津滨海地区某生活污水处理站工程对地下水环境影响预测研究
许凤霞+李学宁+贾冬梅+吴瑾
摘要：生活污水处理设计处理规模为1000 m3/d，处理工艺拟采用“机械格栅+调节池+缺氧池+好氧池+MBR池+MBR产水池+接触消毒池+中水回用水池+达标排放”。污水处理站内的各池体位于地下，如果池体发生老化、防渗层失效的状况，污水渗入地下含水层则可能对潜水含水层造成影响。为预防生活污水处理厂对地下水产生影响，在参考国内外已有的地下水环境影响评价实例后，结合本区的水文地质、环境地质、工程地质条件，通过进一步勘查，分析、预测和评价了工程建设后对地下水环境的影响，制定了相应的保护及预防污染方案，为建设项目的科学建设提供了地质依据。
关键词：地下水；解析模型；生活污水处理站
中图分类号：X820 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0077-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.034
Abstract： The scale of treatment and treatment of domestic sewage treatment is 1000 m3 / d. The treatment technology should adopt “mechanical grille + regulating pool + anoxic pool + aerobic pool + MBR pool + MBR production pool + contact disinfection pool + water reuse pool + Standard discharge “. Sewage treatment station in the pool body is located in the ground， if the pool body aging， impermeable layer failure of the situation， sewage into the underground aquifer may have an impact on the aquifer. In order to prevent the impact of domestic sewage treatment plants on the groundwater， with reference to the existing examples of groundwater environmental impact assessment at home and abroad， combined with the hydrogeology， environmental geology and engineering geological conditions of this area， through further exploration， analysis， prediction and evaluation of the project The impact of the construction on the groundwater environment， the development of the corresponding protection and prevention of pollution programs for the scientific construction of the construction project provides a geological basis.
Key words： Groundwater； Analytical model； Domestic sewage treatment station
地下水環境如果发生污染不易被发现，具有隐蔽性和滞后性；查清地下水环境耗资大、专业性强、技术复杂地下水环境影响评价任务较为复杂。环保部在2016年颁布实施了《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ610-2016），细化并提高了环境影响评价中的地下水环评[1]的工作要求。滨海区的地下水环境是特定自然与人类经济活动两大因素叠加影响的结果，本文以滨海地区某小型生活污水处理站的地下水环境影响评价为例，分析、预测和评价了工程建设后对地下水环境的影响，制定了相应的保护及预防污染方案，为建设项目的科学建设提供了地质依据。
1 工作区概况
项目所在地为天津市滨海新区。项目区属海积冲积低平原，由近代海侵层和河流冲积形成，海相层分布广，地势低洼，厚度自西向东增厚。属于暖温带半湿润大陆性季风气候。调查区第四纪地层在本区内普遍分布且连续，第四纪地层底界埋深400m左右。
2 污染因子识别
污水处理站收水范围以住宅为主，含少量配套社区商业服务。污水处理站接收的污水首先经机械栅格进入调节池，该池体占地面积最大，污染物浓度最高。因此，选择调节池作为重点关注的池体。
通过对污水处理站进水污水水质进行分析，污水处理站废水中的污染因子主要为CODCr（400mg/l），NH3-N（30mg/l），TP（5mg/l）。
3 潜水含水层特征
3.1 场地地层渗透性
项目场地潜水含水层[2]主要岩性以粉土、粉质粘土和淤泥质粘土为主，且较为连续及稳定。该层地下水渗透系数在0.20-0.21m/d，平均渗透系数0.20m/d。包气带以粉质粘土为主，渗透系数为3.37×10-5cm/s，厚度约为2.39～2.68m。防污性能为中等。
3.2 场地地下水补径排条件
场地内潜水主要靠大气降水入渗补给。场地内地下水排泄方式为潜水蒸发、侧向流出。
3.3 场地地下水化学类型
评价区内潜水含水层水化学类型为Cl—Na型水，pH为7.49～7.66，矿化度约1310～1760mg/l。
3.4 场地地下水流场特征
根据导则要求，本次调查工作中，对监测井进行了地下水水位的测量工作，绘制了项目评价区潜水含水层水位等值线图，并计算出项目区内水利坡度约为0.6‰。
4 地下水环境影响预测
本次工作选取调节池作为本项目污染物泄露源。调节池采用钢筋混凝土结构，尺寸为15.3m×5m×4.0m。根据各类污染物的标准指数排序，调节池内氨氮的标准指数最高，因此选择氨氮作为预测因子进行污染预测。
本工程排放形式简化为点源。地下水流向自西北向东南呈一维流动，地下水位动态稳定。厂方定期对调节池进行检查维护，本次假设非正常状况下泄露时间为15天，假设泄漏的污染物全部通过包气带进入含水层。污染物在潜水含水层中的迁移，可概化为瞬时注入示踪剂（平面瞬时点源）的一维稳定流动二维水动力弥散问题。
采用解析法对地下水环境影响进行预测。
平行地下水流动的方向为x轴正方向时，污染物浓度分布模型如下：
式中：x，y是计算点处的位置坐标； t：时间，d；C（x，y，t）：t时刻点x，y处的示踪剂浓度，g/L； M：含水层的厚度，m； mM：瞬时注入的示踪剂质量，kg； u：水流速度，m/d； n：有效孔隙度，无量纲；DL：纵向x方向的弥散系数，m2/d； DT：横向y方向的弥散系数，m2/d； π：圆周率。
含水层的厚度M：工作区内地下水潜水含水层厚度选为14.05m。
假设泄漏的污染物质量mM：参考《给水排水构筑物工程施工及驗收规范》[3-4]（GB50141-2008）中的相关要求，钢筋混凝土结构水池渗水量不得超过2L/（m2·d），废水渗漏量按照规范的10倍计算。污染物质量0.22
含水层的平均有效孔隙度n为0.07；水流速度u：本次预测取K=0.20m/d作为评价区的含水层渗透系数，水力坡度I取0.6‰，u= 0.0017m/d。纵向x方向的弥散系数DL = 0.0106m2/d；横向y方向的弥散系数DT：根据场地的潜水层特征经反算取DT/DL=0.4，因此可求得DT=0.0043m2/d。
本次工作将《地下水质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类地下水质限值（0.2mg/L）作为界定污染物超标范围的标准，将检出限（0.02 mg/L）作为界定污染物影响范围的标准。
将水文地质参数及污染源的源强，代入相应公式进行模型计算，本次模型计算分别对100d、1000d、10年、20年、50年进行模拟，模型计算的主要成果见表1。
不同时间节点调节池内氨氮在潜水含水层中的超标范围及影响范围见图1～图2：
5 结论
5.1 正常状况对地下水影响评价结论
在正常状况下，建设项目的工艺设备和地下水保护措施均达到《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ 610-2016）相关要求，污染物从源头到末端均得到有效控制，污染物难以对地下水环境产生影响。
5.2 非正常状况下对地下水影响评价结论
项目在发生非正常状况情形下，由预测结果可知：调节池发生非正常状况后的20年时，最大超标距离为25.9m，已超出厂界范围；调节池内氨氮在发生非正常状况后的50年时，最大影响距离为70.3m。
5.3 非正常状况处理措施
要定期对调节池进行清理和检查，及时发现腐朽老化现象，杜绝非正常状况的发生。在运营过程中一旦发现非正常状况发生，应在相应生产装置区边界布设地下水应急处理井，阻止污染物扩散到项目区边界外，在项目防渗措施得到充分落实、严格执行地下水水质定期检测并及时采取应急措施的前提下，本项目对地下水环境影响可接受。
本次预测未考虑污染物在含水层中的吸附、挥发、生物化学反应等，在保守的情况下得出预测结论，若发生非正常状况，真实的污染范围可能会比预测范围小。
参考文献
[1]HJ610—2016，中华人民共和国国家环境保护标准环境影响评价技术导则[S].
[2]周羽化，卢延娜，张虞等.某城市城镇污水处理厂COD排放现状评价分析[J].环境科学，2014，（10）：3998-4002.
[3]Alley W M， Reilly T E， Franke O L. Sustainability of ground-water resources： US Geological Survey Circular， U.S. Geological Survey Circular 1186[R]. Denver， CO： U.S. Geological Survey， 1999.
[4]AlleyW M，Leake SA.Thejourneyfromsafeyieldto sustainability[J].GroundWater，2004，42（1）：12-16.
作者简介：许凤霞（1976-），女，硕士研究生，高级工程师，研究方向为环境工程。
摘要：生活污水处理设计处理规模为1000 m3/d，处理工艺拟采用“机械格栅+调节池+缺氧池+好氧池+MBR池+MBR产水池+接触消毒池+中水回用水池+达标排放”。污水处理站内的各池体位于地下，如果池体发生老化、防渗层失效的状况，污水渗入地下含水层则可能对潜水含水层造成影响。为预防生活污水处理厂对地下水产生影响，在参考国内外已有的地下水环境影响评价实例后，结合本区的水文地质、环境地质、工程地质条件，通过进一步勘查，分析、预测和评价了工程建设后对地下水环境的影响，制定了相应的保护及预防污染方案，为建设项目的科学建设提供了地质依据。
关键词：地下水；解析模型；生活污水处理站
中图分类号：X820 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0077-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.034
Abstract： The scale of treatment and treatment of domestic sewage treatment is 1000 m3 / d. The treatment technology should adopt “mechanical grille + regulating pool + anoxic pool + aerobic pool + MBR pool + MBR production pool + contact disinfection pool + water reuse pool + Standard discharge “. Sewage treatment station in the pool body is located in the ground， if the pool body aging， impermeable layer failure of the situation， sewage into the underground aquifer may have an impact on the aquifer. In order to prevent the impact of domestic sewage treatment plants on the groundwater， with reference to the existing examples of groundwater environmental impact assessment at home and abroad， combined with the hydrogeology， environmental geology and engineering geological conditions of this area， through further exploration， analysis， prediction and evaluation of the project The impact of the construction on the groundwater environment， the development of the corresponding protection and prevention of pollution programs for the scientific construction of the construction project provides a geological basis.
Key words： Groundwater； Analytical model； Domestic sewage treatment station
地下水環境如果发生污染不易被发现，具有隐蔽性和滞后性；查清地下水环境耗资大、专业性强、技术复杂地下水环境影响评价任务较为复杂。环保部在2016年颁布实施了《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ610-2016），细化并提高了环境影响评价中的地下水环评[1]的工作要求。滨海区的地下水环境是特定自然与人类经济活动两大因素叠加影响的结果，本文以滨海地区某小型生活污水处理站的地下水环境影响评价为例，分析、预测和评价了工程建设后对地下水环境的影响，制定了相应的保护及预防污染方案，为建设项目的科学建设提供了地质依据。
1 工作区概况
项目所在地为天津市滨海新区。项目区属海积冲积低平原，由近代海侵层和河流冲积形成，海相层分布广，地势低洼，厚度自西向东增厚。属于暖温带半湿润大陆性季风气候。调查区第四纪地层在本区内普遍分布且连续，第四纪地层底界埋深400m左右。
2 污染因子识别
污水处理站收水范围以住宅为主，含少量配套社区商业服务。污水处理站接收的污水首先经机械栅格进入调节池，该池体占地面积最大，污染物浓度最高。因此，选择调节池作为重点关注的池体。
通过对污水处理站进水污水水质进行分析，污水处理站废水中的污染因子主要为CODCr（400mg/l），NH3-N（30mg/l），TP（5mg/l）。
3 潜水含水层特征
3.1 场地地层渗透性
项目场地潜水含水层[2]主要岩性以粉土、粉质粘土和淤泥质粘土为主，且较为连续及稳定。该层地下水渗透系数在0.20-0.21m/d，平均渗透系数0.20m/d。包气带以粉质粘土为主，渗透系数为3.37×10-5cm/s，厚度约为2.39～2.68m。防污性能为中等。
3.2 场地地下水补径排条件
场地内潜水主要靠大气降水入渗补给。场地内地下水排泄方式为潜水蒸发、侧向流出。
3.3 场地地下水化学类型
评价区内潜水含水层水化学类型为Cl—Na型水，pH为7.49～7.66，矿化度约1310～1760mg/l。
3.4 场地地下水流场特征
根据导则要求，本次调查工作中，对监测井进行了地下水水位的测量工作，绘制了项目评价区潜水含水层水位等值线图，并计算出项目区内水利坡度约为0.6‰。
4 地下水环境影响预测
本次工作选取调节池作为本项目污染物泄露源。调节池采用钢筋混凝土结构，尺寸为15.3m×5m×4.0m。根据各类污染物的标准指数排序，调节池内氨氮的标准指数最高，因此选择氨氮作为预测因子进行污染预测。
本工程排放形式简化为点源。地下水流向自西北向东南呈一维流动，地下水位动态稳定。厂方定期对调节池进行检查维护，本次假设非正常状况下泄露时间为15天，假设泄漏的污染物全部通过包气带进入含水层。污染物在潜水含水层中的迁移，可概化为瞬时注入示踪剂（平面瞬时点源）的一维稳定流动二维水动力弥散问题。
采用解析法对地下水环境影响进行预测。
平行地下水流动的方向为x轴正方向时，污染物浓度分布模型如下：
式中：x，y是计算点处的位置坐标； t：时间，d；C（x，y，t）：t时刻点x，y处的示踪剂浓度，g/L； M：含水层的厚度，m； mM：瞬时注入的示踪剂质量，kg； u：水流速度，m/d； n：有效孔隙度，无量纲；DL：纵向x方向的弥散系数，m2/d； DT：横向y方向的弥散系数，m2/d； π：圆周率。
含水层的厚度M：工作区内地下水潜水含水层厚度选为14.05m。
假设泄漏的污染物质量mM：参考《给水排水构筑物工程施工及驗收规范》[3-4]（GB50141-2008）中的相关要求，钢筋混凝土结构水池渗水量不得超过2L/（m2·d），废水渗漏量按照规范的10倍计算。污染物质量0.22
含水层的平均有效孔隙度n为0.07；水流速度u：本次预测取K=0.20m/d作为评价区的含水层渗透系数，水力坡度I取0.6‰，u= 0.0017m/d。纵向x方向的弥散系数DL = 0.0106m2/d；横向y方向的弥散系数DT：根据场地的潜水层特征经反算取DT/DL=0.4，因此可求得DT=0.0043m2/d。
本次工作将《地下水质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类地下水质限值（0.2mg/L）作为界定污染物超标范围的标准，将检出限（0.02 mg/L）作为界定污染物影响范围的标准。
将水文地质参数及污染源的源强，代入相应公式进行模型计算，本次模型计算分别对100d、1000d、10年、20年、50年进行模拟，模型计算的主要成果见表1。
不同时间节点调节池内氨氮在潜水含水层中的超标范围及影响范围见图1～图2：
5 结论
5.1 正常状况对地下水影响评价结论
在正常状况下，建设项目的工艺设备和地下水保护措施均达到《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ 610-2016）相关要求，污染物从源头到末端均得到有效控制，污染物难以对地下水环境产生影响。
5.2 非正常状况下对地下水影响评价结论
项目在发生非正常状况情形下，由预测结果可知：调节池发生非正常状况后的20年时，最大超标距离为25.9m，已超出厂界范围；调节池内氨氮在发生非正常状况后的50年时，最大影响距离为70.3m。
5.3 非正常状况处理措施
要定期对调节池进行清理和检查，及时发现腐朽老化现象，杜绝非正常状况的发生。在运营过程中一旦发现非正常状况发生，应在相应生产装置区边界布设地下水应急处理井，阻止污染物扩散到项目区边界外，在项目防渗措施得到充分落实、严格执行地下水水质定期检测并及时采取应急措施的前提下，本项目对地下水环境影响可接受。
本次预测未考虑污染物在含水层中的吸附、挥发、生物化学反应等，在保守的情况下得出预测结论，若发生非正常状况，真实的污染范围可能会比预测范围小。
参考文献
[1]HJ610—2016，中华人民共和国国家环境保护标准环境影响评价技术导则[S].
[2]周羽化，卢延娜，张虞等.某城市城镇污水处理厂COD排放现状评价分析[J].环境科学，2014，（10）：3998-4002.
[3]Alley W M， Reilly T E， Franke O L. Sustainability of ground-water resources： US Geological Survey Circular， U.S. Geological Survey Circular 1186[R]. Denver， CO： U.S. Geological Survey， 1999.
[4]AlleyW M，Leake SA.Thejourneyfromsafeyieldto sustainability[J].GroundWater，2004，42（1）：12-16.
作者简介：许凤霞（1976-），女，硕士研究生，高级工程师，研究方向为环境工程。
