遵义市某工业园区地下水污染现状及方式

张 云,岳齐浩,冯发青

(遵义市红花岗区生态环境污染防治中心,贵州 遵义 563000)

0 前言

在我国,各地区政府根据自身经济发展的内在要求,把工业园区建设作为拉动区域经济增长的新引擎,纷纷制定政策与规划推动工业园区的发展,工业园区作为区域经济发展的新焦点,正如雨后春笋般兴盛起来。但是,由于我国工业园区建设起步较晚,建设经验不是很丰富,在我国工业园快速发展的背后,园区生态环境污染问题日趋显现。地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水,是水资源的重要组成部分,可作为农业灌溉、工矿企业和城市的重要水源。但是近年来,由于医药化工、电镀、机械制造等工业的快速发展,使得我国地下水环境质量下降[1]。尤其是在工业园区内,由于产业的规模化集聚,区域的地下水污染问题更为严重[2-4]。地下水污染具有隐蔽性和延时性,很难在早期被发现,又由于地下水具有流动性,且地下水流场和环境均较为复杂,随着时间的推移,势必会产生较大范围的地下水污染;而地下水在一定条件下又会向地表水排泄,从而引发或加剧园区内或周边区域地表水的污染问题[5-8]。

遵义市红花岗区,是贵州省遵义市的中心城区之一,是遵义市的政治、经济、文化中心和交通枢纽,是黔渝经济圈的重要组成部分。遵义市某工业园区位于遵义市红花岗区深溪镇, 由于园区内部分历史遗留企业生产产生的渣体乱堆乱放或工业废渣堆场、尾矿库渗漏等问题,导致园区地下水系统受到污染并汇入区域地表河流后,致使最终受纳水体遵义市湘江河水质退化。遵义市湘江河是遵义市的母亲河,关系遵义市人民的生存和国民经济发展。保护好红花岗区深溪镇一带地下水系统,改善遵义市湘江河水质是一项刻不容缓、迫在眉睫、功在当代、利在千秋的大事。且工作区为长江经济带西南地区典型的裸露型岩溶山区,岩溶个体形态多样、岩溶化程度高,地下河系统发育,岩溶水文地质条件复杂其污染特征表现在:污染受体在“水里”,污染病根在“岸上”,污染路径在“岩溶”[9～17],此类型地下水污染问题在西南岩溶山区较为典型,因此本次研究通过对该工业园区地下水系统的污染现状开展调查,分析主要污染源,查找主要污染方式,初步分析地下水污染趋势,提出防控对策,为该工业园区地下水系统的污染控制和流域水环境改善提供一定的科学依据,研究结果具有很强的代表性和示范性。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

1.1.1 地理位置

研究区位于遵义市红花岗区深溪镇坪桥村一带,地处东经106°54′02″～106°59′09″与北纬27°33′25″～27°37′30″之间。距离遵义市中心城区约八公里,交通较为便利。研究区分为两个地下河系统。子系统(Ι)位于研究区北西侧,面积9.86 km2,子系统(Ⅱ)位于研究区南东侧,面积25.14 km2。研究区总体地势南高北低,以溶丘谷地地貌为主,属典型中亚热带湿润季风气候,多年主导风向6-8月为东南风,其余各月为东风,多年平均降水量1 200 mm左右,平均日照1 000～1 300 h,平均气温在12.6℃～18℃之间,平均风速0.9～2.2 m/s,全年无霜期250～350 d,年相对湿度80%左右。研究区地表河流属于长江流域乌江水系湘江流域,最终通过遵义市湘江河右岸汇入。

1.1.2 区域水文地质总体特征

研究区地下水类型分为碳酸盐岩岩溶水和松散岩类孔隙水两大类型。其中碳酸盐岩岩溶水又可进一步分为纯碳酸盐岩岩溶水、碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩溶水两个亚类。其中纯碳酸盐岩岩溶水是研究区地下水主要含水层。碳酸盐岩与非碳酸盐互层区岩层富水不均一,富水性贫乏至弱,为相对隔水层,呈环形带状。研究区内松散岩类孔隙水分布范围小、含水层薄、富水性弱,无实际供水意义。

研究区内降水量丰富,大气降水是地下水主要的补给源。区内地质构造复杂,受构造控制局部地段形成了碳酸盐岩含水层与相对隔水层相间分布的格局,在含水层与相对隔水层接触带排泄于地表补给地表水系,地表溪流沿碎屑岩区溪沟继续前行,在流至碳酸盐岩区时再次通过落水洞、伏流入口等转为暗流补给地下水,形成岩溶地下水与地表水互补现象。受地质构造及地层岩性的控制,地下水主要沿构造线方向运移,多呈管状、脉状集中赋存、径流,总体上地下水径流条件较好,流向多迁就于构造、地形,岩溶水径流途中,当遇到河谷或地势低洼的沟谷时,则出露于地表。研究区地势总体较平缓,相对高差小,地下水整体由南西向北东径流。地下水水力坡度较缓,水动力特征显著于水平方向地下水径流。研究区雨量充沛,大气降水除部分形成地表径流和蒸发外,另一部分渗入补给地下水,以岩溶水形式赋存于碳酸盐岩中,以泉或地下河的形式排泄于地表。

1.2 样品采集与测试

1.2.1 监测范围及布点

为掌握研究区地下水污染现状,根据研究区地下河系统水文地质特征、使用功能以及敏感点分布状况,以及研究区及周边工矿企业分布特证,采用控制性布点和功能性布点结合的原则,在充分分析潜在污染源位置的基础上,参照《地下水环境监测技术规范(HJ164-2020)》要求,在研究区及周边选择地下河出口、表层泉、河流断面、岩溶泉、消水洞等布设丰水期、枯水期共同监测点27个,采样点分布如图1所示,并委托第三方检测公司对研究区地下水水质进行采样及监测。从图中可以看出,水质采样点覆盖了整个工业园区及地下水系统,监测获得水质信息能够代表研究区地下水中的水质现状。

图1 研究区监测点位分布图

1.2.2 监测项目与评价方法

本次调查根据研究区工矿企业分布特征及实际踏勘调查结果,结合《地下水质量标准》(GB/T14848-2017),选取突出影响水质和形成条件的常规一般无机化学指标14项(pH、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、铝、耗氧量、氨氮、硫化物、钠),影响人体健康和反映人类活动的常规无机毒理学指标11项(亚硝酸盐、硝酸盐、氰化物、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、镉、铬、铅)和非常规无机毒理学指标5项(钡、镍、钴、钼、银)开展地下水质量等级评价。样品处理和化学分析方法参照《地下水环境监测技术规范(HJ164-2020)》执行,研究区范围内地下水环境质量等级采用单指标评价方法,执行《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅲ类限值标准,按指标值所在的限值范围确定地下水质量等级,指标限值相同时,从优不从劣。

2 结果与分析

2.1 污染现状

通过对丰水期地下水采样结果进行分析,具体见表1。由表1可知,丰水期1、2、3、8、9、11、20、21、22等9个点位地下水水质良好,没有超限值指标,其地下水质量等级均为Ⅲ类,占比24.32%,其余点位均有部分指标超过《地下水质量标准》Ⅲ类(GB/T14848-2017)标准限值,地下水质量等级呈现为IV类或V类,其中IV类占比44.44%,V类占比22.2%;超限值指标有SO42-、Fe、Mn2+、Al、CODMn、NH4+、NO2-、NO3-、F-、Se等10项,其中14、15、16、17、24等5个点位超限值指标较多。从地下河子系统来看,子系统(Ⅰ)17个采样点中,其下游5个采样点地下水质量等级为IV类和V类,中游9个采样点为Ⅲ类和IV类,上游3个采样点均为Ⅲ类;由此可见,子系统(Ⅰ)中下游水质劣于上游,且地下水质量等级以IV类为主,占比41.18%,其次为Ⅲ类,占比35.29%,最后为Ⅴ类,占比23.53%,特征污染指标以SO42-、Mn2+、NH4+、NO2-、NO3-、Se为主。子系统(Ⅱ)10个采样点中,其下游3个采样点地下水质量等级为IV类和V类,中游2个采样点均为IV类,上游5个采样点为IV类和Ⅲ类;由此可见,子系统(Ⅱ)同子系统(Ⅰ)一样,其中下游劣于上游,且地下水质量等级以IV类为主,占比50%,其次为Ⅲ类,占比30%,最后为Ⅴ类,占比20%,特征污染指标以NO3-为主。

表1 丰水期地下质量等级分析结果表

通过对枯水期地下水采样结果进行分析,具体见表2。由表2可知,枯水期2、3、10、18、20、22等6个点位地下水水质良好,没有超限值指标,其地下水质量等级均为Ⅲ类,占比22.22%,其余点位均有部分指标超过《地下水质量标准》Ⅲ类(GB/T14848-2017)标准限值,地下水质量等级呈现为IV类或V类,其中IV类占比37.04%,V类占比40.74%;超限值指标有与丰水期指标相同,且同为14、15、16、17、24等5个点位超限值指标较多。从地下河子系统来看,子系统(Ⅰ)17个采样点中,其下游5个采样点地下水质量等级为IV类和V类,中游9个采样点为Ⅲ类、IV类和V类,上游3个采样点为Ⅲ类和IV类;由此可见,枯水期子系统(Ⅰ)中下游水质同样劣于上游,且地下水质量等级以IV类和Ⅴ类为主,各占比41.18%,其次为Ⅲ类,占比17.64%,特征污染指标以SO42-、Fe、Mn2+、Al、CODMn、NH4+、NO2-、NO3-、Se为主。子系统(Ⅱ)10个采样点中,其下游3个采样点地下水质量等级为IV类和V类,中游2个采样点均为V类,上游5个采样点为IV类和Ⅲ类;由此可见,枯水期子系统(Ⅱ)同子系统(Ⅰ)一样,其中下游同样劣于上游,且地下水质量等级以Ⅴ类为主,占比40%,其次为IV类和Ⅲ类,各占比30%,特征污染指标依然以NO3-为主。

表2 枯水期地下质量等级分析结果表

总体来看,研究区地下水水质丰水期优于枯水期,丰、枯水期子系统(Ⅱ)水质均要优于子系统(Ⅰ),且两个子系统均为中下游水质劣于上游。丰水期子系统(Ⅰ)特征污染指标以SO42-、Mn2+、NH4+、NO3-、Se为主,枯水期时较丰水期增加Fe、Al、CODMn、丰、枯水期子系统(Ⅱ)特征污染指标均为NO3-,子系统(Ⅱ)污染程度要明显低于子系统(Ⅰ)。

2.2 主要污染源

研究区及其周边地区历史上为工矿企业集中分布区,现仍有电解锰、钢铁、混凝土、家具陶瓷、建筑材料等50余家生产企业。通过统计研究区可能对地下水系统造成影响的各类污染源,包含污染源(28处)和潜在污染源(24处)合计52处,见图2;其中包括工业废渣堆放场21处、工矿业废水3处、生活污水8处、生活、建筑垃圾场2处、养殖场2处、企业生产点10处、加油站2处、医疗类生产点4处。

图2 研究区面上调查(潜在)污染源空间分布图

通过XRF手持式重金属分析仪,对研究区残留的电解锰渣、火力发电厂水冲渣、钢锰冶炼炉渣、电石渣、混凝土废渣、钛厂炉渣等6种典型废渣进行现场检测,见表3。结果表明,电解锰矿渣具有较高的Mn、Al2O3、S等含量,火力发电厂水冲渣具有较高的MgO、Mn、Al2O3等含量、钢锰冶炼炉渣具有较高MgO、Mn、Fe、S等含量,电石渣和钛厂炉渣均具有较高Ca、MgO、Al2O3等含量,混凝废渣具有较高的Ca、MgO、Al2O3等含量,同时电解锰渣还具一定的Ni、Se、Pb、As等含量。

表3 研究区典型废渣现场检测指标结果表

对电解锰渣、火力发电厂水冲渣、钢锰冶炼炉渣、电石渣、钛厂炉渣等5种废渣淋滤液及生活污水汇集塘(污染源点号⑩)进行全分析和微量元素分析,按照《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)对测试结果进行分析评价,将水质评价结果IV、V类组分作为相应的特征污染组分,具体见表4。由表4可知,本次采集测试的废渣淋滤液和污水涉及Na+、Mn2+、NH4+、SO42-、NO2-、NO3-、F-、Cl-、Fe、Al、Ni、Pb、Se、As、CODMn等15项特征污染指标,其中NH4+、CODMn属于共性指标,除电石渣外,其余几种废渣淋滤液均含有Mn2+、SO42-。且Z1电解锰渣渗滤液特征污染物与子系统(Ι)特征污染SO42-、Mn2+、NH4+、NO2-、NO3-、Se较为吻合,反映出研究区内Z1电解锰渣对地下河子系统(Ι)的影响较大。子系统(Ⅱ)特征污染指标以NO3-为主,应与中下游分布的历史遗留尾矿渣淋滤液渗漏补给地下水有关。

表4 研究区污染源淋滤液特征污染组分表

通过以上分析,上述污染源点位中,21处规模大小不一的工业废渣堆放场为污染研究区地下水水质的主要污染源;其中Z1～Z10为20世纪80至90年代建设遗留的,具有防渗标准低、设施不规范、随意堆放等特征。

2.3 主要污染途径

地下水样品测试分析表明,丰、枯水期子系统(Ⅰ)超《地下水质量标准》Ⅲ类(GB/T14848-2017)标准限值点位分别占子系统(Ⅰ)64.71%和76.47%,丰、枯水期子系统(Ⅱ)超《地下水质量标准》Ⅲ类(GB/T14848-2017)标准限值点位分别占子系统(Ⅱ)70%和80%,受污染地下水点位主要分布于中下游,多位于地下水径流-排泄区。子系统(Ⅰ)中下游污染源种类较多,主要包括工业废渣堆场、生活废水、工业企业等,子系统(Ⅱ)污染源种类主要以工业废渣堆场为主。

研究区为裸露型开放式地下河系统,含水岩组为三叠系中统关岭组第二段(T2g2)灰岩,岩溶极为发育且不均匀,地下河系统地表岩溶洼地、落水洞、地下河天窗密布。由于天窗往往与地下河管道相通,研究区工矿企业通过天窗排放的生产生活污水,快速灌入直接影响地下水水质,代表性的有污染源点位,其污染方式见图3。由于岩溶区消水洞与地下河管道相通,研究区工矿企业直接或间接通过消水洞向地下排放的生产生活污水直接影响地下水水质,代表性的有污染源点位,该点位为一面积约2 000 m2污水汇集塘,为周边园区和沿途生产生活污水的纳污塘,水塘中部水深15～20 cm,边部深约5～8 cm,水塘四周未见排污管,塘内污水可通过塘中部的消水洞渗入(入渗量约1 L/s)地下对地下水造成污染,其污染方式见图4。子系统(Ⅰ)特征污染指标SO42-、Mn2+、NH4+、NO2-、NO3-、Se与Z1电解锰渣渗滤液特征污染物较为吻合,Z1电解锰渣的尾渣库渗滤液回收竖井在降雨时渗滤液大量在竖井中蓄积,当竖井中的渗滤液未被及时抽走或抽水泵下放的深度不够,竖井中形成高水头水压对底部防渗层造成威胁;长期以往,竖井下部的防渗层可能因高水头压力而逐渐被破坏,渗滤液最终通过破坏部位渗透方式污染地下水,其污染方式见图5。工矿企业在岩溶区库、塘周边修建生产区,生产过程中形成的污水通过排水渠道进入库、塘,污染后的池塘水通过缓慢入渗的方式进入地下,其污染方式见图6。

图3 天窗快速灌入型

图5 竖井高压渗透污染型

3 结语

总体而言,研究区地下水质量等级以IV类或V类为主,同时地下水系统水质存在季节变化特征;丰水期水质要优于枯水期;在丰、枯水期,子系统(Ⅱ)水质均要优于子系统(Ⅰ),子系统(Ⅰ)特征污染指标以SO42-、Mn2+、NH4+、NO3-、Se为主,子系统(Ⅱ)特征污染指标以NO3-为主,子系统(Ⅱ)污染程度要明显低于子系统(Ⅰ)。研究区内各类污染源污染地下水方式主要有天窗快速灌入型、消水洞快速灌入型、竖井高压渗透污染型、地表缓慢入渗型,其中21处规模大小不一的工业废渣堆放场是造成研究区地下水污染的主要原因。

随着研究区园区建设发展,入驻企业的不断更替及增加,工业废水、生活污水、废渣排放量不断增大;历史遗留工业废渣堆放场防渗标准低、设施不规范、随意堆放;Z1电解锰渣渗滤液竖井存在渗漏等;以上趋势均会进一步加重研究区地下水系统污染程度。结合研究区地下水污染情况及污染特点,采取合理的处置措施。可通过提高园区企业、工人及居民环境意识,修缮生活污水管网、排水渠、污水汇集塘至Z1电解锰渣之间的排水设施,合理引排生活污水、养殖废水、工业废水,从源头控制研究区各类环境污染点、工业堆放场、污水排放口、养殖场等;加强对研究区内历史尾矿渣的处理力度,避免其淋滤液入渗污染地下水;加大对Z1电解锰渣及其周边地下水污染的治理力度,采取帷幕灌浆方式在Z1电解锰渣库坝下游地下水污染径流带建立阻隔墙,及时完善Z1电解锰渣竖井渗滤液回收工作,加强Z1电解锰渣西南侧山坡降雨坡面流的集中收集工作,修缮原有已经损坏的排水渠;加强Z1电解锰渣东南侧上游200 m处池塘排水导流工作,降低池塘水沿途入渗淋滤尾渣库的可能性等合理措施及时防控污染源的进一步扩散。