均將會(huì)對(duì)廠界以外的潛水含水層產(chǎn)生不利影響,因此,針對(duì)收集池部位需采取預(yù)防處理措施,根據(jù)場(chǎng)地區(qū)域地質(zhì)情況和水文地質(zhì)資料,建議在收集池部位的底部及四周鋪設(shè)玻璃鋼進(jìn)一步增強(qiáng)防滲措施,經(jīng)鋪設(shè)玻璃鋼后,幾乎不會(huì)有污染物泄漏,處理技術(shù)要求可滿足相關(guān)防滲技術(shù)要求。