鋼鐵企業(yè)淺層地下水污染與治理分析

毛其樂(lè) 陳雨捷 葉向航

1.浙江省環(huán)境科技有限公司；2.浙江環(huán)科環(huán)境研究院有限公司；3.浙江東天虹環(huán)保工程有限公司

1 引言

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)作業(yè)期間，通常會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵與廢渣，經(jīng)歷降雨天氣之后便會(huì)滲入到土壤地下，從而對(duì)淺層地下水造成污染。除此之外，鋼鐵類企業(yè)下水管線眾多，倘若遭受腐蝕與破損，就會(huì)造成污染物泄露，進(jìn)而嚴(yán)重威脅到地下水資源。因而針對(duì)鋼鐵企業(yè)淺層地下水污染的研究與治理工作，進(jìn)行探究分析，有著極大的必要性與現(xiàn)實(shí)意義。

2 鋼鐵企業(yè)淺層地下水污染情況分析

2.1 研究背景

鋼鐵類企業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)類產(chǎn)業(yè)，會(huì)對(duì)我國(guó)的工業(yè)化建設(shè)、城鎮(zhèn)化建設(shè)、國(guó)家安全等方面產(chǎn)生重大影響。通常情況下，鋼鐵聯(lián)合型企業(yè)具備原料場(chǎng)、焦化處理、燒結(jié)煉鐵、煉鋼連鑄以軋鋼等工作部門(mén)與環(huán)節(jié)，因而具備生產(chǎn)工序復(fù)雜、污染物構(gòu)成繁多、污染面積較廣、修復(fù)難度較高等問(wèn)題。除此之外，倘若地下水遭受污染，就會(huì)耗費(fèi)巨大的修復(fù)成本。例如，某鋼鐵焦化廠污染場(chǎng)地面積達(dá)15.5萬(wàn)立方米，造成地下水治理費(fèi)用高達(dá)6.8億元。鋼鐵企業(yè)附近的淺層地下水，在遭受污染之后，會(huì)借助揮發(fā)、生活用水與作物灌溉等途徑，對(duì)人類健康產(chǎn)生較大危害。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，鋼鐵類工業(yè)在歷史上，曾經(jīng)存在粗放式生產(chǎn)、環(huán)保意識(shí)薄弱的問(wèn)題，造成場(chǎng)地經(jīng)常出現(xiàn)地下水污染問(wèn)題。其中各單元對(duì)地下水的影響程度、作用方式存在差異，因而造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度也存在區(qū)別。其中燒結(jié)煉鐵、煉鋼連鑄等方式，是依靠大氣沉降的渠道來(lái)污染土壤并污染地下水，進(jìn)而產(chǎn)生重金屬與二噁英等有害物質(zhì)，然而這類污染物通常富集于土壤表層，對(duì)地下水的污染程度較??；而露天的原料場(chǎng)與水渣堆場(chǎng)，在長(zhǎng)期降塵、降雨林濾的作用下，對(duì)地下水的污染程度較大；而焦化與冷軋等工序，在生產(chǎn)期間會(huì)產(chǎn)生高濃度的液態(tài)污染物，因而屬于地下水最大的重大污染源。現(xiàn)階段，鋼鐵類企業(yè)造成的水污染，已經(jīng)為世界性難題之一。

2.2 研究概況

本次鋼鐵企業(yè)地下水污染研究工作，選取了我國(guó)華東地區(qū)，浙江省某市的一家大型鋼鐵聯(lián)合型企業(yè)。該企業(yè)的生產(chǎn)流程較長(zhǎng)、生產(chǎn)規(guī)模與占地面積較廣、生產(chǎn)歷史相對(duì)悠久，屬于我國(guó)具有代表性的一家鋼鐵聯(lián)合類企業(yè)。其一，該企業(yè)投產(chǎn)年份為1985 年，占地面積為25.5km2，位于長(zhǎng)江流域附近，其下游10km內(nèi)并無(wú)集中式水源地。其二，在地質(zhì)方面，該企業(yè)地區(qū)屬于中等脆弱性地區(qū)，其地下水埋深為1.7m，含水層凈補(bǔ)給為340mm·a-1，含水層介質(zhì)多為粉砂，土壤種類多為水稻土，地形屬于濱海平原地區(qū)，包氣帶介質(zhì)為粉土，水力傳導(dǎo)系數(shù)為0.83m·d-1。

在對(duì)該企業(yè)開(kāi)展地下水取樣工作、研究工作的過(guò)程中，需要將檢修期間獲得的井底淤泥進(jìn)行風(fēng)干、研磨過(guò)篩，選取粒徑在63um 以下的泥樣進(jìn)行消解，再使用等離子直讀光譜，來(lái)對(duì)其中的重金屬含量予以測(cè)定。水井與地下水水樣，都需要采取標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定[1]。

2.3 污染源分析

通過(guò)對(duì)水樣取樣研究分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的污染物地下水背景值偏高，其污染物來(lái)源與污染程度難以進(jìn)行有效判定。根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)條件情況，導(dǎo)致其天然背景值當(dāng)中的鐵、氨氮含量較高，這類因子同樣成為該企業(yè)的特征污染物。

該地區(qū)存在嚴(yán)重的工業(yè)廢水與廢棄污染物跑冒滴漏、水體滲漏問(wèn)題，跑冒滴漏的主要對(duì)象為揮發(fā)酚和石油類液體，水體滲漏的主要對(duì)象為揮發(fā)酚。其中揮發(fā)酚的超標(biāo)倍數(shù)為9倍，石油類物質(zhì)的超標(biāo)倍數(shù)為5倍，本次共對(duì)16座井進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其附近的污染源種類主要為生活污水。該企業(yè)是我國(guó)鋼鐵行業(yè)的典范，因而在污染防治與環(huán)境保護(hù)方面，具備一定的示范效果。按照廠區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，其各生產(chǎn)單元尚未出現(xiàn)顯著的滲漏與重大地下水污染問(wèn)題。其地下水污染情況多為石油類與揮發(fā)酚的地表水體滲漏、跑冒滴漏問(wèn)題。

其一，在地表滲漏方面，在冷軋單元的某處監(jiān)測(cè)井中，查出有揮發(fā)酚存在，然而揮發(fā)酚并非該單元的主要污染物。通過(guò)調(diào)查顯示，有3處超標(biāo)地點(diǎn)全部緊鄰護(hù)廠河，該河屬于該廠的排污河，受到上游污水的排放影響，因此會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)給地下水的問(wèn)題，其水體當(dāng)中的揮發(fā)酚濃度在0.0026mg/L與0.0077mg/L之間。造成這三處監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)揮發(fā)酚問(wèn)題的原因，在于地表水體滲漏所造成的影響。

其二，在跑冒滴漏方面，石油類物質(zhì)在全廠區(qū)范圍內(nèi)，全部16 處監(jiān)測(cè)井都被查出存在跑冒滴漏現(xiàn)象，這說(shuō)明該企業(yè)常年受到該問(wèn)題的影響。除此之外，在煉鐵單元的監(jiān)測(cè)井當(dāng)中查出揮發(fā)酚。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，具備少量酚與氰的高爐煤氣冷凝水，在排水器部分存在多處滴漏現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)取樣研究表明，造成鋼鐵企業(yè)發(fā)生淺層地下水污染的原因，包括以下四種，分別是降雨淋濾、管線滲漏、跑冒滴漏以及地表滲漏。這其中跑冒滴漏占比最高，這一現(xiàn)象在鋼鐵企業(yè)當(dāng)中最為普遍，另外，企業(yè)中的焦化與冷軋環(huán)節(jié)，是企業(yè)淺層地下水污染防治工作的重點(diǎn)部分。

3 鋼鐵企業(yè)淺層地下水污染治理措施

3.1 科學(xué)選址

針對(duì)鋼鐵企業(yè)建設(shè)場(chǎng)區(qū)的地下水污染防控工作，應(yīng)當(dāng)遵循預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則，對(duì)全生命周期必須展開(kāi)全過(guò)程的環(huán)境管理工作。對(duì)鋼鐵類企業(yè)而言，科學(xué)的選址是避免地下水出現(xiàn)污染的重要前提。就目前形勢(shì)而言，伴隨著鋼鐵類工業(yè)所指定的沿海布局戰(zhàn)略，以及城市鋼鐵企業(yè)不斷搬遷的趨勢(shì)，企業(yè)必須將水文條件、地質(zhì)條件作為場(chǎng)地選址的關(guān)鍵因素，有效規(guī)避地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)。影響地下水防污性能程度的關(guān)鍵因素，主要有包氣帶綜合巖性、地下水位埋深等。為此，企業(yè)項(xiàng)目在場(chǎng)地選址、總平面布局期間，需要重點(diǎn)分析以上兩點(diǎn)因素。

鋼鐵類企業(yè)在包氣帶防污性能較弱的高脆弱性區(qū)域，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采取人工方式，來(lái)提升場(chǎng)地的包氣帶防污功能。比如，可以通過(guò)使用黏土防滲措施，來(lái)對(duì)地基進(jìn)行處理。與抗?jié)B混凝土、高密度的聚乙烯膜和防水毯相比，黏土防滲技術(shù)具備多方面的優(yōu)勢(shì)：其一，黏土不但擁有防滲功能，還能夠依靠吸附、降解等功能有效祛除污染物；其二，黏土材料主要是可塑性材料，處在裝置地面基礎(chǔ)不穩(wěn)定的狀態(tài)下，比如巖溶發(fā)育地區(qū)或者采空區(qū)域周圍，則不容易出現(xiàn)破損裂縫，可以有效避免污染物出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，保護(hù)地下水不受污染。

3.2 管線防護(hù)

現(xiàn)階段，伴隨著我國(guó)鋼鐵類行業(yè)環(huán)境管理機(jī)制的不斷完善，以及相關(guān)設(shè)備技術(shù)能力的提升，裝置泄露的監(jiān)控預(yù)警與應(yīng)急管理機(jī)制，正處于逐步完善趨勢(shì)。然而在污染滲漏方面，其中的管線滲漏污染擁有較強(qiáng)的隱蔽性，其故障率較高、分布較廣、監(jiān)測(cè)難度較大等問(wèn)題。管道經(jīng)歷過(guò)常年使用，容易發(fā)生老化、腐蝕、焊縫缺陷以及其他自然因素、人為因素造成的損壞問(wèn)題，這些問(wèn)題在我國(guó)鋼鐵類企業(yè)當(dāng)中依舊普遍存在，因此環(huán)境保護(hù)部門(mén)和企業(yè)在進(jìn)行地下水環(huán)境保護(hù)期間，應(yīng)當(dāng)對(duì)這方面問(wèn)題予以格外重視。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果表明，單層式無(wú)防腐蝕保護(hù)層的剛質(zhì)管線，其滲漏的平均年限只有11年，因此造成地下水發(fā)生污染問(wèn)題的一個(gè)重要原因，便是地下污水的管道泄露情況。由此可知，鋼鐵類企業(yè)的管線防護(hù)工作極其重要，這類管線承擔(dān)著防護(hù)污水、酸堿液、其他液態(tài)化學(xué)品的重要功能，是污水防護(hù)的重中之重。尤其是近些年我國(guó)鋼鐵類產(chǎn)業(yè)，逐漸向東部沿海地區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移布局，而沿海地區(qū)受到地下水超采、吹填造陸等人為活動(dòng)的影響，其地面沉降問(wèn)題極為普遍。比如，首鋼企業(yè)的京唐鋼鐵廠區(qū)東北地帶，其沉降中心最大程度總體沉降量，已經(jīng)達(dá)到了160mm左右。

3.3 固廢污染治理

針對(duì)新建或是正在改建的鋼鐵類企業(yè)，其原料場(chǎng)大多采用全封閉與半封閉的形式，以此防止淋濾液的泄露。各個(gè)固體廢物堆積場(chǎng)，通常會(huì)根據(jù)相關(guān)規(guī)定來(lái)開(kāi)展管理措施。然而就目前形勢(shì)而言，我國(guó)有不少鋼鐵類企業(yè)，仍然存在物料與冶金渣等固體廢物露天堆積，并且不具備防滲措施的情況，降雨淋濾液污染地下水的問(wèn)題依舊普遍存在。除此之外，以往鋼鐵企業(yè)多數(shù)會(huì)采取固體廢棄物等填坑、深埋覆土等方式。在此當(dāng)中，部分企業(yè)會(huì)采取局部地下0.8m～1.3m的填坑手段，來(lái)對(duì)冶金渣進(jìn)行填埋；部分企業(yè)則會(huì)將多層焦油渣、瀝青渣以及煤粉進(jìn)行填埋，導(dǎo)致土壤遭受嚴(yán)重污染。

針對(duì)以上污染問(wèn)題的處理方式，需要從以下幾方面展開(kāi)分析與研究：首先，要注重提升企業(yè)的工藝水平，嚴(yán)格控制原料來(lái)源，注重降低固體廢棄物的產(chǎn)生量，從源頭方面來(lái)削減污染量、污染程度。其次，企業(yè)必須強(qiáng)化綜合利用與處置力度，采用固化與穩(wěn)定化方式，不斷降低堆積物的堆存規(guī)模與毒性。再次，注重采取原地圍堵封存、覆土綠化、截洪排水等行動(dòng)，以此降低污染造成的影響。最后，針對(duì)尚未停產(chǎn)且依舊投入使用的固體廢棄物堆存、填埋場(chǎng)地，一旦查出地下水重大污染隱患時(shí)，倘若采用地面防滲與原位治理修復(fù)難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，科學(xué)運(yùn)用帷幕防治、垂直防滲、地下水滲透反應(yīng)格柵等技術(shù)，來(lái)對(duì)淺層地下水進(jìn)行有效防護(hù)[2]。

3.4 制定地下水監(jiān)測(cè)計(jì)劃

根據(jù)鋼鐵企業(yè)所在地區(qū)水文地質(zhì)資料，與廠區(qū)平面布置情況，制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)計(jì)劃，周期反應(yīng)所在地區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)主要布設(shè)在所在企業(yè)場(chǎng)地、周圍環(huán)境敏感點(diǎn)、地下水污染源以及確定邊界條件有控制意義的地點(diǎn)。在獲取具體水文地質(zhì)資料，充分考慮企業(yè)所在區(qū)域地下水流向、周邊地表水體補(bǔ)給等影響后，布設(shè)符合區(qū)域地下水特征的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。當(dāng)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)不能滿足監(jiān)測(cè)位置及深度時(shí)，應(yīng)布設(shè)新的地下水監(jiān)測(cè)井。

3.5 廢水處理利用

近些年來(lái)，伴隨著我國(guó)的節(jié)能環(huán)保政策越發(fā)嚴(yán)格，各個(gè)鋼鐵聯(lián)合型企業(yè)，也開(kāi)始注重開(kāi)展各類節(jié)水新技術(shù)與措施。然而在實(shí)際情況下，某些污水種類如脫硫廢水、酚氰廢水、冷軋廢水、濃鹽水等，由于其水質(zhì)相對(duì)復(fù)雜、濃度較高、水質(zhì)數(shù)量變化較大等因素，依舊存在處理困難、排水水質(zhì)不穩(wěn)定、利用率不高等問(wèn)題。以上廢水種類屬于地下水主要的潛在污染源，能否得以有效治理與消納，會(huì)對(duì)鋼鐵類企業(yè)的地下水環(huán)境污染防治工作，起到極為關(guān)鍵的意義。

倘若這些廢水難以做到高效利用和處理，就會(huì)造成污水偷排、污水傾倒等后果。若是處理不達(dá)標(biāo)的廢水排進(jìn)企業(yè)水處理設(shè)施當(dāng)中，就會(huì)增加其運(yùn)行負(fù)荷，導(dǎo)致設(shè)施系統(tǒng)發(fā)生故障，造成外排水水質(zhì)超標(biāo)，從而對(duì)地下水產(chǎn)生不利影響。在此當(dāng)中，酚氰廢水與濃鹽水被用于沖渣、配料與除塵等工作期間，有很大概率會(huì)出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，再加上兩者具備較強(qiáng)的腐蝕性、容易結(jié)構(gòu)等特征，會(huì)造成管線裝置發(fā)生破損與堵塞問(wèn)題，從而誘發(fā)跑冒滴漏問(wèn)題。在這種情況下，企業(yè)與環(huán)境保護(hù)部門(mén)，要注重推廣應(yīng)用先進(jìn)的清潔生產(chǎn)技術(shù)與工藝，從而降低該類廢水的產(chǎn)出量，并減小其污染濃度，這是地下水環(huán)境保護(hù)過(guò)程中，有效控制污染源頭的關(guān)鍵部分。

4 結(jié)論

綜上所述，在開(kāi)展淺層地下水污染治理工作的過(guò)程中，環(huán)境保護(hù)部門(mén)以及鋼鐵類企業(yè)內(nèi)部，應(yīng)當(dāng)考慮多方面的因素。要注重根據(jù)該企業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合國(guó)家政府的相關(guān)規(guī)定、國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的地下水污染研究與治理經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)合理地開(kāi)展研究與防治工作，以此提高鋼鐵企業(yè)地下水污染分析的準(zhǔn)確性，進(jìn)而采取行之有效、針對(duì)性較強(qiáng)的防治措施。