危废仓储项目对地下水环境影响预测与评价

王婷婷,马洪彬,肖传宁

(天津市勘察设计院集团有限公司,天津 300191)

地下水污染具有隐蔽性、滞后性,一旦遭受污染便难以逆转和恢复[1]。危废仓储项目在运行过程中存在污染物因防渗老化或腐蚀,储罐破裂等非正常工况下发生渗漏或泄露风险,泄露污废水因雨水形成的滤渗液会对厂区周边土壤及地下水环境产生污染。因此本文选取天津某危废仓储项目,对该项目运营期可能产生的影响范围进行水环境影响预测,分析污染质运移特点,预测建设期和运营期工况条件下的不利影响,为制定地下水环境保护措施与跟踪监测计划提供依据。

1 项目组成

危废仓储项目位于天津市蓟州区,危废暂存库内部划分为2个独立暂存隔间,7个独立的暂存区。年运转危险废物20 450 t,最大暂存量466 t。库房内设置收集沟及收集池,1号应急池收集HW08物质,2号应急池收集HW09物质,3号应急池收集HW34、HW31物质,4、5号应急池收集HW49(900-044-49)物质,6号应急池收集HW21、HW22、HW16物质,7号应急池收集HW17物质,9号应急池收集HW12物质,主通道区设置一个8号应急池收集。贮存区内液态、半固态废物一旦发生泄漏,废液可通过导流槽进入收集池中。故收集池中水质较复杂、浓度较大,一旦渗漏或泄漏,将会是对地下水影响较大的区域。故本次预测选收集池作为预测的代表性区域,即一旦液体贮存物在防渗体系正常状况下发生渗漏及防渗体系出现损坏发生泄漏的情况。

2 地下水环境影响预测条件

2.1 预测时间

选取地下水影响的关键时段,至少包括污染发生后100 d、1 000 d、服务年限或能反映特征因子迁移规律的其他重要的时间节点。本次拟建项目设计使用年限按30年考虑,故按发生渗漏后的第100 d、1 000 d和30 a的地下水污染情况进行预测。

2.2 预测因子

项目收集和贮存的液体危险废物主要有油/水、烃/水混合物或乳化液、废矿物油与含矿物油废物、废有机溶剂与含有机溶剂废物、含铅废物、感光材料废物、废矿物油与含矿物油废物、表面处理废物等,可能发生土壤、地下水污染的特征因子有铬、镍、铜、铅等重金属,石油类等其他污染物,不涉及持久性有机污染物。

由于本项目为危险废物收集与贮存项目,涉及的污染物种类较多且污染物浓度或含量上限不易确定,故本次根据标准限值的大小确定预测因子,由项目涉及到的重金属、持久性有机污染物及其他类别中各选择一种标准限值最小或暂存量最大的污染物作为预测因子。经比较,重金属类别选择铅污染物作为预测因子,标准限值为0.01 mg/L,其他类别选择石油类作为预测因子,标准限值为0.05 mg/L,不涉及持久性有机污染物。

2.3 预测情景设置及参数选取

2.3.1 正常工况

正常工况下危废存储项目应进行必要的防渗设计并通过验收,本项目为危险废物收集,危险废物贮存区需满足防渗技术要求,防渗设计后,污染源得到有效隔离,基本不会外排,仅可能发生合格标准范围内的少量渗漏。本项目收集池为钢筋混凝土地下结构,最大埋深为1.5 m,池体渗漏量可按下式计算:

Q=α×q×(S底+S侧)×10-3

(1)

式中:Q为渗漏量(m3/d);S底为池底面积(m3);S侧为池壁浸湿面积(m3);α为变差系数,一般可取0.1～1.0;q为单位渗漏量(L/m2·d)。

石油类污染物泄漏将收集至1号、2号收集池,铅污染物泄漏将收集至3号收集池。按最不利情况考虑,1号、2号、3号收集池池壁浸湿面积分别为7.5 m2、4.0 m2、7.5 m2,池底面积分别为1.5 m2、1.0 m2、1.5 m2。钢筋混凝土结构池体的单位渗漏量约为2 L/m2·d,变差系数取1.0,则1号、2号、3号收集池在正常状况下的渗漏量分别为0.018 m3/d、0.01 m3/d、0.018 m3/d。废矿物油的密度约为0.85 g/cm3,酸液中的铅污染物浓度可达25 mg/L,因此,1号、2号收集池渗漏石油类污染物的量分别为8.5 kg/d、15.3 kg/d,3号收集池渗漏铅污染物的量分别为4.5×10-4kg/d。

2.3.2 非正常状况

非正常状况为工艺设备或地下水环境保护措施因系统老化或腐蚀,使防渗结构的防渗性能下降的情景。收集池为地下结构,最大埋深为1.5 m,防渗措施因地面不均匀沉降等问题而产生破坏,发生液体危险废物泄漏时不易发现并及时切断污染源,污染物会形成长期持续地入渗。非正常状况下的渗漏量按正常状况的10倍计,则1号、2号收集池渗漏石油类污染物的量分别为85 kg/d、153 kg/d,3号收集池渗漏铅污染物的量分别为4.5×10-3kg/d。

(1)预测模型

针对收集池部位的铅、石油类的泄漏情况,假定收集池中渗漏的危险废物每周清理1次,泄漏时间为7 d。不考虑包气带的吸附作用引起的时间滞后,隐患点位附近水位稳定,对污染物垂直方向进入含水层进行预测。因此模型可概化为示踪剂瞬时注入的一维流动和二维弥散问题。求污染物浓度分布模型公式如下:

(2)

式中:x,y分别为计算点处的位置坐标;T为时间,d;C(x,y,t)为t时刻点x,y处的污染物浓度,g/L;M为含水层厚度,m;mM为长度为M的线源瞬时注入的污染物的质量,kg;u为水流速度,m/d;n为有效孔隙度,无量纲;DL为纵向弥散系数,m2/d;DT为横向y方向的弥散系数,m2/d。

(2)水流速度(u)

依据盐工勘察报告,结合渗透试验和抽水及注水试验,按最不利情况考虑,确定厂区渗透系数值为K=1.47 m/d;根据场地潜水观测结果,地下水由西北向东南流动,结合本项目实测流场图,平均水力坡度取1.0‰,有效孔隙度按ne=0.1考虑,则u=KI/ne=0.014 7 m/d。

(3)纵向x方向的弥散系数DL

弥散试验受场区尺度效应影响显著,使得其结果应用受到局限。参考Gelhar等人关于弥散度和观测尺度关系理论,结合场区研究尺度选取弥散度αL为10 m。基于此计算纵向和横向弥散系数为:

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

(4)含水层厚度

根据厂区地质勘察资料,确定本区潜水含水层平均厚度M约为12.3 m。

3 污染物在地下水中的运移预测

污染物进入潜水层后,预测自泄露起第100 d、1 000 d和整个服务期(30 a)的含水层各情景下铅、石油类污染物超标范围。同时考虑本项目所在区域地下水中铅、石油类污染物的背景值,根据地下水环境现状监测结果可知,铅指标最大监测浓度为0.000 93 mg/L,石油类指标均低于检出限,故本次考虑铅污染物的浓度背景值为0.000 93 mg/L,预测铅污染物浓度在地下水含水层中的运移情况,同时仅预测石油类污染物贡献值在地下水含水层中的运移情况。预测中给出地下水中各污染因子的浓度随距离的变化情况,超标距离以Ⅲ类水标准限值为依据进行划定。评价中,最大超标距离为沿下游方向污染物浓度超过标准限值的最大距离。

3.1 正常状况

3.1.1 铅污染物

3.1.2 石油类

从图1～6可见,在正常状况下,铅污染物渗漏到潜水含水层100 d时,污染物浓度超标距离为10.0 m,峰值距离渗漏点约1.5 m;1 000 d及30 a时,铅污染物浓度均未超标。石油类污染物渗漏到潜水含水层100 d时,污染物浓度超标距离为25.7 m,峰值距离渗漏点约1.50 m;1 000 d时,石油类污染物浓度超标距离为81.8 m,峰值距离渗漏点约14.70 m;运移30 a时,石油类污染物浓度最大超标距离为345.0 m,峰值距离渗漏点约161.00 m。本项目1号、2号收集池沿地下水水流方向距离厂界最近距离约30 m,3号收集池沿地下水水流方向距离厂界最近距离约17 m,正常状况下铅污染物渗漏到潜水含水层后不会对厂界以外的潜水含水层水质产生不利影响,石油类污染物渗漏到潜水含水层1 000 d、30 a时均会对厂界以外的潜水含水层水质产生不利影响,不能满足要求。

图1 100d时泄漏点下游铅浓度-距离关系

图2 1 000d时泄漏点下游铅浓度-距离关系

图3 30a时泄漏点下游铅浓度-距离关系

图4 100d下游石油类贡献值浓度-距离关系

图5 1000d下游石油类贡献值浓度-距离关系

图6 30a下游石油类贡献值浓度-距离关

3.2 非正常状况

3.2.1 铅污染物

3.2.2 石油类

从图7～图12可见,在非正常状况下,铅污染物泄漏到潜水含水层100 d时,污染物浓度超标距离为15.9 m,峰值距离泄漏点约1.5 m;1 000 d时,污染物浓度超标距离为41.6 m,峰值距离泄漏点约14.7 m;30 a时,铅污染物浓度未超标。石油类污染物泄漏到潜水含水层100 d时,污染物浓度超标距离为28.3 m,峰值距离泄漏点约1.50 m;1 000 d时,石油类污染物浓度超标距离为91.2 m,峰值距离泄漏点约14.7 m;运移30 a时,石油类污染物浓度最大超标距离为381.6 m,峰值距离泄漏点约161.0 m。本项目1号、2号收集池沿地下水水流方向距离厂界最近距离约30 m,3号收集池沿地下水水流方向距离厂界最近距离约17 m,非正常状况下铅污染物泄漏到潜水含水层1 000 d后会对厂界以外的潜水含水层水质产生不利影响,石油类污染物泄漏到潜水含水层1 000 d、30 a时均会对厂界以外的潜水含水层水质产生不利影响,不能满足要求。

图7 100d时泄漏点下游铅浓度-距离关系

图8 1000d时泄漏点下游铅浓度-距离关系

图10 100d下游石油类贡献值浓度-距离关系

图11 1000d下游石油类贡献值浓度-距离关系

图12 30a下游石油类贡献值浓度-距离关系

4 结语

根据预测结果,在正常状况及非正常状况下,污染物进入地下水含水层后均将会对厂界以外的潜水含水层产生不利影响,因此,针对收集池部位需采取预防处理措施,根据场地区域地质情况和水文地质资料,建议在收集池部位的底部及四周铺设玻璃钢进一步增强防渗措施,经铺设玻璃钢后,几乎不会有污染物泄漏,处理技术要求可满足相关防渗技术要求。