生活垃圾渗滤液对地下水污染预测影响分析

於 静, 陈 啸

(1.台州市生态环境局椒江分局,浙江 台州 318000; 2.台州聚橙环保科技有限公司,浙江 台州 318000 )

1 基本概况

该垃圾焚烧发电项目场址位于长三角某沿海城市，处置规模为1000 t/d。项目建设1×500 t/d机械炉排垃圾焚烧炉与1×N15MW 汽轮发电机组。配套建设1 座180 m3/d 处理规模的垃圾渗滤液预处理装置，垃圾渗滤液预处理装置采用螺旋格栅机+预沉池+调节池+高效厌氧反应罐+一级A/O+外置式超滤膜+NF+RO的处理工艺，取消原先设计的“化学软化+TUF管式软化膜+DTRO”深度处理工艺。

2 污染影响情形及污染源强确定

地下水环境污染影响情形为生活垃圾焚烧发电工程建设的180 t/d处理规模的垃圾渗滤液预处理站在运营过程中，垃圾渗滤液预处理站调节池因运行时长、高浓度垃圾渗滤液腐蚀等原因，池体发生破损，垃圾渗滤液发生渗漏，进而对地下水环境造成污染[1～5]。

垃圾渗滤液污染因子主要为CODMn和氨氮，项目产生的高浓度废水主要集中于垃圾渗滤液预处理装置调节池所在处，本次预测以调节池为污染源。调节池为半地埋构筑物，单池容积约1687.5 m3(地上高约6 m，地下3 m)。场地地下水水位20 m左右，调节池中渗滤液水位大部分情况下高于地下水位，若调节池底部发生破损，污水可通过破损处进入附近土壤及包气带，进而进入地下水。本次评价将非正常工况下，污染情景源强确定为：渗滤液调节池底部发生破损，渗滤液废水中的CODMn、氨氮等污染物通过破损处长时间低流量逐步通过土壤进入地下水中，CODMn、氨氮泄漏浓度取处理前的15750 mg/L、1500 mg/L。

3 区域水文地质

3.1 评价范围内地形

地下水评价范围内的地形三维图如图1所示。地形数据来自SRTM(ShuttleRadarTopographyMission)所提供的90 m分辨率地面高程网格数据[6～8]。

图1 地下水评价范围地形三维图

3.2 区域地形地貌特征

项目建设地属丘陵山区，整个地势以东北、西北、西南较高，向东和东南部倾斜。县境内1000 m以上的山峰有21个。中间河谷平原地势平缓，海拔在50～100 m之间，间有低丘。全域海拔500 m以上的低中山占总面积26.8%，海拔500 m以下的丘陵占总面积51.5%，河谷平原占总面积21.7%，总面积中耕地占12.7%，水域占5.2%，构成“八山半水分半田”的地类组合。

3.3 区域构造

根据1/200000区域地质调查报告，所在场地大地构造单元为华南褶皱系浙东南褶皱带，位于新华夏系第二个一级构造复式隆起带南段东侧。构造形迹以断裂为主，褶皱不明显。区域构造体系属华夏构造体系，主要表现为北东～北北东向的断裂构造，场地总体稳定性较好。

3.4 地质构成及特征

依据场地岩土工程初步勘察报告，场地地层自上而下共分3个大层，分述如下：第1层：素填土(mlQ4)灰～灰黄色，稍湿，呈松散状态，主要由风化岩碎块、卵石混粘性土组成，局部见植物根系。该层局部分布，层厚为0.30～2.80 m。第2层：含碎石粉质粘土(dlQ3)灰黄色，湿，粉质粘土呈硬可塑～硬塑状态，整体呈稍密状态，颗粒粒径大于20 mm约占18.5%，在2～20 mm间的约占12.2%，含碎石，最大粒径10 cm左右，碎石、角砾成分主要为凝灰岩，呈棱角状及次棱角状。土质不均，属混合土，局部为粉质粘土或碎石层。实测动力触探试验锤击数N63.5=6.0～20.0击，平均为10.4击。该层大部分布，层顶埋深0.00～2.80 m，层顶标高153.68～186.18 m，揭露层厚为0.50～9.80 m。第31层：强风化凝灰岩(J3)灰褐、灰绿色，残留部分母岩结构，局部夹全风化及中风化岩块。实测动力触探试验锤击数N63.5=28.0～50.0击，平均为39.9击。该层大部分布，层顶埋深0.50～1.40 m，层顶标高143.88～185.48 m，揭露层厚为0.50～2.80 m。

3.5 区域水文地质

据地质勘察资料，场地地下水存在二类地下水，即孔隙潜水、基岩裂隙水。

(1)孔隙潜水孔隙潜水主要赋存于浅部的填土及含碎石粉质粘土层中，分布广泛而连续。潜水主要接受大气降水的入渗补给，以垂直蒸发排泄为主，其水位受季节及大气降水控制，动态变化较大。勘察期间实测水位埋深在1.00～4.20 m，标高在150.08～181.33 m。地下水位受大气降水及季节影响，年水位变化幅度约1.0～2.0 m。

(2)基岩裂隙水基岩裂隙水赋存于风化基岩裂隙中，主要接受相邻地层入渗补给，以地下迳流及泉水为主要排泄途径，富水性随基岩裂隙发育程度有差异，总体水量贫乏。

4 场地地下水现状

根据调查，本区地下水无人工开采，也无人工回灌；项目所在地区域地下水尚未划分功能区，目前也无开发利用计划。由于潜水含水层地下水流向与季节相关，枯水期时项目所在区域的地下水向周边地表水排泄，此时因本项目非正常事故引起的地下水污染，可能会进一步对周边地表水造成影响，地下水最终纳入所在地海湾海域[9～12]。根据监测水位数据，通过样条函数插值法，差值得到的等水位线如图2所示。本项目垃圾渗滤液等高浓废水收集后经厂内渗滤液污水处理系统处理后回用。厂内渗滤液污水处理系统位于厂区东侧，由图2可知，地下水自东北向西南方向流动，水力梯度约为0.014。

图2 区域地下水等水位线

5 地下水环境影响预测分析

5.1 污染途径及情景分析

所在地地下水产生污染的途径主要是渗透污染，主要渗透污染源可能来自于以下4个方面：①项目产生的污水排入周边水体中进而渗入补给地下水含水层中；②固体废物渗滤液或井雨水产生的淋滤液渗入地下水含水层中；③由于废水收集及输送埋地管道发生破损进而渗透污染地下水。本项目渗滤液经专管收集后暂存于渗滤液收集池，后管道输送渗滤液污水处理系统处理；④由于渗滤液等废水处理池池体及防渗层出现破损,进而发生泄漏污染地下水。相对而言，渗滤液处理系统调节池非正常工况造成的影响具有较大隐蔽性和危害性，而且对潜水含水层具有直接、长期的影响。因此，本次评价主要考虑厂区内渗滤液处理系统调节池因池体及其防渗层破损导致废水泄漏情形下对地下水环境的影响。根据前文分析，主要针对评价区内的淤泥孔隙潜水[13]。

5.2 预测模型

本项目地下水三级评价可通过解析法预测地下水环境影响。项目在正常情况下基本不产生地下水污染，主要的考虑因素是渗滤液调节池破损导致的渗滤液渗漏对地下水可能造成的影响[14, 15]。假设渗滤液低流量、长时间泄漏；此污染情景可概化为一维稳定流动一维水动力弥散问题，本情景适合导则推荐解析法中的D.1.2.1.2，一维半无限长多孔介质柱体，一端为定浓度边界。取平行地下水流动的方向为x轴正方向时，污染物浓度分布模型如下：

(1)

地下水实际渗透速度：

u=KI/ne=0.007×0.014/0.506=2×10-4m/d

(2)

式(1)、(2)中：x为距注入点的距离，m；t为时间，d；C(x，t)为t时刻点x处的示踪剂浓度，g/L；C0为注入的示踪剂浓度，g/L；K为饱水带渗透系数，根据资料，取0.007 m/d；I为饱水带水力梯度，根据水位数据计算，约0.014；ne为有效孔隙度，约0.506；u为水流速度，m/d；DL为纵向弥散系数，m2/d。

结合纵向弥散度与观测尺度关系的理论，根据本次场地的研究尺度，模型计算中纵向弥散度选用15 m。由此估算评估区含水层中的纵向弥散系数：DL=αL×u=15 m×2×10-4m/d≈0.003 m2/d。

5.3 地下水影响预测分析

通过对污染物源强的分析，筛选出具有代表性的污染因子进行预测。CODMn、NH3-N分别以《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅲ类标准对标评价，CODMn、NH3-N浓度对应超过3.0 mg/L、0.5 mg/L的污染羽作为超标范围，分别计算CODMn、NH3-N在泄漏100 d，1000 d，3650 d，7300 d后的浓度与最大运移距离。CODMn、NH3-N在7300 d内的污染物浓度随着距离的变化具体见表1。

表1 地下水中污染物迁移预测结果

由表1可以看出，污染物浓度随着距离的增加逐渐减小，随着时间的推移，高浓度污染物逐渐向下游扩散，时间越长，污染范围越大。CODMn在100 d超标距离约0 m，至7300 d超标距离约72 m；氨氮在100 d超标距离约5 m，至7300 d超标距离约72 m。

6 结论与讨论

根据调查分析，该生活垃圾焚烧场地下水主要赋存于含淤泥层中，水流大体自东北向西南流动，最终流入附近海域。正常工况下，采取分区防渗等措施并加强日常维护后，不会有污水的泄漏情况发生，也不会对地下水环境造成影响。

根据预测结果可知，事故工况下，假设垃圾渗滤液调节池发生污水泄漏，污染物CODMn和氨氮持续进入地下水中，7300 d可运移至下游72 m距离处，对场地内地下水造成影响，间接影响场地外地下水。因此，该生活垃圾焚烧场地需做好日常地下水防护工作，按规范做好废水收集、储存、输送、处理系统构筑物及管路的防渗、防沉降处理，以防范对地下水环境质量的影响；同时做好厂内的地面硬化防渗，特别是对项目各生产单元、废水预处理单元、固废暂存单元和生产装置区的地面防渗工作，只要落实以上措施，则该项目的运行对地下水环境影响不大。