论文部分内容阅读
【摘 要】某技改区由于前期技术生产工艺的限制，生产过程中产生了大量的重金属铬渣及铬污染废水，造成了局部区域地下水六价铬污染。通过对铬污染区域的水文地质调查，本文分析了铬污染源及污染程度、划定了污染范围，评价了前期的铬污染治理措施及效果。根据技改区铬污染的实际情况，本文提出了地下水环境保护目标及对策，针对性的提出后期防治建议。
【关键词】地下水；六价铬；防治对策
1技改区概况
铬污染是重金属污染的重中之重，其毒性主要来自六价铬，其被列为是对人体危害最大的八种化学物质之一，是国际公认的三种致癌金属物之一。 暴露在这些化合物中的人，有可能引起急性病，如肝损伤，皮肤刺激、溃疡和过敏，鼻刺激、溃疡和鼻中隔穿孔，呼吸过敏。最严重的健康问题是呼吸癌。
某技改区位于县河支流任家沟中部左侧河谷二级阶地，场地东侧依山，西侧跨越任家沟沟道，以商郧公路为界，总面积15.3万㎡（229.21亩） 技改项目区原为农业用地，现已改变为工矿用地。由于开采铬铁矿资源，化工生产过程中有大量的铬渣产生。资料显示，缘于前期落后的生产工艺，铬渣大多堆放在无防扬散、无防流失、无防渗漏措施的露天场地内。目前遗留铬渣已经于2011年全部清理，但是由于土壤及包气带的严重污染，随着降雨淋滤作用的继续，构成了地下水的主要污染源。
2地质环境条件
2.1地形地貌
技改区处于低山丘陵区河谷阶地地貌（见图1），处于县河二级基座阶地上，现地势相对平缓，相对高差小于10m，场地原为低矮山梁及沟谷相间的梳妆地形，经人工开挖整平，整体向西南倾斜，场地高程在440—448m之间，高于任家沟沟谷底部20—30m。
2.2地层及岩性
技改区地层出露上部为全新统的人工填土、下部为上更新统的河流冲积的漂砾卵石层混粉质粘土、
粉质粘土层，下伏基岩为泥盆系青石垭组的变质岩。任家沟谷底为全新统冲洪积的卵石、粉质粘土，在山坡的缓坡地带覆盖全新统坡积土。
3水文地质条件
3.1水文地质结构
技改区地层上部主要有全新统人工堆积的填土、河床二级阶地冲洪积粘性土、卵石层，上覆更新统坡积碎石土，泥盆系变质岩构成基底，泥盆系变质岩根据风化程度可划分为强风化、弱风化及微风化带，其中强风化带构成主要含水层，弱风化过渡至微风化带构成隔水层。
水文地质结构：地下水赋存于卵砾石孔隙及强风化带裂隙中，由于漂砾卵石含大量的粉土、粉质粘土，透水性较下部微风化带裂隙水差，地下水主要接受侧向补给，向河谷排泄，局部以下降泉的形式排泄，径流类型为汇流型，水位相对平缓，以水平交替为主，水位埋深在6.5-14m。
3.2地下水富水性
根据项目区钻孔抽（提）水试验及民井抽（提）水试验的资料参数计算成果见表1，所换算成的统一口径涌水量，分别为0.41m?/d—11.1 m?/d，技改区第四系松散孔隙水与风化裂隙孔隙水潜水含水层富水性结皆属于弱富水性，基岩构造裂隙水含水层属于极弱富水性。
4地下水污染现状
据调查及勘探试验工作，技改区西侧的老渣场及老厂区的废渣堆放、废水泄露及排放构成了任家沟流域的地下水六价铬污染，铬盐作为易溶盐，在降雨溶解，通过入渗、淋滤作用经包气带至潜水含水层，污染因子为六价铬，造成地下水水质恶劣，矿化度及六价铬浓度增大。在以老渣场为中心的区域，在老渣场中心最大六价铬含量达4720mg/L，矿化度达大于3g/L，六价铬浓度、矿化度向外围逐渐降低。在老渣场所处小山包形成一个成北东向展布的一个长约700m，宽230—320m的“岛状”污染区域，北侧至砖厂，南侧至县河与任家沟交汇处，东侧至技改区二级阶地前缘，西侧以县。
由于老渣场及老厂区属于更新统冲洪积—泥盆系强风化带裂隙水双层水文地质结构区，包气带渗透系数小，主要含水层为强风化裂隙含水层，透水性不良，下部弱、微风化变质岩构成相对隔水层及隔水层，污染区地下水径流缓慢，污染物长期聚集，释放缓慢，形成岛状污染区，污染区东侧边界已紧邻技改厂区西侧边界。
老渣场及老厂区重金属六价铬浓度及污染影响范围面积见图2。
5地下水污染水的排泄量估算
根据建立的水文地质模型，采用达西定律估算枯水期地下污染水渗流量（见图3）。
经计算，老厂区A—A’剖面渗流量为2.5 m3/d，老渣场B-B’剖面县河渗流量为0.33 m3/d；老渣场B-B’剖面任家沟渗流量为0.33 m3/d。
6地下水污染治理措施及效果
2010年老渣场遗留铬污染修复项目，实施方案为：在老渣场南侧设一排渗水收集井（见图3），收集井上部分为镂空形式，以便土壤内含水渗入井中；收集井下部为储水部分，积水达到上水位时，自动液下泵工作，将含铬渗出水泵送到水处理车间的多级阴离子交换器进行处理；处理后的清水经进一步增压后送到常压压水井，常压压水井全部为镂空形式，清水不断渗入，经一段洗涤溶解后变为含铬水进入渗水收集井。
压水井的布置密度是根据土壤性质、特点、地形和地貌决定。对密度大于1.7的密实型土壤采取加压压水的办法，压缩空气将清水强制压入土壤中，形成强制洗涤；对渗水井难抽取和渗出的，采取了真空负压抽取；当循环清水不足时，可以补充外部清水；自然降水也起到洗涤土壤的作用。经交换处理后的高浓度含铬水，输送到现生产工艺，作为工艺碱性水使用，最终制成产品。
在反复循环洗灌过程中，每间隔一周期采样一次，对渗出水及土壤检测，达标后，再循环2到3周期后，该地块地下水修复完毕，再进入下一区域工作。
处理效果：根据六月至十月老渣场南侧的8个排污收集井的Cr6+浓度的变化情况（图6），1#井Cr6+从1870.3降至830.06、8#井从3783.69mg/L降至2160.89mg/L，在其他井位亦降低明显，其中1#井总下降量是最高6月份的55.6%， 6#井总下降量是最高6月份的28.3%。地下水修复及治理工作效果是显著的。 7地下水环境保护及对策
7.1地下水环境保护目标
技改区主要为自然状态的村庄居民地，本次将老渣厂区工业六价铬的污染源下游的杨家沟自然村、县河下游行政村，作为敏感点，若发生重金属六价铬污染，对居民的生活用水将产生较大影响。
1）杨家沟第四系松散层孔隙水及强风化裂隙水潜水含水层，目前水质优良，地下水质量为Ⅰ—Ⅱ类，应采取措施防止饮用水源被污染。
2）任家沟老厂区上游河漫滩松散层及强风化裂隙水含水层，Cr6+超标，水质类型为Ⅴ类，应进行治理及保护。
3）老渣场下游县河地表水及河漫滩、低阶地第四系松散层潜水Cr6+浓度<0.005mg/L，地下水质类型为Ⅱ—Ⅲ类，故应对县河地表水进行保护。
7.2建设项目污染防治对策
1、工艺措施
采用先进的制重铬酸钠生产工艺线，实现铬渣资源化零排放，将铬盐工业达到高效节能、清洁生产和节约资源的目标，工程在设计中对废水采取有效治理措施，实行清、污分流，对各种生产、生活废水进行生化处理后回用不外排，从源头上进行控制措施。
在不改变厂区位置的前提下，除在厂区内部通过调整工业布局，实现封闭生产，控制和减缓地下水的污染风险，建议对技改区地面采取防污措施，在可能产生污染的任家沟河漫滩厂区和堆渣场区，要保障防渗层的厚度和性能，最大可能的阻止污染物通过包气带进行浅层潜水含水层，这对保护地下水水环境至关重要。防护层包括土工布和土工膜两部分，分别起到阻水和集水的作用，然后建立污染导入系统，避免进一步污染地下水。
2、环保设计措施
工程设计对循环水以及可能进入地下水环境的原料、中间物料、产品泄露等划分防治区，对可能的污染区域采取地面防治方案，建立防渗设施检漏系统，防止跑、漏，拟在技改区设计防渗墙工程，污染物外泄扩散。
3、地下水污染监测措施
在技改项目区建立地下水环境监测体系，在项目厂区完善地下水监测孔的布置，合理设计监测项目及检测频率，制定监测计划，发现问题及时采取措施。
建议对县河地表水及县河低阶地、河漫滩第四系松散层潜水、杨家沟村民饮用水源进行保护。
4、建立风险事故应急预案
明确事故状态下采取的封闭、截流措施，提出污染治理方案。
铬渣处理难在没有更好的治理办法。目前通行的解毒技术方案，都不能有效的完全的解决铬渣污染。环境保护治表更要治本，应控制污染源，尽量改革和完善工艺，把含铬废水的危害消灭在生产源头，使污染控制贯穿于整个生产过程，而不是单纯的末端治理措施，使生产和环保一体化。即提倡清洁生产，尽量使用清洁生产工艺，最终实现经济效益、环境效益和社会效益的统一，这样才能达到经济和社会可持续发展的要求。
参考文献：
[1] 徐衍中等，铬污染及其生态效应 [M]. 环境科学与技术，2002，25（Z1）
[2] 李莉娜等，中国含六价铬工业废水排放的行业贡献与空间分布特征分析 [M]. 环境污染与防治2013，12
作者简介：
杨可乐，男，51岁，水工环工程师，长期从事水工环地质勘察工作。
牛宝琪，男，31岁，水工环工程师，长期从事水工环地质勘察工作。
【关键词】地下水；六价铬；防治对策
1技改区概况
铬污染是重金属污染的重中之重，其毒性主要来自六价铬，其被列为是对人体危害最大的八种化学物质之一，是国际公认的三种致癌金属物之一。 暴露在这些化合物中的人，有可能引起急性病，如肝损伤，皮肤刺激、溃疡和过敏，鼻刺激、溃疡和鼻中隔穿孔，呼吸过敏。最严重的健康问题是呼吸癌。
某技改区位于县河支流任家沟中部左侧河谷二级阶地，场地东侧依山，西侧跨越任家沟沟道，以商郧公路为界，总面积15.3万㎡（229.21亩） 技改项目区原为农业用地，现已改变为工矿用地。由于开采铬铁矿资源，化工生产过程中有大量的铬渣产生。资料显示，缘于前期落后的生产工艺，铬渣大多堆放在无防扬散、无防流失、无防渗漏措施的露天场地内。目前遗留铬渣已经于2011年全部清理，但是由于土壤及包气带的严重污染，随着降雨淋滤作用的继续，构成了地下水的主要污染源。
2地质环境条件
2.1地形地貌
技改区处于低山丘陵区河谷阶地地貌（见图1），处于县河二级基座阶地上，现地势相对平缓，相对高差小于10m，场地原为低矮山梁及沟谷相间的梳妆地形，经人工开挖整平，整体向西南倾斜，场地高程在440—448m之间，高于任家沟沟谷底部20—30m。
2.2地层及岩性
技改区地层出露上部为全新统的人工填土、下部为上更新统的河流冲积的漂砾卵石层混粉质粘土、
粉质粘土层，下伏基岩为泥盆系青石垭组的变质岩。任家沟谷底为全新统冲洪积的卵石、粉质粘土，在山坡的缓坡地带覆盖全新统坡积土。
3水文地质条件
3.1水文地质结构
技改区地层上部主要有全新统人工堆积的填土、河床二级阶地冲洪积粘性土、卵石层，上覆更新统坡积碎石土，泥盆系变质岩构成基底，泥盆系变质岩根据风化程度可划分为强风化、弱风化及微风化带，其中强风化带构成主要含水层，弱风化过渡至微风化带构成隔水层。
水文地质结构：地下水赋存于卵砾石孔隙及强风化带裂隙中，由于漂砾卵石含大量的粉土、粉质粘土，透水性较下部微风化带裂隙水差，地下水主要接受侧向补给，向河谷排泄，局部以下降泉的形式排泄，径流类型为汇流型，水位相对平缓，以水平交替为主，水位埋深在6.5-14m。
3.2地下水富水性
根据项目区钻孔抽（提）水试验及民井抽（提）水试验的资料参数计算成果见表1，所换算成的统一口径涌水量，分别为0.41m?/d—11.1 m?/d，技改区第四系松散孔隙水与风化裂隙孔隙水潜水含水层富水性结皆属于弱富水性，基岩构造裂隙水含水层属于极弱富水性。
4地下水污染现状
据调查及勘探试验工作，技改区西侧的老渣场及老厂区的废渣堆放、废水泄露及排放构成了任家沟流域的地下水六价铬污染，铬盐作为易溶盐，在降雨溶解，通过入渗、淋滤作用经包气带至潜水含水层，污染因子为六价铬，造成地下水水质恶劣，矿化度及六价铬浓度增大。在以老渣场为中心的区域，在老渣场中心最大六价铬含量达4720mg/L，矿化度达大于3g/L，六价铬浓度、矿化度向外围逐渐降低。在老渣场所处小山包形成一个成北东向展布的一个长约700m，宽230—320m的“岛状”污染区域，北侧至砖厂，南侧至县河与任家沟交汇处，东侧至技改区二级阶地前缘，西侧以县。
由于老渣场及老厂区属于更新统冲洪积—泥盆系强风化带裂隙水双层水文地质结构区，包气带渗透系数小，主要含水层为强风化裂隙含水层，透水性不良，下部弱、微风化变质岩构成相对隔水层及隔水层，污染区地下水径流缓慢，污染物长期聚集，释放缓慢，形成岛状污染区，污染区东侧边界已紧邻技改厂区西侧边界。
老渣场及老厂区重金属六价铬浓度及污染影响范围面积见图2。
5地下水污染水的排泄量估算
根据建立的水文地质模型，采用达西定律估算枯水期地下污染水渗流量（见图3）。
经计算，老厂区A—A’剖面渗流量为2.5 m3/d，老渣场B-B’剖面县河渗流量为0.33 m3/d；老渣场B-B’剖面任家沟渗流量为0.33 m3/d。
6地下水污染治理措施及效果
2010年老渣场遗留铬污染修复项目，实施方案为：在老渣场南侧设一排渗水收集井（见图3），收集井上部分为镂空形式，以便土壤内含水渗入井中；收集井下部为储水部分，积水达到上水位时，自动液下泵工作，将含铬渗出水泵送到水处理车间的多级阴离子交换器进行处理；处理后的清水经进一步增压后送到常压压水井，常压压水井全部为镂空形式，清水不断渗入，经一段洗涤溶解后变为含铬水进入渗水收集井。
压水井的布置密度是根据土壤性质、特点、地形和地貌决定。对密度大于1.7的密实型土壤采取加压压水的办法，压缩空气将清水强制压入土壤中，形成强制洗涤；对渗水井难抽取和渗出的，采取了真空负压抽取；当循环清水不足时，可以补充外部清水；自然降水也起到洗涤土壤的作用。经交换处理后的高浓度含铬水，输送到现生产工艺，作为工艺碱性水使用，最终制成产品。
在反复循环洗灌过程中，每间隔一周期采样一次，对渗出水及土壤检测，达标后，再循环2到3周期后，该地块地下水修复完毕，再进入下一区域工作。
处理效果：根据六月至十月老渣场南侧的8个排污收集井的Cr6+浓度的变化情况（图6），1#井Cr6+从1870.3降至830.06、8#井从3783.69mg/L降至2160.89mg/L，在其他井位亦降低明显，其中1#井总下降量是最高6月份的55.6%， 6#井总下降量是最高6月份的28.3%。地下水修复及治理工作效果是显著的。 7地下水环境保护及对策
7.1地下水环境保护目标
技改区主要为自然状态的村庄居民地，本次将老渣厂区工业六价铬的污染源下游的杨家沟自然村、县河下游行政村，作为敏感点，若发生重金属六价铬污染，对居民的生活用水将产生较大影响。
1）杨家沟第四系松散层孔隙水及强风化裂隙水潜水含水层，目前水质优良，地下水质量为Ⅰ—Ⅱ类，应采取措施防止饮用水源被污染。
2）任家沟老厂区上游河漫滩松散层及强风化裂隙水含水层，Cr6+超标，水质类型为Ⅴ类，应进行治理及保护。
3）老渣场下游县河地表水及河漫滩、低阶地第四系松散层潜水Cr6+浓度<0.005mg/L，地下水质类型为Ⅱ—Ⅲ类，故应对县河地表水进行保护。
7.2建设项目污染防治对策
1、工艺措施
采用先进的制重铬酸钠生产工艺线，实现铬渣资源化零排放，将铬盐工业达到高效节能、清洁生产和节约资源的目标，工程在设计中对废水采取有效治理措施，实行清、污分流，对各种生产、生活废水进行生化处理后回用不外排，从源头上进行控制措施。
在不改变厂区位置的前提下，除在厂区内部通过调整工业布局，实现封闭生产，控制和减缓地下水的污染风险，建议对技改区地面采取防污措施，在可能产生污染的任家沟河漫滩厂区和堆渣场区，要保障防渗层的厚度和性能，最大可能的阻止污染物通过包气带进行浅层潜水含水层，这对保护地下水水环境至关重要。防护层包括土工布和土工膜两部分，分别起到阻水和集水的作用，然后建立污染导入系统，避免进一步污染地下水。
2、环保设计措施
工程设计对循环水以及可能进入地下水环境的原料、中间物料、产品泄露等划分防治区，对可能的污染区域采取地面防治方案，建立防渗设施检漏系统，防止跑、漏，拟在技改区设计防渗墙工程，污染物外泄扩散。
3、地下水污染监测措施
在技改项目区建立地下水环境监测体系，在项目厂区完善地下水监测孔的布置，合理设计监测项目及检测频率，制定监测计划，发现问题及时采取措施。
建议对县河地表水及县河低阶地、河漫滩第四系松散层潜水、杨家沟村民饮用水源进行保护。
4、建立风险事故应急预案
明确事故状态下采取的封闭、截流措施，提出污染治理方案。
铬渣处理难在没有更好的治理办法。目前通行的解毒技术方案，都不能有效的完全的解决铬渣污染。环境保护治表更要治本，应控制污染源，尽量改革和完善工艺，把含铬废水的危害消灭在生产源头，使污染控制贯穿于整个生产过程，而不是单纯的末端治理措施，使生产和环保一体化。即提倡清洁生产，尽量使用清洁生产工艺，最终实现经济效益、环境效益和社会效益的统一，这样才能达到经济和社会可持续发展的要求。
参考文献：
[1] 徐衍中等，铬污染及其生态效应 [M]. 环境科学与技术，2002，25（Z1）
[2] 李莉娜等，中国含六价铬工业废水排放的行业贡献与空间分布特征分析 [M]. 环境污染与防治2013，12
作者简介：
杨可乐，男，51岁，水工环工程师，长期从事水工环地质勘察工作。
牛宝琪，男，31岁，水工环工程师，长期从事水工环地质勘察工作。