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钢铁企业浅层地下水污染评估与治理研究 李建萍 1 张建红 2 洪慧 1 王存政 1 陈志新 3 王元葵 2 1. 中国京冶工程技术有限公司， 北京 100088;2. 首钢总公司， 北京 100041; 3. 北京首钢国际工程技术有限公司， 北京 100043 摘要 搬迁企业原址浅层地下水可能受原生产活动的污染， 因此， 旧址再利用之前必须进行地下水污染调查分析和环 境风险评价， 判断是否需要进行地下水修复。采用理化分析对首钢某区域进行了地下水污染调查， 采用内梅罗指数法 进行研究区地下水环境风险评价， 分析污染来源， 并提出基于环境风险的地下水污染治理模式及技术经济分析。 关键词 钢铁企业; 浅层地下水; 环境风险评价; 内梅罗指数; 环境风险治理模式 STUDY ON ASSESSMENT AND TREATMENT OF SHALLOW GROUNDWATER POLLUTION AROUND STEEL- MAKING ENTERPRISES Li Jianping1Zhang Jianhong2Hong Hui1Wang Cunzheng1Chen Zhixin3Wang Yuankui2 1. China Jingye Engineering Corporation， Beijing 100088，China;2. Shougang Group， Beijing 100041，China; 3. Beijing Shougang International Engineering Technology Co. ，Ltd. Beijing 100043，China AbstractThe groundwater may be polluted by pollutants from the production of a steel-making enterprise. So groundwater pollution investigation and assessment are the first issue to be solved. The groundwater pollution of an area of the original site for Capital Iron and Steel Group is investigated. The environmental risk of the area is assessed by Nemerow index. At last， it is advanced the treatment mode with risk-based corrective action RBCAand a tech-economy analysis is also done. Keywordssteel-making enterprises;shallow groundwater;environmental risk assessment;Nemerow index; treatment mode of environmental risk 钢铁企业生产过程中产生大量烟尘和废渣， 经过 降雨渗入土壤， 进而污染潜水层。另外， 钢铁企业地 下管道较多， 一旦管道腐蚀、 破损等造成泄露， 将会对 地下水尤其是潜水层造成威胁。因此对钢铁企业浅 层地下水污染及防治进行研究是十分必要的。 1概况 自 2005 年以来， 国务院批复的 北京城市总体规 划 20042020 年 提出在石景山建设城市西部的 综合服 务 中 心 之 后， 国 家 发 改 委 下 发 发 改 工 业 ［ 2005］ 273 号文件 批复了首钢实施搬迁结构调整计 划。这为促进区域产业结构总体上向现代服务业、 高 新技术产业转变提供了有力的政策依据和难得的发 展机遇。 研究区域位于永定河冲洪积扇顶部地区， 该地区 地势西北高、 东南低， 具有明显的水平分带性， 大致由 西北向东南， 表部覆盖层变薄， 入渗系数约 0. 45 ～ 0. 6 m/d; 含水层岩性颗粒由粗变细， 含水层由单一逐 渐变为多层， 岩性以砂卵砾石为主， 水交替强烈， 渗透 性 好，渗 透 系 数 300 ～ 500 m/d，单 井 出 水 量 在 5 000 m3/d以上。其主要特点是地层防护性能差， 一 旦地表水受到污染， 通过各种地球化学作用， 将对区 域内地下水造成垂直污染和对下游地下水的侧向污 染。该区域地下水主要为第四系松散沉积物孔隙水， 地下水总体流向亦是自西北向东南， 地下水开采以潜 水为主， 井深多数为100 m左右的基岩井 ［ 1- 3］。 2取样分析 将检修时获取的井底淤泥风干、 研磨过筛， 取粒 径≤63 μm的泥样 ［ 4］消解， 然后用等离子直读光谱测 定泥样中重金属含量。水井及地下水水样均用标准 方法测定 ［ 5］。测色结果见表 1。 由 GB /T 148481993地 下 水 质 量 标 准和 GB 57492006 生活饮用水卫生标准 可知， 研究区 311 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 表 1研究区潜水化学组分分析 项目pH 总硬度/ mg L－1 ρ Cl－ / mg L－1 ρ SO2 － 4 / mg L－1 ρ NO－ 3 / mg L－1 TDS/ mg L－1 ρ CODMn / mg L－1 ρ 氨氮 / mg L－1 细菌总数/ 个 mL－1 ρ TFe / mg L－1 ρ Cu2 / mg L－1 ρ Zn2 / mg L－1 ρ Cr3 / mg L－1 ρ Cd2 / mg L－1 ρ Na / mg L－1 工业水井 17. 32515 145. 619413. 89964. 90. 387200. 120. 020. 010. 010. 005102 工业水井 27. 68456 133185. 311. 7846. 53. 60. 256400. 080. 010. 010. 0050. 00596. 3 工业水井 37. 59411. 3 253. 6279. 413. 8982. 65. 10. 418100. 050. 010. 010. 01未检出110 工业水井 47. 51392. 5 112. 8178. 619. 3733. 62. 50. 1700. 030. 0050. 02未检出未检出83. 4 标准Ⅲ类6. 5 ～ 8. 545025020100030. 21000. 3110. 050. 01 标准Ⅳ类5 ～ 6. 5， 8. 5 550350302000100. 510001. 51. 550. 10. 01 注 表中标准为 GB /T 1484893地下水质量标准 。 地下水中无机物含量较高， 总硬超标， 部分井有机物 和微生物超标， 不能直接饮用。 2. 1无机物超标 主要污染物为氨氮、 COD， 其次是总硬度， 个别井 的硝酸盐和含盐量较高， 接近超标。研究区硬度和溶 解性总固体含量整体多年持续上升 ［ 6］。硝酸盐含量 较高， 多年变化不稳定， 总体呈上升趋势; 同时， 亚硝 酸盐氨和氮氮含量也在逐年上升。氯化物、 硫酸盐含 量逐渐升高， 超标率较低。水化学类型发生了明显改 变。在 20 世 纪 70 年 代 前 期， 地 下 水 化 学 类 型 以 HCO － Ca Mg和 HCO － Ca 水为主; 现在， 由于 Cl － 、 SO2 － 4 、 NO － 3 等的增多， 区内水化学类型变得复杂， 在 局部地区形成了以含大量 Cl － 、 NO － 3 为特征的水化学 类型 HCO Cl － CaMg 及 HCOSO － K Na Ca Mg 水 ［ 2 － 3］。 2. 2有机物污染及微生物超标 目前研究区域井中能检测到的卤代烃只有三氯 乙烯， 但检出浓度不高， 低于 EPA 标准 5 μg/L ［ 7］， 也远低于 GB 57492006 标准 0. 07 mg/L 。未检 测到 PAHs。 COD 较高， 可能是氨氮、 亚铁含量和细菌超标引 起的。 3水污染风险评价 地下水污染评价一般多采用单因子指数法、 内梅 罗指数法、 模糊综合评价法。本文采用内梅罗污染指 数法对研究区地下水环境进行评价和质量分级， 并对 研究区地下水污染进行风险评价。该方法可综合反 映多种污染物对地下水的作用， 同时突出了高浓度污 染物对地下水环境质量的影响 ［ 8］。基于内梅罗污染 指数的地下水污染分级见表 2。研究区地下水的内 梅罗污染指数分数见表 3。 表 2基于内梅罗污染指数的地下水污染分级 P 5 水质等级清洁轻污染污染重污染严重污染 表 3内梅罗污染指数分析 项目 总硬度 / mg L ρ Cl － / mg L － 1 ρ/ NO － 3 / mg L － 1 TDS/ mg L － 1 ρ CODMn / mg L － 1 ρ 氨氮 / mg L － 1 Pi， max PI 标准Ⅲ类45025020100030. 2 工业水井 1 污染指数 Pi 1. 14440. 58240. 690. 9961. 63331. 91. 91. 15771. 5732 工业水井 2 污染指数 Pi 1. 01330. 5320. 5850. 84651. 21. 251. 250. 90451. 0910 工业水井 3 污染指数 Pi 0. 9141. 01440. 690. 98261. 72. 052. 051. 22521. 6887 工业水井 4 污染指数 Pi 0. 87220. 45140. 9650. 73360. 83330. 50. 9650. 72590. 8539 注 表中的标准依据 GB /T 148481993。 由表 3 可知， 研究区地下水的内梅罗污染指数在 1 ～ 2 之间， 为轻污染， 主要污染指标为氨氮和 COD， 其次是总硬度， 个别井的硝酸盐和含盐量较高， 接近 超标。无机污染物一般不具有有机污染物的可降解 性， 对水体的影响是长期的; 而且有机污染物最终转 化为无机物， 可加剧地下水污染 ［ 3］。因此， 有必要进 行地下水修复。 4污染来源分析 根据研究区域的生产性质和周边环境分析， 地下 水污染途径分为 4 种 1 通过面状渗漏污染地下水。在研究区， 由于 大量使用废污水或中水抑尘、 洒水， 造成污染物下渗， 411 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 导致松散孔隙水水质恶化， 进而形成对中深层地下水 污染。另外， 钢铁企业生产过程中产生大量的烟尘， 经过降雨侵入土壤进而污染地下潜水层。 2 通过地表水入渗污染地下水。居民生活和企 业生产所产生的一些废渣、 废料、 废水等各种污染物 排入附近的永定河河道后， 降雨时在河道两岸入渗， 导致地下水水体污染。 3 通过淋滤下渗污染地下水。研究区内工业垃圾 以及上游生活垃圾等各种固体堆积物中含有较多的硫 酸盐、 氨、 细菌、 混杂物和腐烂的有机物， 经生物降解和 雨水淋滤后， 随雨水下渗， 形成对地下水的污染。 4 通过局部点状渗漏弥散污染地下水。钢铁企 业地下管道较多， 一旦管道腐蚀、 破损等造成泄露， 就 会对地下水尤其是潜水层造成威胁。泄漏污水进入 地下后， 一部分会受到土壤吸附以及生物降解等作 用， 滞留在土壤中， 还有一部分随着水体继续前进， 最 终汇入地下水中。在国外， Eiswirth 等认为地下污水 管网 泄 漏 是 地 下 水 的 污 染 源 之 一。 Wakida and Lerner 2005 通过氮平衡确定出其泄漏率为 13 ; Ellis 等通过室内实验， 确定地下管道泄露率在5 ～ 10 。因此， 管道泄漏引起的污染问题不可忽视 ［ 9］。 5基于环境风险的地下水污染治理的探讨 多年的实践表明， 采用传统方法治理污染的土壤 和地下水， 由于费用高昂， 往往难以成功。此外， 常用 的治理技术又很难将污染物治理至环境标准值以下。 产生这些问题的根源在于环境标准治理模式固有的 缺陷 治理目标的刚性。为解决这一问题， 欧美、 日本等发达国家逐渐发展出基于环境风险的治理模 式， 在众多具体子模式中， 又以 ASTM 美国材料与试 验协 会的 RBCA Risk-Based Corrective Action模 式 ［ 10］应用最为广泛和成功。目前， 加拿大、 日本和我 国台湾也在采用这一模式。 5. 1治理目标 结合研究区地下水实际情况， 以 GB 57492006 为基准， 制定基于环境风险的治理目标 ［ 10- 11］， 见表 4。 表 4制定基于环境风险的治理目标 目标pH 总硬度/ mg L－1 ρ Cl－ / mg L－1 ρ SO2 － 4 / mg L－1 ρ NO－ 3 / mg L－1 TDS/ mg L－1 ρ CODMn / mg L－1 ρ 氨氮 / mg L－1 细菌总数/ 个 mL－1 ρ TFe / mg L－1 ρ Cu2 / mg L－1 ρ Zn2 / mg L－1 ρ Cr3 / mg L－1 ρ Cd2 / mg L－1 ρ Na / mg L－1 一级6. 5 ～ 8. 545025025020100030. 21000. 3110. 050. 005200 二级6. 5 ～ 8. 545025020100030. 51000. 3110. 050. 01 三级6. 5 ～ 9. 555030020150030. 55000. 5110. 050. 01 注 基于环境风险的一级治理目标同时满足 GB 57492006 和 GB /T 148481993 Ⅲ类相应指标的要求， 二级治理目标满足较宽松的一个。 5. 2不同治理目标的技术经济比较 治理模式主要有传统的环境标准治理模式和基 于环境风险的治理模式。目前应用的地下水修复技 术很多 ［ 12- 14］。在不同模式下选择适用的修复技术进 行技术经济比较见表 5。 表 5不同治理目标的技术经济比较 治理模式成本估算 /百万元时间 环境标准治理模式18 ～ 231. 5 ～ 2. 5 年 RBCA 模式一级目标20 ～ 25 1. 5 ～ 2. 5 年 RBCA 模式二级目标11 ～ 15 1 ～ 1. 5 年 RBCA 模式三级目标8 ～ 10 9 ～ 12 月 注 表中环境标准治理模式以 GB /T 148481993 第三类地下水 环境质量为基准。 可见， 采用不同模式将直接导致治理对象、 治理 方法及治理规模的差异; 即使是采用相同的模式， 治 理目标等级不同， 治理成本和时间也会有较大差别。 6结论与建议 1 研究区地下水的取样分析表明， 内梅罗污染 指数在 1 ～ 2 之间， 为轻污染， 主要污染物为氨氮、 COD， 其次是总硬度， 个别井的硝酸盐和含盐量较高， 接近超标， 有必要进行修复。 2 采用不同模式将直接导致治理对象、 治理方 法及治理规模的差异; 即使是采用相同的模式， 治理 目标等级不同， 治理成本和时间也会有较大差别。 3 建议将地下水污染与土壤污染、 区域尤其是 永定河沿途的防污治污统筹考虑， 采用场地调查、 风 险评估、 污染治理的程序， 形成整个地区的治理开 发利用保护的良性互动机制。另外地下水修复 应分类治理， 分质使用。同时， 作为确定地下水污染 状况的有力手段， 地下水环境监测工作应贯穿地下水 修复的全过程， 建议采用环境同位素方法 ［ 4］结合理 化分析研究地下水污染。 参考文献 ［1 ］ 关秉钧， 唐京春. 用环境同位素方法研究北京地区地下水及工业污 染时空变化规律［ J］ . 水文地质工程地质， 1992， 19 5 10- 14. 下转第 31 页 511 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 养， 气水比为3∶ 1， 反冲洗周期为48 h。经过 4 个多月 的调试， 系统各单元运行稳定， 经监测， 各单元处理统 计效果见表 2。 表 2屠宰厂废水处理系统实际运行效果 项目 预处理 格栅、 调节 池、 混凝气浮 复合好氧 反应池 BAF 池 进水 / mgL － 1 出水 / mgL － 1 去除 率 / 出水 / mgL － 1 去除 率 / 出水 / mgL － 1 去除 率 / ρ COD1 800 80056130845061 ρ BOD5 9005204234931168 ρ SS1 400 50064122753075 动植物油50206013351023 ρ NH3-N 504020685266 从表 2 的监测统计数据可以看出， 该系统 COD、 BOD5、 SS、 动植物油、 NH3-N 的平均去除率分别大于 97 、 98. 7 、 98 、 80 和 96 ，出 水 水 质 达 到 GB 134571992肉类加工工业水污染物排放标准 禽类屠宰加工 中的一级排放标准。 5结论 1采用气浮 － 复合好氧反应器 － BAF 组合工艺 处理 禽 肉 屠 宰 废 水， 系 统 运 行 稳 定， 出 水 水 质 达 GB 134571992 禽类屠宰加工 一级标准。 2 复合好氧反应器中既有附着生长微生物又有悬 浮生长微生物。污染物通过与生物膜上的微生物和悬 浮生长的微生物之间接触而被降解， 且反应器中微生 物更为丰富， 使得系统具有更强的稳定性和适应性。 3 BAF 采用陶粒、 活性碳复合滤料， 利用滤料的 机械截流、 活性炭的吸附以及滤料上生物膜的降解作 用， 使污水中的有机污染物和 SS 及其他污染物得到 较好的去除效果。 参考文献 ［1 ］ 郭永福， 储金宇. 厌氧 UASB － 混凝沉淀法处理高浓度屠宰废 水［J］ . 环境工程， 2006， 24 4 12- 15. ［2 ］ 张自杰. 环境工程手册 水污染防治卷 ［M］ . 北京 高等教育 出版社， 1996 12. ［3 ］ 张朝晖， 傅国林. 气浮 SBR 工艺处理屠宰废水［J］ . 环境工 程， 2005， 23 125- 27. ［4 ］ GB134571992 肉类加工工业水污染物排放标准［S］ . 作者通信处张尊举066004河北省秦皇岛市河北大街西段 73 号 中国环境管理干部学院环境技术研究与实验中心 电话 0335 5945987 E- mailzhangzunju 163. com 2010 － 05 － 28 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 115 页 ［2 ］ 王小玲， 刘予， 张志林. 北京市永定河冲洪积扇地下水环境背景 值的调查研究［J］ . 北京地质， 1994 2 20- 28. ［3 ］ 邹胜章， 张金炳， 李洁. 北京西南城近郊浅层地下水盐污染特征 及机理分析［J］ . 水文地质工程地质， 2002 1 5- 9. ［4 ］ 陈静生， 王飞越， 陈江麟. 论小于 63μm 粒级作为水体颗粒物重 金属研究介质的合理性及有关粒级转换模型研究［J］ . 环境科 学学报， 1994， 14 4 419- 425. ［5 ］ 孙卫玲， 赵智杰， 杨小毛. 深圳江碧工业区地下水污染及其原因 分析［J］ . 环境科学研究， 2002， 15 2 12- 15. ［6 ］ 苏领彦. 北京市石景山区地下水中总硬度含量卫生学分析 ［J］ . 职业与健康， 2006， 22 9 641- 642. ［7 ］ 张达政， 陈鸿 汉， 李海明. 浅层地下水 卤 代 烃 污 染 初 步 研 究 ［J］ . 中国地质， 2002， 29 3 326- 329. ［8 ］ 刘长礼， 张云， 张凤娥. 北京某垃圾处 置 场 对 地 下 水 的 污 染 ［J］ . 地质通报， 2003， 22 7 531- 535. ［9 ］ 薛巧英， 刘建明. 水污染综合指数评价方法与应用分析［J］ . 环 境工程， 2004， 22 4 64- 70. ［ 10］ 陈鸿汉， 谌宏伟， 何江涛. 污染场地健康风险评价的理论和方法 ［J］ . 地学前缘， 2006， 13 1 216- 223. ［ 11］ 谌宏伟， 陈鸿汉， 刘菲. 污 染 场 地 健 康 风 险 评 价 的 实 例 研 究 ［J］ . 地学前缘， 2006， 13 1 230- 235. ［ 12］ 杨梅， 费宇红. 地下水污染修复技术的研究综述［J］ . 勘察科学 技术， 2008 4 12- 16. ［ 13］ 李金英， 佟元清， 蔡五田， 等. 地下水污染的原位修复技术 PRB 法［J］ . 环境工程， 2006， 24 6 92- 97. ［ 14］ 韩宁， 魏连启， 刘久荣. 地下水中常见有机污染物的原位治理技 术现状［J］ . 城市地质， 2009， 4 1 22- 30. 作者通信处李建萍100088北京市海淀区西土城路 33 号中国 京冶工程技术有限公司 电话 010 82227665 E- mailmccgeia 126. com 2010 － 07 － 28 收稿 13 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期