危廢倉儲項目對地下水環境影響預測與評價

王婷婷,馬洪彬,肖傳寧

(天津市勘察設計院集團有限公司,天津 300191)

地下水污染具有隱蔽性、滯后性,一旦遭受污染便難以逆轉和恢復[1]。危廢倉儲項目在運行過程中存在污染物因防滲老化或腐蝕,儲罐破裂等非正常工況下發生滲漏或泄露風險,泄露污廢水因雨水形成的濾滲液會對廠區周邊土壤及地下水環境產生污染。因此本文選取天津某危廢倉儲項目,對該項目運營期可能產生的影響范圍進行水環境影響預測,分析污染質運移特點,預測建設期和運營期工況條件下的不利影響,為制定地下水環境保護措施與跟蹤監測計劃提供依據。

1 項目組成

危廢倉儲項目位于天津市薊州區,危廢暫存庫內部劃分為2個獨立暫存隔間,7個獨立的暫存區。年運轉危險廢物20 450 t,最大暫存量466 t。庫房內設置收集溝及收集池,1號應急池收集HW08物質,2號應急池收集HW09物質,3號應急池收集HW34、HW31物質,4、5號應急池收集HW49(900-044-49)物質,6號應急池收集HW21、HW22、HW16物質,7號應急池收集HW17物質,9號應急池收集HW12物質,主通道區設置一個8號應急池收集。貯存區內液態、半固態廢物一旦發生泄漏,廢液可通過導流槽進入收集池中。故收集池中水質較復雜、濃度較大,一旦滲漏或泄漏,將會是對地下水影響較大的區域。故本次預測選收集池作為預測的代表性區域,即一旦液體貯存物在防滲體系正常狀況下發生滲漏及防滲體系出現損壞發生泄漏的情況。

2 地下水環境影響預測條件

2.1 預測時間

選取地下水影響的關鍵時段,至少包括污染發生后100 d、1 000 d、服務年限或能反映特征因子遷移規律的其他重要的時間節點。本次擬建項目設計使用年限按30年考慮,故按發生滲漏后的第100 d、1 000 d和30 a的地下水污染情況進行預測。

2.2 預測因子

項目收集和貯存的液體危險廢物主要有油/水、烴/水混合物或乳化液、廢礦物油與含礦物油廢物、廢有機溶劑與含有機溶劑廢物、含鉛廢物、感光材料廢物、廢礦物油與含礦物油廢物、表面處理廢物等,可能發生土壤、地下水污染的特征因子有鉻、鎳、銅、鉛等重金屬,石油類等其他污染物,不涉及持久性有機污染物。

由于本項目為危險廢物收集與貯存項目,涉及的污染物種類較多且污染物濃度或含量上限不易確定,故本次根據標準限值的大小確定預測因子,由項目涉及到的重金屬、持久性有機污染物及其他類別中各選擇一種標準限值最小或暫存量最大的污染物作為預測因子。經比較,重金屬類別選擇鉛污染物作為預測因子,標準限值為0.01 mg/L,其他類別選擇石油類作為預測因子,標準限值為0.05 mg/L,不涉及持久性有機污染物。

2.3 預測情景設置及參數選取

2.3.1 正常工況

正常工況下危廢存儲項目應進行必要的防滲設計并通過驗收,本項目為危險廢物收集,危險廢物貯存區需滿足防滲技術要求,防滲設計后,污染源得到有效隔離,基本不會外排,僅可能發生合格標準范圍內的少量滲漏。本項目收集池為鋼筋混凝土地下結構,最大埋深為1.5 m,池體滲漏量可按下式計算:

Q=α×q×(S底+S側)×10-3

(1)

式中:Q為滲漏量(m3/d);S底為池底面積(m3);S側為池壁浸濕面積(m3);α為變差系數,一般可取0.1～1.0;q為單位滲漏量(L/m2·d)。

石油類污染物泄漏將收集至1號、2號收集池,鉛污染物泄漏將收集至3號收集池。按最不利情況考慮,1號、2號、3號收集池池壁浸濕面積分別為7.5 m2、4.0 m2、7.5 m2,池底面積分別為1.5 m2、1.0 m2、1.5 m2。鋼筋混凝土結構池體的單位滲漏量約為2 L/m2·d,變差系數取1.0,則1號、2號、3號收集池在正常狀況下的滲漏量分別為0.018 m3/d、0.01 m3/d、0.018 m3/d。廢礦物油的密度約為0.85 g/cm3,酸液中的鉛污染物濃度可達25 mg/L,因此,1號、2號收集池滲漏石油類污染物的量分別為8.5 kg/d、15.3 kg/d,3號收集池滲漏鉛污染物的量分別為4.5×10-4kg/d。

2.3.2 非正常狀況

非正常狀況為工藝設備或地下水環境保護措施因系統老化或腐蝕,使防滲結構的防滲性能下降的情景。收集池為地下結構,最大埋深為1.5 m,防滲措施因地面不均勻沉降等問題而產生破壞,發生液體危險廢物泄漏時不易發現并及時切斷污染源,污染物會形成長期持續地入滲。非正常狀況下的滲漏量按正常狀況的10倍計,則1號、2號收集池滲漏石油類污染物的量分別為85 kg/d、153 kg/d,3號收集池滲漏鉛污染物的量分別為4.5×10-3kg/d。

(1)預測模型

針對收集池部位的鉛、石油類的泄漏情況,假定收集池中滲漏的危險廢物每周清理1次,泄漏時間為7 d。不考慮包氣帶的吸附作用引起的時間滯后,隱患點位附近水位穩定,對污染物垂直方向進入含水層進行預測。因此模型可概化為示蹤劑瞬時注入的一維流動和二維彌散問題。求污染物濃度分布模型公式如下:

(2)

式中:x,y分別為計算點處的位置坐標;T為時間,d;C(x,y,t)為t時刻點x,y處的污染物濃度,g/L;M為含水層厚度,m;mM為長度為M的線源瞬時注入的污染物的質量,kg;u為水流速度,m/d;n為有效孔隙度,無量綱;DL為縱向彌散系數,m2/d;DT為橫向y方向的彌散系數,m2/d。

(2)水流速度(u)

依據鹽工勘察報告,結合滲透試驗和抽水及注水試驗,按最不利情況考慮,確定廠區滲透系數值為K=1.47 m/d;根據場地潛水觀測結果,地下水由西北向東南流動,結合本項目實測流場圖,平均水力坡度取1.0‰,有效孔隙度按ne=0.1考慮,則u=KI/ne=0.014 7 m/d。

(3)縱向x方向的彌散系數DL

彌散試驗受場區尺度效應影響顯著,使得其結果應用受到局限。參考Gelhar等人關于彌散度和觀測尺度關系理論,結合場區研究尺度選取彌散度αL為10 m?；诖擞嬎憧v向和橫向彌散系數為:

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

(4)含水層厚度

根據廠區地質勘察資料,確定本區潛水含水層平均厚度M約為12.3 m。

3 污染物在地下水中的運移預測

污染物進入潛水層后,預測自泄露起第100 d、1 000 d和整個服務期(30 a)的含水層各情景下鉛、石油類污染物超標范圍。同時考慮本項目所在區域地下水中鉛、石油類污染物的背景值,根據地下水環境現狀監測結果可知,鉛指標最大監測濃度為0.000 93 mg/L,石油類指標均低于檢出限,故本次考慮鉛污染物的濃度背景值為0.000 93 mg/L,預測鉛污染物濃度在地下水含水層中的運移情況,同時僅預測石油類污染物貢獻值在地下水含水層中的運移情況。預測中給出地下水中各污染因子的濃度隨距離的變化情況,超標距離以Ⅲ類水標準限值為依據進行劃定。評價中,最大超標距離為沿下游方向污染物濃度超過標準限值的最大距離。

3.1 正常狀況

3.1.1 鉛污染物

3.1.2 石油類

從圖1～6可見,在正常狀況下,鉛污染物滲漏到潛水含水層100 d時,污染物濃度超標距離為10.0 m,峰值距離滲漏點約1.5 m;1 000 d及30 a時,鉛污染物濃度均未超標。石油類污染物滲漏到潛水含水層100 d時,污染物濃度超標距離為25.7 m,峰值距離滲漏點約1.50 m;1 000 d時,石油類污染物濃度超標距離為81.8 m,峰值距離滲漏點約14.70 m;運移30 a時,石油類污染物濃度最大超標距離為345.0 m,峰值距離滲漏點約161.00 m。本項目1號、2號收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約30 m,3號收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約17 m,正常狀況下鉛污染物滲漏到潛水含水層后不會對廠界以外的潛水含水層水質產生不利影響,石油類污染物滲漏到潛水含水層1 000 d、30 a時均會對廠界以外的潛水含水層水質產生不利影響,不能滿足要求。

圖1 100d時泄漏點下游鉛濃度-距離關系

圖2 1 000d時泄漏點下游鉛濃度-距離關系

圖3 30a時泄漏點下游鉛濃度-距離關系

圖4 100d下游石油類貢獻值濃度-距離關系

圖5 1000d下游石油類貢獻值濃度-距離關系

圖6 30a下游石油類貢獻值濃度-距離關

3.2 非正常狀況

3.2.1 鉛污染物

3.2.2 石油類

從圖7～圖12可見,在非正常狀況下,鉛污染物泄漏到潛水含水層100 d時,污染物濃度超標距離為15.9 m,峰值距離泄漏點約1.5 m;1 000 d時,污染物濃度超標距離為41.6 m,峰值距離泄漏點約14.7 m;30 a時,鉛污染物濃度未超標。石油類污染物泄漏到潛水含水層100 d時,污染物濃度超標距離為28.3 m,峰值距離泄漏點約1.50 m;1 000 d時,石油類污染物濃度超標距離為91.2 m,峰值距離泄漏點約14.7 m;運移30 a時,石油類污染物濃度最大超標距離為381.6 m,峰值距離泄漏點約161.0 m。本項目1號、2號收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約30 m,3號收集池沿地下水水流方向距離廠界最近距離約17 m,非正常狀況下鉛污染物泄漏到潛水含水層1 000 d后會對廠界以外的潛水含水層水質產生不利影響,石油類污染物泄漏到潛水含水層1 000 d、30 a時均會對廠界以外的潛水含水層水質產生不利影響,不能滿足要求。

圖7 100d時泄漏點下游鉛濃度-距離關系

圖8 1000d時泄漏點下游鉛濃度-距離關系

圖10 100d下游石油類貢獻值濃度-距離關系

圖11 1000d下游石油類貢獻值濃度-距離關系

圖12 30a下游石油類貢獻值濃度-距離關系

4 結語

根據預測結果,在正常狀況及非正常狀況下,污染物進入地下水含水層后均將會對廠界以外的潛水含水層產生不利影響,因此,針對收集池部位需采取預防處理措施,根據場地區域地質情況和水文地質資料,建議在收集池部位的底部及四周鋪設玻璃鋼進一步增強防滲措施,經鋪設玻璃鋼后,幾乎不會有污染物泄漏,處理技術要求可滿足相關防滲技術要求。