工业污水对地下水污染的防治.pdf

公用工程设计l P a b lle a J 肺 I l 工业污水对地下水污染的防治 T h e Co n t r o l l i n g a n d P r e v e n t ing o f I n d u s t ria l S e wa g e s P o l l u t i o n t o Un d e r g r o u n d W a t e r 汪良珠(株州市规划设计院，湖南 株洲4 l 2 0 0 7)W ANGLi a n g z h u (Z h u z h o u P l a n n i n g De s i g n I n s t i tu t e，2 2 a u z h o u 4 1 2 0 0 7，C h i n a)【摘 要】文章对重金属冶炼企业产生的含有重金属污染物的工业污水对地下水污染的途径、危害的特点进行了分 析，总结了实际工程中防止和治理工业污水污染地下水的具体措施，为类似企业实现全面控制重金属污染物危害环 境提供参考。【A b s t r a c t】T h e a r ti c l e a n a l y z e o n t h e w a y a n d th e h a r m o f i n d u s t r i a l w a s t e w a t e r c o n t a i n i n g h e a v y m e ta l p o l l u t a n t s p o l l u t e s u n d e r g r o u n d w a t e r,a n dt he ns u mma r i z e t h e p r a c t i c a l me tho do f p r e v ent i n g t md e r g r o u n dwa t erf r o mbe i n gp o l l u t e dan d ma k ing s u c hp o l l u t i o nu n d e r c o n t r o 1 F i s H y，t h i s a r t i c l e i s a r e f e r e n c e t oh e a vy me t a l s me l tin gc o mpa n i e s ands u c he n t e r p r i s e s f o r c o n tro l l ingo f h e a v yme t a l po l l u t a n t s 【关键词】地下水；重金属污染物；下渗【K e y w o r d s u n d e r g r o u n d wa t e r；h e a v y m e t a l p o l l u t a n t s；i n fi l t r a t i o n 【中图分类号 X5 2 3 【文献标志码】B 【文章编号】1 o 0 7-9 4 6 7(2 0 1 2)0 8-0 0 9 3 0 4 1引言染 物 的 工 业 污 水 危 害 地 下 水 治 理 的 重 点。重金属冶炼是人类向环境释放重金属污染物主要途径之 一，它以废水、废气、废渣等形式向周围环境排放重金属污染 物。对于工业污水排放，人们平时关心、注意得比较多的是它 进入地表受纳水体部分。进入地下水的含重金属污染物的工业污水 目前尚未引 起足够的重视，究其原因，主要是：(1)一般情况下，地下水污染 的危害没有地表水污染易发现；(2)地下水中重金属污染物检 澳 0 比地表水检测困难；(3)人们对地下水污染问题认识还存在 不足。重金属冶炼企业的工业污水组成如图 1 所示。从其组成 可以发现，工业污水中尤以生产污水、露天设备区初期雨水中 含有重金属污染物量较大。危害最严重，应该成为含重金属污【作者简介】汪良珠(1 9 6 6 一)，男，湖南浏阳人，给排水高级工程师，从事给排水设计，(电子信箱)h n w l z l 6 8 1 6 3 c o m。图 1重金属冶炼企业工业污水组成示意图 2地下水的污染特征 2 1隐蔽性 地下水是指埋藏在地表以下土石和岩石的孔隙、裂隙及溶 隙(包括溶洞等)中的水。它们以液态水(也称重力水)、气态水 和吸着水、薄膜水、毛细管水、矿物水等形式存在于地表以下。实际上，人们通常所说的地下水是指重力水。地下水的流速和 环境的孔隙率、补给水源有关；流向和环境的孔隙率等情况有 关。如果不借助仪器、设备，仅凭目光难以观察到地下水的运 9 3 L工 堡 皇 一 w wmn 毋j c 动情况；如果不进行勘察、钻探，难以准确了解地下水的具体 化学组成情况。所以，对地下水污染情 况的认识、了解比地表 水困难。地下水存在于各种自 然条件下，其聚集、运动的过程各不 相同，因而在埋藏条件、分布规律、水动力特征、物理性质、化 学成分、动态变化等方面都具有不同的特点。重金属污染物随 工业污水多以离子状态(表示为 Mn )进入地下水中，一部分 和地下水中 O H、S 离子结合生成 M(O H)n、硫化物沉淀物，这些沉淀物聚集在地下土壤、岩石表面；一部分被带负电的土 壤颗粒吸附；其余的重金属污染物随地下水迁移、运动。要想 及时发现、掌握地下水的运动、污染情况，必须组织专门的调 查，它包括对附近有关地区地下水化学成分进行经常的观测，对地下水运动轨迹跟踪。一般情况下很难进行这项工作，可以 说，由于地下水的存在环境、运动轨迹等情况的隐蔽性决定了 它污染情况的隐蔽性。2 2持续性 含重金属的工业污水下渗进入地下水，其中一部分重金 属污染物会沉积在地下土壤、岩石表面，由于正常情况下地下 水流速缓慢，一般难以通过地下水流动产生的冲刷作用使这 些沉积的重金属污染物大量地重新返回地下水，再随地下水 流迁移或者进入地表水体。即使地表水中断对地下水的重金 属污染物补给，残存于地下的重金属污染物也会需要一个相 当长的时期释放出来，这就使得受重金属污染的地下水具有 持续性的污染特征。2 3危害性 地下水并不是静止的，它是运动、变化的，其循环、运动情 况如图 2 所示。图 2 地下水循环示意图 从图中可以看出，重金属进入地下水之后，其污染会随着 地下水的运动、循环而扩散。当含有重金属的工业污水进入地 下水后，重金属污染物随着地下水的运动有可能从生活水源 进入人体；还有可能通过水循环被动植物吸收再通过食物链 进入人体。重金属对人体危害具有以下特点：(1)持久性；(2)累 9 4 积性；(3)放大性；(4)难以排出体C h；(5)毒性大；(6)微量即产 生危害作用。重金属对人体健康危害的著名实例有：2 O 世纪 5 0年代到 6 0年代日本出现的含汞废水引起的“水俣病”，以 及含镉废水引起的“骨痛病”。3 地下水重金属污染物来源 地下水是自然界水体的一部分，通过水的循环、物质交换 使得地下水具有一定的重金属本底含量。它的种类、数量与地 下环境地下水正常补给水源有关。在重金属冶炼企业影响范围内，地下水和地面含重金属 污染物的工业污水之间通常隔着人工表层、人工垫层、原土基 层，其结构见图 3。如果人工表层、人工垫层出现了渗水通道，工业污水就会通过它流向地下水，成为地下水重金属污染源。含重金属的工业污水是由重金属污染物和水组成的，水只是 污染物的载体。由此可见，重金属冶炼企业内，地表的重金属 污染物和排水共同组成了地下水污染来源。所以，控制重金属 冶炼企业影响范围内地下水污染来源应该从重金属污染物、排水两方面的控制人手。重金属冶炼企业地表的重金属污染物来自以下途径：矿 物堆积时流失、生产过程中脱离生产系统而散落到地表，运 输、转移过程中的遗弃，生产废物堆放时流失，含重金属物质 运输、转移过程中，含重金属物质的遗弃、生产废物的堆放等。其中，最为复杂的是生产过程中重金属脱离生产系统的散落。这个过程包括各种粉尘、各种生产渣料的冲洗、生产设备的冲 洗等。企业废水排放系统各个环节的失控也可能成为地下水 污染来源，生产企业的工业废水排放系统是由生产车间废水 收集系统、输送管渠(输送支管、输送主管)、检查井等附属构 筑物以及处理设施组成。任何一个部分的密封性损坏都会造 成含重金属的工业污水跑失。当收集设施遭受破坏时，它们不 能正常工作，工业污水就失去了控制，由点污染源变成了面污 染源，在条件合适情况下，它们就进入地下水。输送管渠以及 排水系统中的检查井等构筑物如果出现了破坏，工业污水就 会脱离输送系统下渗，在合适的条件下会对地下水造成污染。处理设施是对工业污水进行处理、去除重金属污染物的设施。当处理设施出现裂缝时，工业污水就会脱离处理设施，条件合 适情况下进入地下水，成为地下水的污染源。如果人工地面的 人工表层和人工垫层出现破坏，工业污水就会从破损处进入 地下水。它的破损形式一般有开裂、破碎等。造成这些破坏现象的原因主要有：自然因素(包括施工过 程中水灰比不当而引起的收缩破坏、温差引起的破坏、地基沉 降不均引起的剪切破坏等)；人为因素(包括汽车超载引起的 破坏、施工破坏未及时修复、排水系统接合部位施工质量问题 等)。企业原土基层部分的渗水情况和地下水渗流相似。人工表层 三垫星 匾 。7 V V 。V V V 图3 重金属冶炼企业生产区地面结构示意图 4 地下水污染的防治 4 1 重金属污染源的控制 地下水重金属污染主要是地面上含重金属污染物的工业 污水所引起的，要做好地下水重金属污染的控制，必须抓好含 重金属污染物的工业污水控制。它应该从两个方面人手：、控制好从地面进入工业污水的重金属污染物来源；二、控制好 含重金属污染物的工业污水排放。生产过程中，重金属从矿物开始经过一系列过程，转变为 重金属产品。这之间，生产系统中设备、设施、操作、管理等，都 可能成为重金属脱离系统的缺口。从而以跑、冒、滴、漏等形式 散落到生产区域地面。这个过程的控制要分别对待，加以实 施。对于设备原因，通过分析、了解，确认是不是设备本身性能 缺陷，设备故障是不是暂时l生 的，设备故障出现的原因是不是 操作不当等，这些都要求有针对性地加以控制。对于设备本身 性能缺陷，可以通过整改或者更换来消除。对于暂时故障，则 应该及时组织修复，对于操作问题，则需要采取管理措施。堆积、运输过程的控制：冶炼企业生产中，有些矿物、生产 tu rn产物、生产废物(废渣、污泥等)都有可能在生产区域内堆 放。有些是暂时堆放，有的则会长期堆放。它们是地下水的潜 在污染源。要搞好它们的污染控制，主要任务是切断它们进入 地表工业污水排放途径。一方面对于露天堆场要尽可能避免 雨季堆放，或者在雨季采取有效防雨措施，必要时则还需建立 室内堆场，见图 4。生产过程中，中间产物以及废物、废料等都需要运输、转 移，这也是容易产生污染源的过程。运输工具密封性差，往往 公用工程设计1 P u b l ic U a lis D e s l 容易造成污染物的散落，从而产生了污染源。对于运输过程的 控制，重点在于运输工具密封性能的控制。工业污水的排放分为两个部分：地表排放和地下排放，它 们是重金属污染物迁移的主要途径之一。对于它们的控制，主 要做到：(1)控制地表工业污水排放过程的损失，通过流量的 核对来查找和发现地表工业污水排放过程是否有下渗现象，如有下渗，确定下渗位置；(2)控制地下工业污水排放过程的 损失，通过各排放口流量核对或者通过专业仪器检查来确认 地下工业污水排水系统是否有漏失现象，如果有漏失，则需及 时确定漏失位置；4 2 污染途径的消除 地下水污染的治理比地面水污染治理困难大，为了提高地 下水污染治理效果，重金属冶炼企业对地下水污染的治理主 要从地上治理入手，同时控制重金属污染物进入地下水。地表 的重金属污染物、地下排水系统中含重金属的工业污水渗透 到地下水中的原因是：人工表层、人工垫层遭到破坏，出现了 下渗途径；排水系统破损，出现了水泄出口。重金属冶炼企业生产区域内多数地表是水泥固化层，正 常情况下，它的防水、隔水性能好。如果施工过程基础处理不 当、混凝土施工过程没有严格执行有关操作规程、有关规范，可能会造成生产区混凝土地面质量下降。排水系统中的管、渠、处理构筑物材质、施工质量都可能导致工业污水下渗。因 此，要求做好排水系统施工质量控制、排水系统运行维护工 作。施工质量控NT作的重点在于：基础处理、管材选用、管道 接口质量、检查井壁粉刷、井底基础处理和粉刷。水处理设施 的基础施工质量、处理设施的底部、壁的防渗施工质量。日 常运行维护工作要求及时对排水系统进行处理，做好 以下工作：排水系统的巡检、维修，重点污染地区的巡检；给水 系统的巡检、维修。重点污染地区的巡检、维修工作一方面是 检查、监督重金属污染物的散落；另一方面是为了及时掌握重 点污染区的地表面隔水、破掼隋况。地下水污染治理涉及给水 系统的运行、维护，似乎有些不可思议，其实不然。企业给水系 统的管道一般是埋地铺设的，当它们出现泄漏时，附近土壤的 含水率就会增加，土壤的承载力会下降，导致地面出现沉降不 均现象，人工表层、人工垫层就容易遭受破坏，从而造成地面 工业污水和地下水相通，出现污染通道。含重金属地下水污染治理的方法还有：土壤更换、注入固 9S I 工程建设与设计 l C o m a t io a&1)e j F o r P ro j e c t 结剂、生物处理等。土壤更换：即用清洁的土壤更换受重金属 污染的土壤，该方法工程量大、资金投入大。注入固化剂法是 通过专门的设备向受重金属污染的土壤注入固化剂(如水泥 浆)，填实土壤内部空隙，封包土壤、岩石表面沉积的重金属污 染物、填实地下空隙，消除地下水的流动通道。生物法是将专 门培养的微生物放到地下，通过它们对地下重金属污染物进 行富集或者转化为污染程度轻的形态。搞好地下水污染治理，技 醢 建，但蕾 理也不可忽视。地下 图 4 重金属冶炼企业室内堆场示意图 5 结语 地下水污染是多种原因造成的，但人类活动影响是主要 的。地表水污染可以随时发现，所以早就受到人们重视，在防 治方面取得了很好的效果。地下水人们通常难以看到，加上地 下水污染难以发现；地下水污染事故发生地和污染源经常不 在同一地点，难以给人警觉，地下水污染问题因此容易受到忽 视。其实，地下水既是有些地面水的补给水源，又是使用地下 水地区的直接水源。所以，地下水水质和地面水水质同样重 要，地下水的污染防治工作也同样重要。重金属污染物危害 大、危害时间长、消除困难大，所以对重金属冶炼企业工业污 水中重金属污染问题，应该从防、治结合出发，以防为主；治，则重点放在各种工业污水处理方面。【参考文献】【1 捌、慧修，郝以琼，龙腾锐排水工程 北京：中国建筑工业出版 社，1 9 9 9 永幢【2】刘兆昌，朱琨供水水文地质 北京：中国建筑工业出版社，1 9 7 9 【3】陈志强，温沁雪重金属废水生物处理技术 J 给水排水，2 0 0 4(7)：4 9-5 2【收稿 日期1 2 0 1 2-0 1 2 7 ，l，l，l ，l l l，I，l ，(上接第 9 2页)2 5干式与预作用系统 C MS A喷头系统在干式和预作用系统中，在不改变喷水 强度的情况下，系统的作用面积相对湿式系统应增加 3 0，但 最大的作用面积不超过 5 5 7 4 m2(6 O o 0 )。C MS A喷头在干式 系统中有不同于湿式系统的独立的设计标准，原因在于在干 式或预作用系统中，水流不会马上流出，在确保正确的设计以 及管道充水且水流到达打开的喷头之前，火灾可以自由发展，火灾的规模也会大于湿式系统的情况，回顾 F M全球所统计 的火灾记录，在火灾发生时干式系统比湿式系统动作喷头数 要多 3 0。因此，由于太多不可控因素影响喷头打开的数量，故在 N F P A中规定的增加 3 0 作用面积是必要的。3 6设计计算 在计算方面，N F P A对最少设计喷头数量做出规定，在普 通危险及混合存储仓库中，湿式系统最少设计 l 5 个 C MS A 喷头，干式和预作用系统最少设计 2 5 个喷头；C MS A喷淋系 统的设计面积为平行于支管的矩形设计区域内由喷头所保护 9 6 面积的平方根的 1 2 倍。C MS A喷头并不是按照喷水强度，作 用面积方法进行计算，在 C MS A喷头的设计计算中并没有明 确每个支管上必须要有多少 f 崾8 在E s F R系#，N F P A规范 潞 蝴定分 别在3 条蔓 旨啪 4 个喷头)，因此，在计算时候设计 师和使用方需要根据系统设计的实际情况进行计算。4结语 作为主要应用于仓储 类喷头 的一个 重要组成部分，C MS A喷头具有应用范围广泛，需要压力低等诸多的优点，国 内的设计、行业和产品标准若能够进一步完善，预计将会产生 较好的社会效益和经济效益。【参考文献】【1】N F P A 1 3，S t a n d a r d f o r t h e I n s t a l l a t i o n o f S p r i n l d erS y s t e ms(2 0 1 0 E d i t i o n)S 【2 B y J a m e s D L a k e A u t o ma t i c S p r i n k l e r S y s t e m s H a n d b o o k (E L E VE NT HE DI T I O N)Na t i o n a l F ir e P r o t e c t i o n As s o c i a t i o n，2 0 1 0 Qu i n c y,Ma s s a c h u s e t t s 【收稿 日期】2 0 l 2-o 3 O 5