工業(yè)污水處理廠對(duì)地下水水質(zhì)的影響研究

俞 欣

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽 六安 237010)

1 引言

地下水資源是維持自然生態(tài)系統(tǒng)平衡，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展的重要因素，對(duì)人類的生存和發(fā)展至關(guān)重要。工業(yè)污水處理廠作為處理工業(yè)廢水的重要設(shè)施，在降低污染物濃度、減輕污水排放影響、遏制環(huán)境惡化等方面發(fā)揮了重要作用[1]。但在長期運(yùn)行過程中仍可能存在一些問題，如污水處理廠管網(wǎng)滲漏、污水處理系統(tǒng)破損泄露、出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)[2]以及污泥的不合理堆放都有可能導(dǎo)致地下水中重金屬、營養(yǎng)鹽類含量超標(biāo)，造成潛在的地下水環(huán)境安全問題，威脅人類的健康，因此關(guān)于污水處理廠對(duì)地下水水質(zhì)的影響研究十分有必要[3]。

迄今，國內(nèi)外對(duì)污水處理廠的研究主要集中在提高污水處理工藝[4]及尾水排放對(duì)地表水環(huán)境的影響[5]，而鮮有關(guān)于污水處理廠對(duì)地下水水質(zhì)影響的研究。本文以六安市5個(gè)污水處理廠為研究對(duì)象，通過對(duì)地下水水質(zhì)分析，采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法來評(píng)價(jià)地下水環(huán)境，探究污水處理廠對(duì)地下水水質(zhì)的影響，以期為污水處理廠設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

六安市位于安徽省西部，俗稱“皖西”，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明，各季節(jié)氣候特征顯著，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。年均氣溫14.6～15.6 ℃，年均降水量900～1600 mm。六安市轄霍邱、金寨、霍山、舒城四縣和金安、裕安、葉集三區(qū)。本次研究對(duì)象包括六安市污水處理廠A、六安市污水處理廠B、六安市污水處理廠C、六安市污水處理廠D、六安市污水處理廠E共5個(gè)污水處理廠(圖1)。

圖1 研究區(qū)污水處理廠分布

研究區(qū)地下水主要分為松散巖類孔隙水、紅層孔隙裂隙水和基巖裂隙水三類。松散巖類孔隙水主要分布在淠河、杭埠河、豐樂河等河流的中下游地段的現(xiàn)代河漫灘，含水層巖性由松散砂和砂礫石組成；紅層孔隙裂隙水絕大部分伏于第四紀(jì)地層之下，含風(fēng)化裂隙孔隙潛水和孔隙裂隙承壓水，水量貧乏；基巖裂隙水分為山區(qū)基巖裂隙水和丘陵區(qū)基巖裂隙水。區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給和地表河流補(bǔ)給。

3 樣品采集與測(cè)試

5 個(gè)污水處理廠各布設(shè)4 個(gè)代表性檢測(cè)點(diǎn)位和1 個(gè)對(duì)照點(diǎn)(未受企業(yè)生產(chǎn)和人為環(huán)境影響的點(diǎn)位)，共計(jì)25 個(gè)采樣點(diǎn)。水樣嚴(yán)格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 164—2020)、《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)的要求進(jìn)行采取、密封、保送及檢測(cè)。本次樣品采集及分析測(cè)試由具有CMA認(rèn)證且具備地下水監(jiān)測(cè)能力的安徽實(shí)樸檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司承擔(dān)，并由廣電計(jì)量檢測(cè)(合肥)有限公司作為外部質(zhì)控單位。

各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試方法分別為：pH值采用玻璃電極法測(cè)定；COD用生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法測(cè)定；硫化物用亞甲基藍(lán)分光光度法；揮發(fā)酚用4-氨基安替比林分光光度法；硫酸鹽用鉻酸鋇分光光度法；亞硝態(tài)氮用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法；氟化物用離子選擇電極法；氯化物用硝酸銀滴定法；硝態(tài)氮用紫外分光光度法；氨氮用納氏試劑分光光度法；銅、錳、鋅、鐵、鈉用電感耦合等離子體質(zhì)譜法；汞、砷用原子熒光法。

4 評(píng)價(jià)方法

開展水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法較多，常用的有單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法等，在此選擇這兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析，相互印證，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。

4.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法[6]是將評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)濃度與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比，以單項(xiàng)評(píng)價(jià)最差指標(biāo)的類別作為最終水質(zhì)類別。

4.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[7]在突出極值的同時(shí)兼顧了其他指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的影響，運(yùn)算簡單針對(duì)性強(qiáng)。計(jì)算公式:

(1)

(2)

Pmax=max{P1,P2,P3…Pn}

(3)

式(1)～式(3)中：Pave為pi的平均值；Pmax為pi的最大值；n為參評(píng)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

5 結(jié)果與分析

5.1 污水處理廠對(duì)地下水水質(zhì)的影響

5個(gè)污水處理廠采樣點(diǎn)地下水水質(zhì)指標(biāo)見表1。顯然，污水處理廠淺層地下水pH值基本呈中性。硫化物、揮發(fā)酚、亞硝態(tài)氮和汞在多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和對(duì)照點(diǎn)均未檢出，少數(shù)檢出點(diǎn)位的檢測(cè)點(diǎn)均值和對(duì)照點(diǎn)數(shù)值相近，說明污水處理廠對(duì)這些指標(biāo)幾乎不產(chǎn)生影響。氟化物、氨氮、銅和砷基本表現(xiàn)為檢測(cè)點(diǎn)均值略高于對(duì)照點(diǎn)數(shù)值，說明污水處理廠對(duì)這些指標(biāo)存在影響，但影響較小。余下指標(biāo)基本表現(xiàn)為檢測(cè)點(diǎn)均值高于對(duì)照點(diǎn)數(shù)值，且數(shù)值差異較大，說明污水處理廠生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)這些指標(biāo)影響較為顯著，其中鐵、錳指標(biāo)存在個(gè)別點(diǎn)位數(shù)值較高，且背景點(diǎn)遠(yuǎn)高于檢測(cè)點(diǎn)，這可能與該地區(qū)地質(zhì)背景有關(guān)。據(jù)1∶20萬《六安幅水文地質(zhì)普查報(bào)告》，六安市域第四系全新統(tǒng)堆積層和中新生代的紅色碎屑巖層鐵、錳含量較高，第四系松散堆積層普遍含有鐵錳質(zhì)結(jié)核和鐵質(zhì)薄膜，在降水降雨入滲和地下水流動(dòng)過程中能夠淋濾至地下水環(huán)境中。

表1 污水處理廠地下水水質(zhì)理化指標(biāo)

總體來看，地下水中硫酸鹽、氯化物、硝態(tài)氮、COD、鋅和鈉受污水處理廠影響較大。

5.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由于鐵、錳的地質(zhì)背景含量較高，在進(jìn)行地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，剔除鐵、錳指標(biāo)，以獲得更客觀的水質(zhì)評(píng)價(jià)。

5.2.1 單因子評(píng)價(jià)法結(jié)果分析

表3表示通過單因子評(píng)價(jià)法對(duì)污水處理廠地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)的結(jié)果。可以看出，本研究共25個(gè)采樣點(diǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果中屬于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類的水的點(diǎn)分別有8、9、5、3個(gè)，其中Ⅲ類水最多，占樣品總數(shù)的36%，無Ⅰ類水。

結(jié)合地下水質(zhì)量分類(GB14848-2017)來看，以Ⅲ類水為標(biāo)準(zhǔn)，超半數(shù)采樣點(diǎn)地下水水質(zhì)滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)超標(biāo)采樣點(diǎn)基本位于各污水廠檢測(cè)點(diǎn)，其中Ⅴ類水均位于污水處理廠檢測(cè)點(diǎn)，說明污水處理廠會(huì)導(dǎo)致地下水水質(zhì)出現(xiàn)超標(biāo)情況。

5.2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算出P0，對(duì)比表2得到污水處理廠地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)。

表2 評(píng)價(jià)結(jié)果與水質(zhì)類別對(duì)應(yīng)

表3 污水處理廠地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表2可以看出評(píng)價(jià)中屬于Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ類水的點(diǎn)分別有19、4、2個(gè)，其中Ⅰ類水樣本數(shù)最多，占比76%；Ⅴ類水最少，占比8%。結(jié)合地下水質(zhì)量分類(GB14848-2017)來看，以Ⅲ類水為標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)采樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，其中出現(xiàn)Ⅴ類水均位于污水處理廠檢測(cè)點(diǎn)。說明污水處理廠的建設(shè)運(yùn)行可能導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化，造成污染。

對(duì)比2種評(píng)價(jià)方法對(duì)污水處理廠地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，不同的評(píng)價(jià)方法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異。單因子指數(shù)法由于是以單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)最差作為結(jié)果，評(píng)價(jià)過程較為嚴(yán)苛，因此評(píng)價(jià)結(jié)果明顯差于內(nèi)梅羅指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果，但2 種評(píng)價(jià)方法基本表明：污水廠檢測(cè)點(diǎn)水質(zhì)劣于對(duì)照點(diǎn)，且Ⅴ類水均出現(xiàn)在檢測(cè)點(diǎn)，說明污水處理廠的建設(shè)運(yùn)行對(duì)周邊地下水造成了一定程度的污染。

6 結(jié)論

(1)對(duì)比污水處理廠檢測(cè)點(diǎn)和對(duì)照點(diǎn)數(shù)值發(fā)現(xiàn)，地下水中氟化物、氨氮、銅和砷受污水處理廠影響較小；硫酸鹽、氯化物、硝態(tài)氮、COD、鋅和鈉受污水廠處理廠影響較大。

(2)采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法發(fā)現(xiàn)，污水處理廠地下水水質(zhì)總體較好，超標(biāo)點(diǎn)位基本位于污水處理廠地下水檢測(cè)點(diǎn)。

(3)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水的樣本數(shù)分別占樣品總數(shù)的32%、36%、20%和12%，無Ⅰ類水；內(nèi)梅羅指數(shù)法結(jié)果表明，Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ類水的樣本數(shù)分別占樣品總數(shù)的76%、16%和8%。單因子評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果明顯差于內(nèi)梅羅指數(shù)法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果。