某污水處理廠對地下水環境影響分析

周 文

（新疆水利水電勘測設計研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

1 研究區水文地質條件

研究區位于瑪納斯河流域沖積細土平原的下部十戶灘工業園區內。工業園區地表高程在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。

根據鉆孔揭露:揭露深度50 m以上工業園區地層單一,表層0.3 m～0.6 m為耕作土,以下為粉土或粉細砂。含水層滲透系數由南部的5.34 m/d,向北部逐漸減小為2.15 m/d。工業園區內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。

工業園區范圍內年降水難以形成補給地下水的有效降水,大氣降水忽略不計。工業園區地下水補給來源為側向徑流補給和灌溉滲漏補給。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。由于含水介質顆粒細,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弱。滲透系數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向排泄和人工排泄。超出蒸發極限埋深,不存在潛水蒸發。

工業園區內未布設長觀井,地下水動態受周邊灌區用水影響。根據周邊監測井監測數據顯示；地下水年內變幅在2 m以內。一年中地下水最高水位出現在3月、4月、5月；最低水位出現在8月、9月、10月。地下水位多年以來呈下降趨勢。區內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]。

潛水水質較差,pH值7.25～7.62,呈弱堿性。水化學類型為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,承壓水水質較好,pH值7.14～7.78,TDS在1 g/L左右,水化學類型為水化學類型為Cl·SO4-Na型水。

2 研究區地下水環境現狀調查

（1）水質調查

區域地下水質量現狀由新疆新環監測檢測研究院（有限公司）于2017年3月31日進行采樣監測。地下水監測結果顯示：總硬度、氯化物和硫酸鹽在147團水源地12連超標,其余地下水監測因子均滿足《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中Ⅲ類標準,超標原因為本底超標,這也與查閱歷史地下水監測資料反映的情況一致。

（2）水位調查

研究區范圍地下水動態特征屬于典型的開采動態型,非灌溉期11 月～3 月地下水埋深最小,灌溉期隨著4月機井的開采,地下水埋深開始增大,8 月～10 月地下水埋深達到年內最大。本區淺層地下水潛水含水層巖性以細顆粒物質為主,主要為細砂、粉土土,含礫亞砂土等。2017 年3 月工業園區地下水位平均埋深7 m。

3 地下水環境影響預測

根據化工企業的實際情況分析,如果是裝置區或者罐區等可視場所發生硬化面破損,即便有物料或污水等泄露,建設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入地下水。因此,重點考慮地下水環境保護措施因系統老化或腐蝕而發生連續或短時滲漏的情景下對地下水的污染。

3.1 建立地下水溶質運移模型

采用Processing Modflow建立地下水數值模型[2]。本次地下水數值模擬范圍面積約為142.6 km3。模型模擬范圍見圖1。西南角坐標為（412800,4944300）東北角坐標為（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,網格大小為100 m×100 m,每個單元面積10000 m2。模型計算區單元格31506 個,有效單元格個數為14264 個。

根據研究區地下水含水層結構和賦存條件,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向補給,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。根據工業園區水文地質勘查報告的滲透系數為5 m/d。模擬區小,水文地質參數空間變異性小,不進行分區。

3.2 地下水環境影響預測

建設項目的工藝設備或地下水環境保護措施因系統老化、腐蝕等原因不能正常運行或保護效果達不到設計要求,污水進入地下水的幾率及量明顯增加,會對地下水產生一定的影響。選取污水處理廠的污水池作為此次分析對象。預測因子為高錳酸鹽指數。

某化工企業的污水池中COD濃度為150 mg/L,檢出濃度為0.5 mg/L,地下水COD指標Ⅲ類水標準為3.0 mg/L。假定處理池發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。滲漏速率根據式（1）計算：

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

經計算,泄露速率為0.21 m3/d。

（1）預測情景1：短時滲漏

設定滲漏被自動檢測發現及修復時間為7天。在Processing Modflow中選擇MT3D模塊中設置污染物的初始濃度、污染物的流入率、傳輸參數、延散參數[3],不考慮化學作用。地下水中高錳酸鹽指數濃度分布預測結果見表1。

表1 短時滲漏情景地下水中高錳酸鹽指數濃度分布預測結果

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

（2）預測情景2：持續滲漏

假定自動滲漏檢測失效,調節池底部滲漏持續發生。計算時長為1年。根據圖2～圖5可以看出：持續滲漏情況下,地下水中高錳酸鹽指數影響距離為1896 m,超出了廠界,也超出工業園區邊界。地下水高錳酸鹽指數超標距離為948 m,超出廠界,但尚未超出工業園區邊界。

表2 持續滲漏情景地下水中高錳酸鹽指數濃度分布預測結果

圖2 污水處理場持續滲漏高錳酸鹽指數預測結果（30天）

圖3 污水處理場持續滲漏高錳酸鹽指數預測結果（100天）

圖4 污水處理場持續滲漏高錳酸鹽指數預測結果（180天）

圖5 污水處理場持續滲漏高錳酸鹽指數預測結果（360天）

3.3 地下水環境影響分析

擬建項目位于瑪納斯河沖積細土平原區,蒸發量大,地下水埋藏淺,水質差,地下徑流緩慢,地下水作為農業灌溉用水。

項目建設期,對廢水、污水、固體廢物進行合理化處理,不會造成地下水污染；服務期滿后,工業園區內沒有造成地下水污染的污染源,不會對地下水水質產生影響；運營期內,污水經處理站處理后排入污水管網,進入開發區污水處理廠,再處理后統一外排,固體廢物統一清運處理,在采取防滲措施、加強滲漏檢測的前提下,正常工況不會對地下水水質產生影響；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,超標距離不超過100 m,均位于工業園區以內。持續滲漏造成的影響范圍較大,最遠可達2489m,超標距離1245 m,影響范圍超出廠界,但沒有超出工業園區邊界。因此如發現防滲層泄露,一定要及時修復。并在工業園區下游設置地下水監測井,定期對水質進行監測,防止自動滲漏檢測失效。

4 結論

項目建設期,對廢水、污水、固體廢物進行合理化處理,不會造成地下水污染；服務期滿后,工業園區內沒有造成地下水污染的污染源,不會對地下水水質產生影響；運營期內,污水經處理站處理后排入污水管網,進入開發區污水處理廠,再處理后統一外排,固體廢物統一清運處理,在采取防滲措施、加強滲漏檢測的前提下,正常工況不會對地下水水質產生影響；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,超標距離不超過100 m,均位于工業園區以內。持續滲漏造成的影響范圍較大,最遠可達1896 m,超標距離948 m,影響范圍超出廠界,但沒有超出工業園區邊界。因此如發現防滲層泄露,一定要及時修復。