水泥窯協同處置危險廢物項目環境分析

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[摘要]水泥窯協同處置危險廢物在處理時有其特殊性和危險性，處理工藝和技術設備老化不當會引起地下水污染。為了預測在生產過程中可能對地下水環境造成的污染狀況，模擬在非正常工況下各類污水泄漏時污染物在地下水系統中的運移。模擬結果表明：污染物遷移方向主要是由北向南，和水流方向一致，污染物的滲漏/泄漏對地下水影響范圍較小，僅影響到周邊較小范圍地下水水質而不會影響到區域地下水水質，不會影響到周邊的地下水環境保護目標。

[關鍵詞]水泥窯；危險廢物；地下水環境；數值模型；預測評價

水泥窯焚燒處理危險廢物能夠為水泥生產所有，可以以二次資源或者二次燃燒的形式參與水泥熟料的煅燒過程，二次燃燒通過燃燒放熱把熱量供給水泥煅燒過程，而燃燒殘渣則作為原料通過煅燒時的固、液相反應進入熟料主要礦物，燃燒產生的廢氣和粉塵通過高效除塵設備凈化后排入大氣。根據項目工程分析和建設特點，項目主要危廢儲存裝置均不與地面接觸，項目危廢倉庫、危廢車間地面沖洗廢水和容器、設備、車輛沖洗廢水等進廢水收集池，生活污水和廢氣處理系統廢水依托處置，主要污染源為廢水收集池。若廢水收集池防滲設施出現故障、防滲破裂或發生開裂、滲漏等現象，在這幾種非正常工況下，廢水收集池將對地下水造成點源或面源污染，污染物可能下滲至包氣帶從而在潛水含水層中進行運移。因此本研究主要考慮非正常狀況條件下(廢水收集池出現故障，發生開裂、滲漏、防滲失效等)污染物在含水層中的遷移變化規律。

1研究區概況

1.1位置和范圍

本項目位于常州市溧陽市，交通便利，公路、水路運輸發達，其周邊除散落的村莊外其余都為空地。根據本項目位置，結合調查區的水文地質條件，確定出本項目的地下水調查評價范圍，面積約19km2。

1.2研究區水文地質條件

根據鉆探揭露，勘察深度范圍內地基土除表層素填土外，其余主要由粉質粘土及凝灰巖等組成。經勘察，場地63.00米以淺深度內大致可分為9個工程地質(亞)層。其中1~2層土為第四系全新統(Q4)沉積，③~⑥層為第四系上更新統(Q3)沉積，⑦層為第三系漸新統三垛組(E3s)凝灰巖。場地地勘深度內地下水為孔隙潛水，孔隙潛水賦存于①~②層土中。孔隙潛水主要補給源為大氣降水及其他地表水體，富水性差，與地表水聯系緊密，其水位受氣候影響明顯。孔隙潛水主要受大氣降水和鄰近河流的入滲補給，通過蒸發排泄，動態特征表現為氣候調節型。勘察時測得孔隙潛水初見水位埋深0.2~1.6m，標高為3.05~3.23m左右，穩定水位埋深在0.4~1.8m，標高為2.85~3.03m，年變化幅度大于1.0m，夏高冬低。

1.3地下水背景值

根據采集的地下水樣水質分析，地下水的各種組分都在《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)范圍內，這顯示出調查區內的地下水沒有受到污染。

2地下水流場和溶質遷移模擬

2.1水文地質概念模型

結合水資源分區、水系分布，考慮區域地質、水文地質、環境水文地質條件以及擬建工程對地下水環境影響評價和預測要求確定本次模擬區范圍。根據地下水流場及野外調查的地下水位資料，模擬區地下水流向為由北向南，整個模擬區面積約19km2。根據模擬區地層條件，污染進入地下主要污染潛水含水層。因此，模擬層位為第四系潛水含水層。該地區淺層地下水開采利用量很小，區域地下水位隨時間波動較小。因此，區域地下水流可近似為穩定流。

2.2模型參數

2.2.1滲透系數k根據廠區水文地質勘查資料，第四系含水層上部巖性主要為素填土和粉質粘土(①②③⑤⑥層)，且以粉質粘土為主，結合室內滲透試驗所得滲透系數值，滲透系數分別為7.93E-05cm/s、2.37E-06cm/s、1.65E-07cm/s，本次預測中廠區潛水含水層滲透系數k取中間值2.37E-06cm/s(0.0022m/d)。2.2.2降雨入滲補給率降雨量采用多年平均降雨量1226mm，地下水蒸發量采用多年平均蒸發量1558.6mm。根據以上資料確定降雨入滲補給率Rechargerate為8.3×10-4m/d。2.2.3孔隙度根據廠區地質勘查資料，有效孔隙度取平均值0.4。2.2.4彌散度縱向彌散度αL由圖6.6-4確定，觀測尺度一般使用溶質運移到觀測孔的最大距離表示。本項目從保守角度考慮Ls選1000m，則縱向彌散度αL=10m。橫向彌散度取縱向彌散度的1/10，即αt=1m。潛水含水層厚度參照水文地質勘探資料，取值為20m。2.2.5預測時段考慮項目建設、運營和退役期，將地下水環境影響預測時段擬定為10000天。結合工程特征與環境特征，預測污染發生100d、1000d及10000d后污染物遷移情況，重點預測對地下水環境保護目標的影響。2.2.6預測污染物因子篩選本項目設立的廢水收集池為主要污染源，污染物濃度最大。本項目污泥滲濾液污染物產生情況如下表1所示，因此水質影響因子主要為COD、氨氮、鉻。根據導則識別可能造成地下水污染的因子為COD、氨氮、鉻為染物因子，初始濃度見表1。2.2.7泄漏量按廢水收集池底面積(142m2)破裂5%，以0.0022m/d(廠區包氣帶的滲透系數)的速度泄漏180天計算泄漏量：142m2×5%×0.0022m/d×180d=2.8116m3；由于地下水質量標準中無COD指標，將COD換算成高錳酸鹽指數進行預測，COD一般是高錳酸鹽指數的2~5倍。廢水收集池進水中COD按567.677mg/L計算，COD與高錳酸鹽指數的倍率按2計算，換算成高錳酸鹽指數濃度為283.829mg/L，則泄漏的高錳酸鹽指數的總質量為：2811.6L×283.829mg/L=798.014g。

2.3污染暈界限

根據污染預測采用《地下水環境質量標準》(GB/14848-2017)的Ⅲ類標準作為界線值，考慮高錳酸鹽的背景值為1.9mg/L(D1孔水樣測試結果)，模擬時按照最低附加濃度值1.1mg/L為界限劃分污染區和未污染區。氨氮背景值為0.013mg/L(D1孔水樣測試結果未檢出，按檢出限的一半計)，模擬時按照最低附加濃度值0.005mg/L為界限劃分污染區和未污染區。鉻模擬時按照鉻(六價)(Cr6+)II類標準0.01mg/L劃分污染區和未污染區。2.4預測情景本次地下水環境影響預測考慮非正常狀況下的地下水環境影響。模擬主要污染因子在地下水中的遷移過程，進一步分析污染物最大遷移距離。在防滲措施發生事故的情況下，此時廢水直接進入地下水，污染源特征為面源連續污染。由于設置地下水環境長期監測井，污染能被及時監測。假設防滲措施發生事故情況，污染發生180d后被監測井監測到，隨即采取應急補救措施。因此模擬事故發生180d及隨后時間里污染物自然遷移情況。

3地下水預測結果分析

非正常狀況下，利用所建立的模型，評價預測時間段(10000天)內污染物運移過程。經過模擬計算得到污染物運移過程分布圖如圖1至圖9所示。由模擬結果可以看出，廢水收集池運行100天后地下水中COD水平最大遷移距離為62.99m；廢水收集池運行1000天后地下水中COD水平最大遷移距離為119.47m；廢水收集池運行10000天后地下水中COD水平最大遷移距離為226.40m；廢水收集池運行100天、1000天、10000天后，污染范圍均超出到廠區邊界，COD污染距離周邊的村莊較遠，影響較小。廢水收集池運行100天后地下水中氨氮水平最大遷移距離為59.13m；運行1000天后地下水中氨氮水平最大遷移距離為88.95m；運行10000天后地下水中氨氮水平最大遷移距離為103.07m，氨氮污染距離周邊的村莊仍然較遠。廢水收集池運行100天后地下水中總鉻水平最大遷移距離為94m；運行1000天后地下水中總鉻水平最大遷移距離為161m；運行10000天后地下水中總鉻水平最大遷移距離為330m，總鉻污染距離周邊的村莊仍然較遠。

4結論

(1)污染物遷移方向主要是由北向南，和水流方向一致，污染物的滲漏/泄漏對地下水影響范圍較小，僅影響到周邊較小范圍地下水水質而不會影響到區域地下水水質，不會影響到周邊的地下水環境保護目標。(2)根據模型預測結果，非正常狀況下10000天內廢水收集池對地下水環境影響范圍僅限于廠區內及附近，距離周邊村莊等地下水環境保護目標仍然較遠。但若沒有及時查出泄漏點、進一步采取有效阻斷措施，隨著污染物泄漏時間增大，最終會對周邊地下水環境保護目標構成威脅。因此，為了避免工廠生產對地下水產生污染危害，應采取相應的防滲及檢漏措施，及時排查泄漏點和實施相應補救措施。

參考文獻

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作者：洪淑娜 張榮 展漫軍 單位：南京市測繪勘察研究院股份有限公司 南京賽特環境工程有限公司 南京市生態環境保護科學研究院