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[摘要]水泥窯協(xié)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(chǎn)過程中可能對地下水環(huán)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(tǒng)中的運移。模擬結(jié)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(zhì)而不會影響到區(qū)域地下水水質(zhì)，不會影響到周邊的地下水環(huán)境保護目標。

[關鍵詞]水泥窯；危險廢物；地下水環(huán)境；數(shù)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(chǎn)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(chǎn)生的廢氣和粉塵通過高效除塵設備凈化后排入大氣。根據(jù)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(tǒng)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(xiàn)故障、防滲破裂或發(fā)生開裂、滲漏等現(xiàn)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(xiàn)故障，發(fā)生開裂、滲漏、防滲失效等)污染物在含水層中的遷移變化規(guī)律。

1研究區(qū)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(fā)達，其周邊除散落的村莊外其余都為空地。根據(jù)本項目位置，結(jié)合調(diào)查區(qū)的水文地質(zhì)條件，確定出本項目的地下水調(diào)查評價范圍，面積約19km2。

1.2研究區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，勘察深度范圍內(nèi)地基土除表層素填土外，其余主要由粉質(zhì)粘土及凝灰?guī)r等組成。經(jīng)勘察，場地63.00米以淺深度內(nèi)大致可分為9個工程地質(zhì)(亞)層。其中1~2層土為第四系全新統(tǒng)(Q4)沉積，③~⑥層為第四系上更新統(tǒng)(Q3)沉積，⑦層為第三系漸新統(tǒng)三垛組(E3s)凝灰?guī)r。場地地勘深度內(nèi)地下水為孔隙潛水，孔隙潛水賦存于①~②層土中?？紫稘撍饕a給源為大氣降水及其他地表水體，富水性差，與地表水聯(lián)系緊密，其水位受氣候影響明顯?？紫稘撍饕艽髿饨邓袜徑恿鞯娜霛B補給，通過蒸發(fā)排泄，動態(tài)特征表現(xiàn)為氣候調(diào)節(jié)型?？辈鞎r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(wěn)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(jù)采集的地下水樣水質(zhì)分析，地下水的各種組分都在《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-2017)范圍內(nèi)，這顯示出調(diào)查區(qū)內(nèi)的地下水沒有受到污染。

2地下水流場和溶質(zhì)遷移模擬

2.1水文地質(zhì)概念模型

結(jié)合水資源分區(qū)、水系分布，考慮區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境水文地質(zhì)條件以及擬建工程對地下水環(huán)境影響評價和預測要求確定本次模擬區(qū)范圍。根據(jù)地下水流場及野外調(diào)查的地下水位資料，模擬區(qū)地下水流向為由北向南，整個模擬區(qū)面積約19km2。根據(jù)模擬區(qū)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(qū)淺層地下水開采利用量很小，區(qū)域地下水位隨時間波動較小。因此，區(qū)域地下水流可近似為穩(wěn)定流。

2.2模型參數(shù)

2.2.1滲透系數(shù)k根據(jù)廠區(qū)水文地質(zhì)勘查資料，第四系含水層上部巖性主要為素填土和粉質(zhì)粘土(①②③⑤⑥層)，且以粉質(zhì)粘土為主，結(jié)合室內(nèi)滲透試驗所得滲透系數(shù)值，滲透系數(shù)分別為7.93E-05cm/s、2.37E-06cm/s、1.65E-07cm/s，本次預測中廠區(qū)潛水含水層滲透系數(shù)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(fā)量采用多年平均蒸發(fā)量1558.6mm。根據(jù)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(jù)廠區(qū)地質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(huán)境影響預測時段擬定為10000天。結(jié)合工程特征與環(huán)境特征，預測污染發(fā)生100d、1000d及10000d后污染物遷移情況，重點預測對地下水環(huán)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(chǎn)生情況如下表1所示，因此水質(zhì)影響因子主要為COD、氨氮、鉻。根據(jù)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(qū)包氣帶的滲透系數(shù))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(zhì)量標準中無COD指標，將COD換算成高錳酸鹽指數(shù)進行預測，COD一般是高錳酸鹽指數(shù)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(shù)的倍率按2計算，換算成高錳酸鹽指數(shù)濃度為283.829mg/L，則泄漏的高錳酸鹽指數(shù)的總質(zhì)量為：2811.6L×283.829mg/L=798.014g。

2.3污染暈界限

根據(jù)污染預測采用《地下水環(huán)境質(zhì)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(jié)果)，模擬時按照最低附加濃度值1.1mg/L為界限劃分污染區(qū)和未污染區(qū)。氨氮背景值為0.013mg/L(D1孔水樣測試結(jié)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(qū)和未污染區(qū)。鉻模擬時按照鉻(六價)(Cr6+)II類標準0.01mg/L劃分污染區(qū)和未污染區(qū)。2.4預測情景本次地下水環(huán)境影響預測考慮非正常狀況下的地下水環(huán)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(fā)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(xù)污染。由于設置地下水環(huán)境長期監(jiān)測井，污染能被及時監(jiān)測。假設防滲措施發(fā)生事故情況，污染發(fā)生180d后被監(jiān)測井監(jiān)測到，隨即采取應急補救措施。因此模擬事故發(fā)生180d及隨后時間里污染物自然遷移情況。

3地下水預測結(jié)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(nèi)污染物運移過程。經(jīng)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(jié)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(qū)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(jié)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(zhì)而不會影響到區(qū)域地下水水質(zhì)，不會影響到周邊的地下水環(huán)境保護目標。(2)根據(jù)模型預測結(jié)果，非正常狀況下10000天內(nèi)廢水收集池對地下水環(huán)境影響范圍僅限于廠區(qū)內(nèi)及附近，距離周邊村莊等地下水環(huán)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(huán)境保護目標構(gòu)成威脅。因此，為了避免工廠生產(chǎn)對地下水產(chǎn)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(huán)境工程有限公司 南京市生態(tài)環(huán)境保護科學研究院