蔗渣浆厂废水对地下水影响的研究

2011-03-15王小刚郭纯青王文君黄翠秋

地下水 2011年3期

王小刚,郭纯青,王文君 ,黄翠秋

(桂林理工大学环境科学与工程学院,广西桂林 541004)

随着家庭作坊式手工业造纸的发展,制纸废水已成为地下水环境重要的污染源之一。造纸废水的特点是浓度高、色度深、毒性大和含碱量高,特别是生化性很差,属难处理的工业废水。个体家庭作坊造纸将未经处理的污水直接排入农灌渠道,污水中的污染因子会随污水或雨水下渗,进入地下水系统,危及地下水环境,影响公共健康安全用水。本文在分析了研究区水文地质条件和排放废水情况的基础上,利用浸没分析法来分析研究区排放废水对地下水的影响[1,2]。

1 研究区概括

1.1 地理位置

研究区位于宜州市东部洛东工业园区黔桂线北侧、龙江右岸、南距铁路 800m,东到龙江河边,研究区东西长 800 m,南北宽 400 m,面积 333 793.3 m2,中心坐标 592 610,2 710.354,研究区西高东低,略有起伏,地面标高 115～122m,由于此前研究区原是砖厂,烧砖取土,故北部,东部都有取土区,保留有 2～3m取土形成的陡坎,造成地面不平。

1.2 地形地貌

区域地貌为岩溶峰林谷地,谷地有南北向古卜谷地,合林谷地,洛东谷地,东西向洛东 -六塘(柳城县)谷地。研究区位于洛东 -六塘谷地中段南侧,北边是平坦谷地,南边为孤立石峰,东靠龙江。洛东 -六塘谷地,东西向,长数十公里,南北宽 2～5 km。西高东低,谷地平坦,多有粘土覆盖。谷地地面标高 120～130 m。两侧孤峰峰顶多在 300～400m。

区域出露岩石,由下而上为：

中石炭统大埔组(C2d)岩性为白云岩;

上石炭统马平组(C3)浅色厚层纯灰岩,顶部夹白云岩;下二迭统栖霞组(P1q)底部有厚度 10m的泥页岩及泥灰岩,中上部为燧石灰岩;下二迭统茅口组(P1m)含燧石灰岩。

2 研究区水文地质条件

研究区建于龙江边,不向平原区排污,故可能的污染区只有龙江岸边地带。岸边区水文地质特征可分右岸区、左岸区。研究区水文地质图(图 1)。

图1

右岸区在构造上属桂中凹陷来宾断褶带,区域构造线南北向,近研究区部分,多为北东南西向,出露地层石炭、二迭系,岩性为灰岩,地形为峰林谷地,研究区南古卜、合林一带主要是紧密束状褶皱,尤以向斜为主,岩层倾角 30°～50°。谷地沿向斜轴部发育。构造及地貌条件,限制了岩溶发育,故向斜轴或沿断裂发育了故向斜轴或沿断裂发育了管道流地下河,几条地下河沿构造线平行排列,由南向北流动,是该区水文地质突出特征。

左岸区地形为平原,与龙江间有 1 km东西向条形孤峰相隔,地面标高 120～130m,东高西低。谷地中出露岩石是中石炭统大埔组白云岩(北部),南部有门楼小河由东北面六塘向南西流,流经银村、门楼、丈村,沿小河地面标高由 120m逐渐降到龙江边 110 m左右,小河到距龙江四、五百米处潜入地下,以瀑布形式跌入龙江(瀑布口高程在 100m左右)。谷地中分布的是岩溶裂隙水,以扩散流形式,由东向西流,排进龙江,地下水位埋深 2～4m,因地下溶洞有粘土充填,虽然遇洞率达 50%,但岩石含水弱,总体成中等富水含水层,地下60m内溶洞发育但多充填,钻孔单位涌水量 0.684～1.5374 L/m◦s,水位埋深在 3～4m内,渗透系数为 1～5m/d。

3 废水污染分析

3.1 研究区废水排放设计

研究区设计规模为年产 2.5万t漂白蔗渣浆板及 2.5万t漂白蔗渣湿浆。设计本厂废水经河边污水处理站处理后,直接排到洛东基地抽水站下 500 m龙江中,废水日排放量13 080 m3/d,废水中不含重金属及有毒有害物质,主要污染物为有机质及悬浮物。

据该研究区 2010年 10月环境影响报告[3],针对以上不同的情况,可分别采取不同的方案应对不同的突发事件(表1),由此来预测研究区排污对龙江河水的影响。采用方案一：该厂的 COD水质指标符合国家规定的地下水质量指标,废水中 DO浓度在正常排放情况下为大于等于 5.5mg/L时故该厂可继续进行生产。在事故排放下废水中 COD浓度为34mg/L,超标距离达 2 400m,DO的范围在 0～5.0mg/L,对溶解氧的影响是超标河段 300 m以后有影响,故采取事故方案二,停止该厂生产,进行全面整顿修改,进而达到国家规定符合生产的指标。

表1 研究区排污对龙江河水影响预测表

3.2 废水对地下水的影响

研究区生产中产生的废水主要制浆、漂洗和造纸过程产生的工艺废水,主要分为蒸煮黑液、中段废水、竹片和蔗渣洗涤水、抄浆白水,另外还有蔗渣堆场湿法堆渣产生的渗滤液。研究区分布的是碳酸盐岩,降雨又丰富,故地下水在强烈循环条件下,形成了重碳酸钙型水,白云岩区为HCO3-Ca◦Mg型水,矿化度在 0.3 g/L以下,属优质地下水(Ⅲ级水)。为了确定研究区对地下水的影响,进行了系统取样监测,经检测化验分析,结果取样点的水质均符合国家饮用水卫生标准GB5749-2006Ⅲ级水标准[4]。

3.3 浸没分析

据上述废水排放设计,研究区废水直接排进龙江,不向两岸直接排放,而现在地下水位(高程 96～98 m)在洪水期都高过龙江水位(高程 89～93 m),因此研究区排废水不会造成地下水污染,水不会向高处流。现研究区以下 5 km,(三岔街以下 1 km)龙江河上正兴建三岔电站,大坝迴水高程仍采用 1975年建成的水轮泵坝坝顶 95.5m,实际调查可发现两岸地下水露头水位均高于 96～98 m,如 2010年 5月 19日～20日测龙王庙地下水河出口水位 97～98 m,雷山天窗水位标高 110m(高出河水位 12m)寻田泉水标高 120m,洛东地下河出口水位 96.25 m,约高出河水位 0.2m,六塘乡下团井水位标高 115m,高出龙江河近 20 m。

在一般洪水中,河水上涨快,地下水上升慢或由于壅水,河水可能与地下水持平,此时河水中水质成份可向地下水弥散,其混合带(弥散带)长度可用近似公式：

其中 B是取决于废水污染物相对浓度 C的系数,当 C为0.999～0.001时,B=8.8;当 C为 0.99～0.01时,B=6.6;C为 0.9～0.1时,B=3.6。D为弥散系数,t为时间,n为孔隙度 0.02,Dt可用渗透系数 k代替,本例 D t项用 k代替,则弥散带宽度 L：

即在龙江水位与地下水较长时间持平时,水质混合带(弥散带)宽度是 104m。

但洪水中,龙江河水暴涨,河水会高过地下水位,会形成对两岸地下浸没或者淹没。

浸没区范围,首先是高程应在龙江洪水位以下,至于影响范围,则随水头大小、洪水过程长短而变化,可做以下分析。

洛东、六塘白云岩区为岩溶裂隙水,甚至土层下有白云岩粉层,可能还有孔隙水,这里河岸地下水位都在 96 m高程以上,以最低 96m计算洪水时河水可能浸没范围。

这里浸没是指由于地表水位突然抬高,河水通过两岸岩土孔隙,裂隙渗透,造成两岸地下水位变化的现象。

用 B◦M舍斯塔科夫公式计算浸没过程[5,6]：

H=ΔH0erfc(u)

式中,erfc(u)为误差函数的补函数 φ(u)的补函数,即：

erfc(u)=1-φ(u)

H为距河岸 X处 t时刻水位上升值;ΔH为洪水升或降水头值;T为含水层导水系数;t为洪水历时;μ为含水层给水度。

为此计算洪水历时 3d、5d时,河水升高 5、10、15m(相应标高是 100.5、105.5、110.5m)距河 500和 1 000m处水位升高值。μ=0.02,含水层厚度[7]取 60～80 m,渗透系数 K=1～6 m/d。则 T=500m2/d,计算结果见下表2 。

计算说明一般洪水(如升高 10m)距河 500m浸没可使地下水位升高 2～3.22m,1 000m处地下水升高 0.1～0.48m。

3.4 废水污染程度分析

研究区废水处理后直接排进龙江,仅在最小流量为(3.26 m3/s)时污染排污口下 50m距离,而 50m后,由于与河水混合、稀释,污染物含量都降到国家地面水Ⅲ级水范围内。故河水污染范围很小。因为流量最小时,必是河水位最低时,前面指出即是在电站建成,一般回水情况下,地下水位都高于河水位,故最小流量时,龙江河水小范围 COD超标不会影响地下水[8,9]。

考虑到龙江水在丰水期流量都在 32.6m3/s以上,洪水中七月份流量平均都在 1 000 m3/s左右。则可知研究区13 080 m3/d废水排放(每天 COD 20 mg/L排放)龙江河水COD浓度很低。

这说明一般流量下,废水排放不会造成龙江水质超标,洪水中就更不会造成水质超标。

总之,由于龙江水流量大,稀释能力强,一般情况下地下水位又高过河水位,河水对地下水无影响。雨季洪水期,水流量更大,即百年一遇洪水对地下水浸没、淹没,龙江水质不超标,则浸没淹没区地下水也不会超标,即水质还在国家地面水Ⅲ级水标准内。