水泥窑协同处置危险废物项目环境分析

[摘要]水泥窑协同处置危险废物在处理时有其特殊性和危险性，处理工艺和技术设备老化不当会引起地下水污染。为了预测在生产过程中可能对地下水环境造成的污染状况，模拟在非正常工况下各类污水泄漏时污染物在地下水系统中的运移。模拟结果表明：污染物迁移方向主要是由北向南，和水流方向一致，污染物的渗漏/泄漏对地下水影响范围较小，仅影响到周边较小范围地下水水质而不会影响到区域地下水水质，不会影响到周边的地下水环境保护目标。

[关键词]水泥窑；危险废物；地下水环境；数值模型；预测评价

水泥窑焚烧处理危险废物能够为水泥生产所有，可以以二次资源或者二次燃烧的形式参与水泥熟料的煅烧过程，二次燃烧通过燃烧放热把热量供给水泥煅烧过程，而燃烧残渣则作为原料通过煅烧时的固、液相反应进入熟料主要矿物，燃烧产生的废气和粉尘通过高效除尘设备净化后排入大气。根据项目工程分析和建设特点，项目主要危废储存装置均不与地面接触，项目危废仓库、危废车间地面冲洗废水和容器、设备、车辆冲洗废水等进废水收集池，生活污水和废气处理系统废水依托处置，主要污染源为废水收集池。若废水收集池防渗设施出现故障、防渗破裂或发生开裂、渗漏等现象，在这几种非正常工况下，废水收集池将对地下水造成点源或面源污染，污染物可能下渗至包气带从而在潜水含水层中进行运移。因此本研究主要考虑非正常状况条件下(废水收集池出现故障，发生开裂、渗漏、防渗失效等)污染物在含水层中的迁移变化规律。

1研究区概况

1.1位置和范围

本项目位于常州市溧阳市，交通便利，公路、水路运输发达，其周边除散落的村庄外其余都为空地。根据本项目位置，结合调查区的水文地质条件，确定出本项目的地下水调查评价范围，面积约19km2。

1.2研究区水文地质条件

根据钻探揭露，勘察深度范围内地基土除表层素填土外，其余主要由粉质粘土及凝灰岩等组成。经勘察，场地63.00米以浅深度内大致可分为9个工程地质(亚)层。其中1~2层土为第四系全新统(Q4)沉积，③~⑥层为第四系上更新统(Q3)沉积，⑦层为第三系渐新统三垛组(E3s)凝灰岩。场地地勘深度内地下水为孔隙潜水，孔隙潜水赋存于①~②层土中。孔隙潜水主要补给源为大气降水及其他地表水体，富水性差，与地表水联系紧密，其水位受气候影响明显。孔隙潜水主要受大气降水和邻近河流的入渗补给，通过蒸发排泄，动态特征表现为气候调节型。勘察时测得孔隙潜水初见水位埋深0.2~1.6m，标高为3.05~3.23m左右，稳定水位埋深在0.4~1.8m，标高为2.85~3.03m，年变化幅度大于1.0m，夏高冬低。

1.3地下水背景值

根据采集的地下水样水质分析，地下水的各种组分都在《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)范围内，这显示出调查区内的地下水没有受到污染。

2地下水流场和溶质迁移模拟

2.1水文地质概念模型

结合水资源分区、水系分布，考虑区域地质、水文地质、环境水文地质条件以及拟建工程对地下水环境影响评价和预测要求确定本次模拟区范围。根据地下水流场及野外调查的地下水位资料，模拟区地下水流向为由北向南，整个模拟区面积约19km2。根据模拟区地层条件，污染进入地下主要污染潜水含水层。因此，模拟层位为第四系潜水含水层。该地区浅层地下水开采利用量很小，区域地下水位随时间波动较小。因此，区域地下水流可近似为稳定流。

2.2模型参数

2.2.1渗透系数k根据厂区水文地质勘查资料，第四系含水层上部岩性主要为素填土和粉质粘土(①②③⑤⑥层)，且以粉质粘土为主，结合室内渗透试验所得渗透系数值，渗透系数分别为7.93E-05cm/s、2.37E-06cm/s、1.65E-07cm/s，本次预测中厂区潜水含水层渗透系数k取中间值2.37E-06cm/s(0.0022m/d)。2.2.2降雨入渗补给率降雨量采用多年平均降雨量1226mm，地下水蒸发量采用多年平均蒸发量1558.6mm。根据以上资料确定降雨入渗补给率Rechargerate为8.3×10-4m/d。2.2.3孔隙度根据厂区地质勘查资料，有效孔隙度取平均值0.4。2.2.4弥散度纵向弥散度αL由图6.6-4确定，观测尺度一般使用溶质运移到观测孔的最大距离表示。本项目从保守角度考虑Ls选1000m，则纵向弥散度αL=10m。横向弥散度取纵向弥散度的1/10，即αt=1m。潜水含水层厚度参照水文地质勘探资料，取值为20m。2.2.5预测时段考虑项目建设、运营和退役期，将地下水环境影响预测时段拟定为10000天。结合工程特征与环境特征，预测污染发生100d、1000d及10000d后污染物迁移情况，重点预测对地下水环境保护目标的影响。2.2.6预测污染物因子筛选本项目设立的废水收集池为主要污染源，污染物浓度最大。本项目污泥渗滤液污染物产生情况如下表1所示，因此水质影响因子主要为COD、氨氮、铬。根据导则识别可能造成地下水污染的因子为COD、氨氮、铬为染物因子，初始浓度见表1。2.2.7泄漏量按废水收集池底面积(142m2)破裂5%，以0.0022m/d(厂区包气带的渗透系数)的速度泄漏180天计算泄漏量：142m2×5%×0.0022m/d×180d=2.8116m3；由于地下水质量标准中无COD指标，将COD换算成高锰酸盐指数进行预测，COD一般是高锰酸盐指数的2~5倍。废水收集池进水中COD按567.677mg/L计算，COD与高锰酸盐指数的倍率按2计算，换算成高锰酸盐指数浓度为283.829mg/L，则泄漏的高锰酸盐指数的总质量为：2811.6L×283.829mg/L=798.014g。

2.3污染晕界限

根据污染预测采用《地下水环境质量标准》(GB/14848-2017)的Ⅲ类标准作为界线值，考虑高锰酸盐的背景值为1.9mg/L(D1孔水样测试结果)，模拟时按照最低附加浓度值1.1mg/L为界限划分污染区和未污染区。氨氮背景值为0.013mg/L(D1孔水样测试结果未检出，按检出限的一半计)，模拟时按照最低附加浓度值0.005mg/L为界限划分污染区和未污染区。铬模拟时按照铬(六价)(Cr6+)II类标准0.01mg/L划分污染区和未污染区。2.4预测情景本次地下水环境影响预测考虑非正常状况下的地下水环境影响。模拟主要污染因子在地下水中的迁移过程，进一步分析污染物最大迁移距离。在防渗措施发生事故的情况下，此时废水直接进入地下水，污染源特征为面源连续污染。由于设置地下水环境长期监测井，污染能被及时监测。假设防渗措施发生事故情况，污染发生180d后被监测井监测到，随即采取应急补救措施。因此模拟事故发生180d及随后时间里污染物自然迁移情况。

3地下水预测结果分析

非正常状况下，利用所建立的模型，评价预测时间段(10000天)内污染物运移过程。经过模拟计算得到污染物运移过程分布图如图1至图9所示。由模拟结果可以看出，废水收集池运行100天后地下水中COD水平最大迁移距离为62.99m；废水收集池运行1000天后地下水中COD水平最大迁移距离为119.47m；废水收集池运行10000天后地下水中COD水平最大迁移距离为226.40m；废水收集池运行100天、1000天、10000天后，污染范围均超出到厂区边界，COD污染距离周边的村庄较远，影响较小。废水收集池运行100天后地下水中氨氮水平最大迁移距离为59.13m；运行1000天后地下水中氨氮水平最大迁移距离为88.95m；运行10000天后地下水中氨氮水平最大迁移距离为103.07m，氨氮污染距离周边的村庄仍然较远。废水收集池运行100天后地下水中总铬水平最大迁移距离为94m；运行1000天后地下水中总铬水平最大迁移距离为161m；运行10000天后地下水中总铬水平最大迁移距离为330m，总铬污染距离周边的村庄仍然较远。

4结论

(1)污染物迁移方向主要是由北向南，和水流方向一致，污染物的渗漏/泄漏对地下水影响范围较小，仅影响到周边较小范围地下水水质而不会影响到区域地下水水质，不会影响到周边的地下水环境保护目标。(2)根据模型预测结果，非正常状况下10000天内废水收集池对地下水环境影响范围仅限于厂区内及附近，距离周边村庄等地下水环境保护目标仍然较远。但若没有及时查出泄漏点、进一步采取有效阻断措施，随着污染物泄漏时间增大，最终会对周边地下水环境保护目标构成威胁。因此，为了避免工厂生产对地下水产生污染危害，应采取相应的防渗及检漏措施，及时排查泄漏点和实施相应补救措施。

参考文献

[1]蓝俊康，郭纯青．水文地质勘察[M]．中国水利水电出版社2008．

[2]薛禹群．地下水动力学[M]．地质出版社，1985：56．

[3]易立新，徐鹤．地下水数值模拟GMS应用基础与实例[M]．化学工业出版社，2009．

作者：洪淑娜 张荣 展漫军 单位：南京市测绘勘察研究院股份有限公司 南京赛特环境工程有限公司 南京市生态环境保护科学研究院