某污水处理厂对地下水环境影响分析

周 文

（新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000）

1 研究区水文地质条件

研究区位于玛纳斯河流域冲积细土平原的下部十户滩工业园区内。工业园区地表高程在356 m～358 m,东南高西北低,地势平坦,整体向西北倾斜,地形坡度约6‰。地表植被主要为栽培植被,种植棉花。

根据钻孔揭露:揭露深度50 m以上工业园区地层单一,表层0.3 m～0.6 m为耕作土,以下为粉土或粉细砂。含水层渗透系数由南部的5.34 m/d,向北部逐渐减小为2.15 m/d。工业园区内地下水类型主要为孔隙潜水以及承压水。潜水富水性较差,承压水富水性中等。地下水埋深潜水埋深在6.8 m～7.1 m之间,承压水埋深在28 m～30 m之间。

工业园区范围内年降水难以形成补给地下水的有效降水,大气降水忽略不计。工业园区地下水补给来源为侧向径流补给和灌溉渗漏补给。地下水水力坡度约2‰,地下水流向受地形控制及地下水开采量控制,基本由东南向西北径流。受人工灌溉用水影响,地下水流场局部流向存在变异。由于含水介质颗粒细,透水性差,地下水流动极为缓慢,地下径流条件向下方逐渐变弱。渗透系数2 m/d～3 m/d。潜水单井涌水量100 m3/h～120 m3/h。地下水的排泄方式为侧向排泄和人工排泄。超出蒸发极限埋深,不存在潜水蒸发。

工业园区内未布设长观井,地下水动态受周边灌区用水影响。根据周边监测井监测数据显示；地下水年内变幅在2 m以内。一年中地下水最高水位出现在3月、4月、5月；最低水位出现在8月、9月、10月。地下水位多年以来呈下降趋势。区内潜水水位近两年下降速率在0.4 m～0.5 m之间,而承压水水头平均下降速率为1 m左右[1]。

潜水水质较差,pH值7.25～7.62,呈弱碱性。水化学类型为Cl·SO4-Na型水,TDS在3.20 g/L～8.85 g/L之间,属微咸水。相对于上部潜水而言,承压水水质较好,pH值7.14～7.78,TDS在1 g/L左右,水化学类型为水化学类型为Cl·SO4-Na型水。

2 研究区地下水环境现状调查

（1）水质调查

区域地下水质量现状由新疆新环监测检测研究院（有限公司）于2017年3月31日进行采样监测。地下水监测结果显示：总硬度、氯化物和硫酸盐在147团水源地12连超标,其余地下水监测因子均满足《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）中Ⅲ类标准,超标原因为本底超标,这也与查阅历史地下水监测资料反映的情况一致。

（2）水位调查

研究区范围地下水动态特征属于典型的开采动态型,非灌溉期11 月～3 月地下水埋深最小,灌溉期随着4月机井的开采,地下水埋深开始增大,8 月～10 月地下水埋深达到年内最大。本区浅层地下水潜水含水层岩性以细颗粒物质为主,主要为细砂、粉土土,含砾亚砂土等。2017 年3 月工业园区地下水位平均埋深7 m。

3 地下水环境影响预测

根据化工企业的实际情况分析,如果是装置区或者罐区等可视场所发生硬化面破损,即便有物料或污水等泄露,建设单位也会及时采取措施,不可能任由物料或污水漫流渗漏、任其渗入地下而污染地下水。因此,只有在储罐或污水池等这些半地下建筑物的非可视部位发生小面积渗漏时,才会有少量物料或污水通过漏点,逐步渗入土壤并有可能进入地下水。因此,重点考虑地下水环境保护措施因系统老化或腐蚀而发生连续或短时渗漏的情景下对地下水的污染。

3.1 建立地下水溶质运移模型

采用Processing Modflow建立地下水数值模型[2]。本次地下水数值模拟范围面积约为142.6 km3。模型模拟范围见图1。西南角坐标为（412800,4944300）东北角坐标为（430600,4962000）。采用等间距有限差分的离散方法,将含水层离散为178 行、178 列,网格大小为100 m×100 m,每个单元面积10000 m2。模型计算区单元格31506 个,有效单元格个数为14264 个。

根据研究区地下水含水层结构和赋存条件,以及化工厂的影响深度,此次模拟含水层厚度为50 m。模拟范围东南边界接受地下水侧向补给,向西北边界排泄,将东南、西北边界按定流量边界处理。南北边界与地下水位线近似垂直,按零流量边界处理。根据工业园区水文地质勘查报告的渗透系数为5 m/d。模拟区小,水文地质参数空间变异性小,不进行分区。

3.2 地下水环境影响预测

建设项目的工艺设备或地下水环境保护措施因系统老化、腐蚀等原因不能正常运行或保护效果达不到设计要求,污水进入地下水的几率及量明显增加,会对地下水产生一定的影响。选取污水处理厂的污水池作为此次分析对象。预测因子为高锰酸盐指数。

某化工企业的污水池中COD浓度为150 mg/L,检出浓度为0.5 mg/L,地下水COD指标Ⅲ类水标准为3.0 mg/L。假定处理池发生泄漏并防渗层破裂,池底渗漏孔直径2 cm,压力水头取4 m。渗漏速率根据式（1）计算：

式中：Q为渗漏污水量；K为地表岩性渗透系数,参考渗水实验结果,取5；A为泄露孔面积；i为压力水头。

经计算,泄露速率为0.21 m3/d。

（1）预测情景1：短时渗漏

设定渗漏被自动检测发现及修复时间为7天。在Processing Modflow中选择MT3D模块中设置污染物的初始浓度、污染物的流入率、传输参数、延散参数[3],不考虑化学作用。地下水中高锰酸盐指数浓度分布预测结果见表1。

表1 短时渗漏情景地下水中高锰酸盐指数浓度分布预测结果

短时渗漏情况下,地下水中高锰酸盐指数影响距离为1561 m,影响范围超出了厂界。但由于厂界位于工业园区边界上,超出了工业园区边界。地下水高锰酸盐指数超标距离为282 m,尚未超出厂界。

（2）预测情景2：持续渗漏

假定自动渗漏检测失效,调节池底部渗漏持续发生。计算时长为1年。根据图2～图5可以看出：持续渗漏情况下,地下水中高锰酸盐指数影响距离为1896 m,超出了厂界,也超出工业园区边界。地下水高锰酸盐指数超标距离为948 m,超出厂界,但尚未超出工业园区边界。

表2 持续渗漏情景地下水中高锰酸盐指数浓度分布预测结果

图2 污水处理场持续渗漏高锰酸盐指数预测结果（30天）

图3 污水处理场持续渗漏高锰酸盐指数预测结果（100天）

图4 污水处理场持续渗漏高锰酸盐指数预测结果（180天）

图5 污水处理场持续渗漏高锰酸盐指数预测结果（360天）

3.3 地下水环境影响分析

拟建项目位于玛纳斯河冲积细土平原区,蒸发量大,地下水埋藏浅,水质差,地下径流缓慢,地下水作为农业灌溉用水。

项目建设期,对废水、污水、固体废物进行合理化处理,不会造成地下水污染；服务期满后,工业园区内没有造成地下水污染的污染源,不会对地下水水质产生影响；运营期内,污水经处理站处理后排入污水管网,进入开发区污水处理厂,再处理后统一外排,固体废物统一清运处理,在采取防渗措施、加强渗漏检测的前提下,正常工况不会对地下水水质产生影响；但是,在防渗层破裂时,会对地下水造成一定的影响。

总体来讲,短时泄露影响范围不会超过1000 m,超标距离不超过100 m,均位于工业园区以内。持续渗漏造成的影响范围较大,最远可达2489m,超标距离1245 m,影响范围超出厂界,但没有超出工业园区边界。因此如发现防渗层泄露,一定要及时修复。并在工业园区下游设置地下水监测井,定期对水质进行监测,防止自动渗漏检测失效。

4 结论

项目建设期,对废水、污水、固体废物进行合理化处理,不会造成地下水污染；服务期满后,工业园区内没有造成地下水污染的污染源,不会对地下水水质产生影响；运营期内,污水经处理站处理后排入污水管网,进入开发区污水处理厂,再处理后统一外排,固体废物统一清运处理,在采取防渗措施、加强渗漏检测的前提下,正常工况不会对地下水水质产生影响；但是,在防渗层破裂时,会对地下水造成一定的影响。总体来讲,短时泄露影响范围不会超过1000 m,超标距离不超过100 m,均位于工业园区以内。持续渗漏造成的影响范围较大,最远可达1896 m,超标距离948 m,影响范围超出厂界,但没有超出工业园区边界。因此如发现防渗层泄露,一定要及时修复。