陳 磊

(無錫市智慧環(huán)保技術(shù)監(jiān)測研究院有限公司，江蘇 無錫 214121)

1 項目廢水產(chǎn)生情況

本項目為生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的環(huán)境影響評價項目，其中需要對運營期生產(chǎn)是否會對地下水環(huán)境產(chǎn)生影響進行預測和分析。項目甲苯二異氰酸酯(TDI)的生產(chǎn)，包括三個階段：原料產(chǎn)品硝酸的生產(chǎn)、中間產(chǎn)品二硝基甲苯(DNT)的生產(chǎn)和產(chǎn)品TDI的生產(chǎn)。TDI的生產(chǎn)采用光氣化法進行合成。首先，氨氣通過催化氧化加壓吸收制成硝酸；甲苯在混酸(硝酸和硫酸)中硝化生成DNT；在催化劑作用下DNT與氫氣反應(yīng)制取間位甲苯二胺(TDA)；再以氯苯為溶劑，TDA與光氣進行光氣化反應(yīng)生成粗TDI和HCl氣體，粗TDI脫除溶劑和焦油后，精制得到TDI裝桶出售。主要產(chǎn)生的廢水源強情況見表1。

表1 項目廢水污染物產(chǎn)生情況

2 地下水污染數(shù)值模擬法預測

地下水污染預測重點關(guān)注的地下水污染源為埋地式或半埋地式污水處理構(gòu)筑物，其設(shè)備或設(shè)施如發(fā)生物料和污染物泄漏不易被發(fā)現(xiàn)和處理，如處理不及時會對土壤和地下水造成污染。根據(jù)項目所處區(qū)域的水文地質(zhì)和廠區(qū)平面布置情況，本項目可能對下水造成的污染源主要為一次沖洗池、中和池和應(yīng)急事故池。其次關(guān)注裸露于地面的生產(chǎn)功能單元和地上廢水管線，物料或廢水泄漏后被及時發(fā)現(xiàn)和處理的區(qū)域或部位，本項目主要關(guān)注的為罐區(qū)、化學品倉庫、危廢暫存區(qū)和廢水管網(wǎng)。

2.1 地下水污染情景和源強

項目場地內(nèi)廢水產(chǎn)生主要來自運營期。液氨蒸發(fā)器廢水和汽包排水首先收集至硝酸裝置區(qū)中和池，中和后泵入園區(qū)廢水站進行預處理。裝置區(qū)和儲罐區(qū)的雨水、地面沖洗水首先收集至一次沖洗池。其中，初期雨水和事故廢水至應(yīng)急事故池收集后排入有機廢水管網(wǎng)送至園區(qū)廢水站進行預處理，清凈雨水排入廠區(qū)內(nèi)雨水管網(wǎng)。其他廢水(W3-W7)經(jīng)有機廢水管道直接輸送至園區(qū)廢水站進行預處理。

罐區(qū)、化學品倉庫和危廢暫存區(qū)均為地上建筑物或構(gòu)筑物，且已采取地坪防滲措施，如事故情況下物料發(fā)生泄漏，易被發(fā)現(xiàn)和處理，在作應(yīng)急響應(yīng)情況下，對地下水的影響相對較小。

在事故狀況下，半埋地廢水處理池防滲層存在破壞的可能性，大量污水在未及時收集處理的情況下可能會滲入土壤和地下水中。本次預測評價選取事故情景下廢水泄漏對地下水的預測分析。硝酸裝置區(qū)廢水在廠區(qū)中和池中和后排入園區(qū)廢水站進行預處理，中和池為地下水池，其它均為地上水池，本次選擇中和池作為典型污染源進行預測。表2總結(jié)了預測情景和各類污染源強、特征污染物類型和初始濃度。

表2 項目預測源強總結(jié)表

2.2 地下水污染途徑和受體

項目污水泄漏后進入地下，首先在包氣帶中垂直向下遷移，然后進入到含水層。污染物進入地下水后，以對流作用和彌散作用為主。另外，污染物在含水層中的遷移行為還包括吸附解析、揮發(fā)和生物降解。根據(jù)本項目污染物的理化特征，基于保守性考慮，本次地下水污染模擬過程中未考慮污染物在含水層中的揮發(fā)、吸附解析和生物化學反應(yīng)。這種相對保守的預測情景可以為項目防控體系提供更為可靠的依據(jù)。

評價區(qū)域內(nèi)如發(fā)生污染物泄漏，可能污染地下水，潛水含水層和承壓含水層之間存在相對隔水層，故潛水含水層和承壓含水層聯(lián)系相對不密切。但評價區(qū)域地下水水位受周邊河流影響，與地表水聯(lián)系相對密切，污染物存在遷移至場地下游河流的可能。因此本項目確定地下水潛水含水層和項目下游河流為敏感的環(huán)境受體。

2.3 地下水預測數(shù)值模型

本次地下水評價主要關(guān)注的含水層為潛水含水層，主要由粉質(zhì)粘土和粉土組成，潛水含水層以水平方向運動為主，垂向運動微弱，地下水系統(tǒng)概化為空間三維流。評價區(qū)域范圍較小，含水層參數(shù)空間變異較小，含水層概化為均質(zhì)水平各向同性。評價區(qū)域豐水期和枯水期地下水水位變化較小，趨勢一致，故概化為穩(wěn)定流地下水水流模型。綜上所述，將評價區(qū)地下水系統(tǒng)概化為空間三維、水平各向同性、穩(wěn)定的地下水流系統(tǒng)概念模型。評價區(qū)域南側(cè)河流，設(shè)為為定水頭邊界。本次評價范圍為地下水塊段，部分邊界的流入流出量需由地下水水流模型水文地質(zhì)參數(shù)校正得出，設(shè)為定流量邊界。模型上部接受降雨補給和蒸發(fā)排泄，概化為有效凈補給，底部為隔水邊界。地下水模型中輸入的參數(shù)見表3。

表3 項目地下水數(shù)值模擬輸入的參數(shù)

項目在運營期不涉及地下水開采和回注，對地下水水位人為影響可以忽略，且經(jīng)監(jiān)測結(jié)果表明豐水期和枯水期水位變動幅度小，故選擇地下水穩(wěn)定流模型識別驗證水文地質(zhì)參數(shù)和地下水流場擬合程度。利用地下水枯水期水位統(tǒng)測數(shù)據(jù)對數(shù)值模型驗證。通過對比觀測點實測和計算的地下水水位擬合程度進行模型校正，監(jiān)測點地下水水位實測值和模擬結(jié)果計算值匹配較好，評價區(qū)域的地下水水流數(shù)值模型滿足后續(xù)溶質(zhì)運移模型預測要求。

2.4 地下水溶質(zhì)運移模擬預測

本次地下水溶質(zhì)運移模型，采用GMS中的MT3D模塊進行模型模擬，實現(xiàn)以上數(shù)學模型的數(shù)值模擬。聯(lián)合運行水流和水質(zhì)模型，得到硝酸裝置區(qū)中和池事故情景下污染物運移的預測結(jié)果。圖1為事故情景下污染物在地下水中濃度污染羽分布圖，可見基于現(xiàn)有地下水流場條件下，事故情況下50年內(nèi)污染物超標范圍在地下水中遷移距離約63米。

圖1 事故情況下50年內(nèi)污染物超標范圍在地下水中遷移距離

3 地下水污染解析法預測

3.1 解析法預測參數(shù)的選擇

采用瞬時泄漏情景下的解析模型[1]：假設(shè)一維無限長多孔介質(zhì)柱體，示蹤劑瞬時注入：

式中：

x為敏感目標與源的距離；t為時間，d；C(x，t)為t時刻在x處污染物濃度，mg/L；

m為污染源質(zhì)量，經(jīng)計算污染源氨氮質(zhì)量為1753g，以氨氮污染物作為校正因子；

w為橫截面面積，潛水含水層單寬橫截面積保守取為3m2；

n為實際速率，為0.0013m/d，u=KI/n，根據(jù)本次原狀土土工試驗分析結(jié)果，項目場地含水層主要是粉質(zhì)粘土，滲透系數(shù)為0.05m/d，水力梯度為0.008，孔隙度為0.3；

n為有效孔隙度，粉質(zhì)粘土有效孔隙度取經(jīng)驗值n=0.2；

根據(jù)Gelhar[2]和Xu[3]等提出的縱向彌散度和距離的關(guān)系，aL表征縱向彌散度為10.4m，DL縱向彌散系數(shù)為0.014m2/d；

π為圓周率。

3.2 解析法預測結(jié)論

將式中各參數(shù)代入地下水溶質(zhì)運移解析模型中，計算出事故情況下廢水池中污染物在地下水中的遷移預測結(jié)果。圖2是事故情況下廢水池中污染物在地下水中的遷移距離，事故情況下50年內(nèi)污染物超標范圍在地下水中遷移距離不會超過60米。

圖2 事故泄漏情況下地下水中氨氮濃度隨時間遷移距離

4 總結(jié)

數(shù)值模擬和解析法預測超標污染物在地下水中最大遷移距離相近，不會超過63米，基于現(xiàn)有地下水流場條件，在作好分區(qū)防滲和應(yīng)急預案前提下，污染物如有泄漏，在50年內(nèi)不會遷移至周邊河流，本項目因污水泄漏滲入地下水而造成對環(huán)境敏感目標的影響較小。在類似預測場景下，如條件不允許，可先使用解析法預估事故情況下地下水污染的大致范圍，作為地下水污染范圍和污染程度調(diào)查布點的初步依據(jù)。