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图1 场地平面布置及土壤采样布点
2.4.2 取水样分析化验
依据HJ/T164—2004《地下水环境监测技术规范》、HJ493—2009《水质采样样品的保存和管理技术规定》和GB/T 14848—93《地下水质量标准》要求,开展地下水取样工作。根据地下水流场特征确定具体取样位置,以受污染源威胁的居民井为取样对象,以圈定现状污染范围为主要目的(图2)。
地下水分析化验指标主要有 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu、Pb、Zn、Cl-、、HCO3-、、F-、CN-、全硬度、永久硬度、暂时硬度、负硬度、总酸度、总碱度、溶解性总固体、As、Hg、Se、Cr6+、Cr3+、Cd、游离 CO2、Ni、Al、Mn、CODMn、pH 和石油类共计36项。
2.4.3 三维数值模拟
图2 地下水采样布点
根据地下水三维数值模拟相关要求,结合环境水文地质测绘工作进行模拟。工作目的是为预测污染范围和优化修复治理工程布置提供依据。采用Visual MODFLOW 4.1模拟软件进行预测。
3 结果分析
3.1 土壤评价结果
根据土壤环境质量评价结果,污染场地存在个别土样镉、铜和镍超过GB 15618—1995《土壤环境质量标准》中二级土壤标准,其中镉超标点存在于镀槽处,铜超标点存在于镀槽边,镍超标点存在于镀槽边、截流槽、倾倒点和上游背景值监测点。依据DB11/T 811—2011《场地土壤环境风险评价筛选值》相关要求,以实测值与土壤风险基准值之比作为污染指数F,其土壤污染分级按照如下原则:F≤1表示未受污染;F>1表示已受污染,F值越大污染风险越高。通过土壤污染风险评价结果得知,污染风险因子为 Cr6+和 Ni,其中 Cr6+的污染指数为1.0 ~1.87,污染最重,Ni的污染指数为 1.0 ~1.04,污染较轻。通过对镀槽和截流坑处的受污染土壤进行危险废物鉴别,依据GB 5058.3—2007《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》相关规定,确认项目场地内受污染的土壤不是危险废物。
3.2 地下水评价结果
通过对污染场地附近30眼水井水进行分析化验,项目场地地下水质量距离污染源由近到远呈现出较差、良好、优良的分布趋势,其中14眼监测井呈现较差水质。污染场地内地下水中呈现地下水质量Ⅴ类因子的全部为Cr6+,呈现地下水质量Ⅳ类因子的主要有Cr6+和Fe。依据《地下水环境状况调查评价工作指南》相关要求,对项目场地地下水进行了现状污染评价,污染指数P为评价因子实测值和背景值之差与标准值(《地下水质量标准》Ⅲ类限值)之比。污染指标分级标准为P≤0,污染级别为Ⅰ级,污染分级为未污染;0<P≤0.2,污染级别为Ⅱ级,污染分级为轻污染;0.2<P≤0.6,污染级别为Ⅲ级,污染分级为中污染;0.6<P≤1.0,污染级别为Ⅳ级,污染分级为较重污染;1.0<P≤1.5,污染级别为Ⅴ级,污染分级为严重污染;P>1.5,污染级别为Ⅵ级,污染分级为极重污染。通过取样化验结果可知,项目场地地下水质量距离污染源由远及近呈现出未污染、轻污染、中污染、较重污染、严重污染、极重污染的分布趋势。其中13眼监测井呈现极重污染,污染因子为Cr6+和Fe;2眼监测井呈现严重污染,污染因子为Cr6+和Fe;1眼监测井呈现较重污染,污染因子为Cr6+;3眼监测井呈现中污染,污染因子为石油类、Mn和Fe;9眼监测井呈现轻污染,污染因子为Cr6+、Ni、Zn、Fe、Pb、石油类和溶解性总固体;2眼监测井呈现未污染。
3.3 地下水污染预测
在现状水文地质条件和地下水流场不发生改变的情况下,污染场地电镀废水泄露造成的污染将会继续。运用Visual MODFLOW软件在研究区水文地质概念模型的基础上建立地下水流数值模型对污染情况[18]进行预测,具体过程如下。
3.3.1 含水层概化
研究目标为潜水含水层,厚度为20~30 m。结合场地含水层分布情况的勘查,将地下水系统模型概化为两层:将地表以下第四系覆盖层及强风化片麻岩分布区域概化为第一层(含水层);将第一层底板以下的中风化、微风化及完整未风化片麻岩分布区域概化为第二层(隔水层)。将含水层概化为非均质各项同性介质。
3.3.2 边界条件概化
模拟区上边界为潜水面,垂向上受到大气降水和蒸发的影响。下边界取潜水含水层底部隔水层,由于其下部为风化程度较低的片麻岩组成,为较好的隔水层,故将其概化为零通量边界。四周边界在概化时,考虑到地形地貌的影响以及地下水特征和实际资料,确定模型东、西、北3个方向为定水头边界。
3.3.3 地下水流特征
模拟区为潜水含水层,地下水流受到地形控制,由地势高的地区流向地势低的地区,地下水主要接受大气降水入渗补给。排泄途径为垂向蒸发、侧向径流排泄。鉴于调查区内地下水含水层介质单一,分布均匀,可将该区地下水径流概化为二维稳定流。
3.3.4 模型检验
在进行模拟预测前,需要对模拟效果进行评价。利用污染场地前期的地下水质检测结果作为校正标准。利用机井中Cr6+浓度与模拟结果进行对比,通过污染场地的第10天的采样化验结果对三维数值模拟结果进行了校正,模拟结果与实际观测值有较好的一致性,模拟结果的可信度较高。
3.3.5 地下水污染预测结果
根据对污染场地三维数值模拟,得出地下水污染预测结果见表1。图3为发生污染的第10天、第90天、第180天和第360天的Cr6+污染羽分布情况。
表1 电镀厂地下水Cr6+污染模拟预测结果
由图3可以看出,受到地下水流向的影响,污染场地北部及东北部位于地下水上游区域,未受到污染。从污染初期到电镀废水停止泄露的第90天,Cr6+的污染羽已经由厂区扩散到居民区,污染面积达14772m2,部分居民区水井中Cr6+浓度已经超过地下水质量的Ⅲ类水质标准(0.05 mg/L)。在第90天至180天,由于电镀废水停止泄露,高浓度污染区Cr6+浓度降低,最高质量浓度由2766 mg/L降至169 mg/L,但污染范围持续扩大至19888 m2,污染范围已经超出了模拟区域,向调查区西南方向扩散。在污染发生的第360天,Cr6+最高质量浓度降至12mg/L。电镀废水中的Cr6+大量被截流在含水层中,剩余部分随水流向地下水下游区域扩散。
通过模拟未进行人工干预治理时Cr6+在污染场地的时间和空间的分布情况发现,受地下水流向和含水层介质的影响,在电镀废水停止泄露后的180d内,调查区西南部大片区域的地下水有被污染的风险,污染物流经的含水层也会截流大量污染物,增大后续污染治理的难度。因此,对污染区域采取及时有效的治理措施是十分必要的。
图3 发生污染后不同时间Cr6+污染羽分布情况
4 结 语
河北某电镀厂电镀车间渡槽内电镀液出现渗漏后,污染场地在未进行人工干预治理时,污染物受到地下水流向和含水层介质的影响,在电镀废水停止泄露后的180d内,调查区西南部大片区域的地下水有被污染的风险。从保护生态环境、保障人体健康的角度,提出加强污染场地环境管理及相关防治措施的对策建议:
a.尽快开展项目场地的环境风险评估工作,明确场地的敏感受体、风险途径及风险值,确定场地土壤和地下水的修复治理目标。
b.在完成调查评估和风险评估的基础上,编制污染场地修复治理实施方案,并严格按方案开展相关工作,尽快完成污染场地修复治理工作。
c.在未完成污染场地修复治理时,不要加大下游地下水开采量,以免加剧污染的扩散速度,影响用水安全。
d.建立和完善地下水动态监测系统,及时掌握地下水水质、水位动态变化情况。
e.政府相关部门要加强电镀企业的统一规划和管理,建立健全Cr6+污染场地综合防治措施体系,制定发生污染事件的应急预案。
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