江苏某工业园区域地下水高锰环境的调查与评价

时间：2024-05-17

胡宁

（上海科泽智慧环境科技有限公司，上海 200000）

0 引言

随着工业化和城市化的快速发展，以锰矿石为代表的重金属在中国工业体系中占有越发重要的位置。重金属的开发、冶炼、加工和制造等不断地推进中国经济社会的发展[1]。以锰为代表的重金属元素不断地污染地下水系统，地下水中锰含量超标问题日益严重。研究表明，地下水中锰超标会引起多种健康问题，例如头痛、晕眩、心悸、血糖异常和睡眠障碍等，长期摄入还可能导致骨质疏松，损害免疫系统和生殖系统。

以往的调查研究表明，中国地下水中锰污染已成为一种比较常见的问题，许多城市的地下水中都检测出了锰超标的现象。以广东地区为例，地下水中锰含量存在严重超标的情况，大约50%的区域受到污染，锰含量高达8.32 mg/L，这远远高于生活用水的卫生标准（小于0.1 mg/L）[2]，锰超标现象与该地区的水文地质条件和工业化程度密切相关[1]。由此可见，加强调查工业园区域地下水锰污染状况、推进地下水中锰的分布特征及其成因研究、及时修复地下水中锰污染是当前亟需执行的任务之一。

1 研究区概况

1.1 区域自然概况

园区位于某地东部，紧靠长江，总规划面积11.6 km2，区域地表水主要有新竹河和北山河，区内水系均以长江为最终受纳水体。新竹河上游为团结河，下游为长江，全长约2300 m，宽5 m~8 m。园区的雨水及清下水经区域雨水管网排入新竹河，同时新竹河也为园区企业提供污水受纳。

1.2 园区生产概况

查阅园区所有涉重、化工企业的环评及监测资料，在生产原料、生产过程和污染物排放等环节中，寻找可能存在锰的影响因素。对近期园区自行监测土壤、地下水监测数据进行分析，研究区域锰污染现状。该园区主要以化工、能源等工业企业为主，是一个集科研、生产、展示为一体的产业园区。根据园区内现有的涉重工、化工企业的环评、监测报告及其他相关资料，初步排查园区内涉锰重点企业。其中，A化学工业股份有限公司（简称A 化工）生产原料中含醋酸锰，涉锰环节为偏苯三酸酐生产及相应废水、固废的治理单元和废气；B 化学品有限公司（简称B 化工）热氧化炉焚烧烟气中含有少量锰，涉锰环节为苯二酚生产及相应废水、固废的治理单元和废气；C 固废处置股份有限公司（简称C 固废）厂内部分土壤锰含量较高，填埋的危废部分含锰，涉锰环节为危废暂存以及填埋场渗滤液收集和处置；D 固体废物处置有限公司（简称D 固废）处置的危废含锰，涉锰环节为危废的暂存和焚烧、焚烧残渣和危废的暂存、渗滤液收集和处置；E 环保能源有限公司（简称E 环保能源）处置的生活垃圾含锰，涉锰环节为生活垃圾焚烧、渗滤液收集和处置、炉渣的收集和处置；F 电镀园（简称F 电镀）处置废水中含锰，涉锰环节为废水废液处置和污泥暂存。

1.3 园区锰污染历史监测结果

地下水自查监测及全国污染源试点历史监测结果见表1，园区的5 个地下水监测点的地下水监测井均存在锰元素超标问题。根据2021 年两次监测结果显示，有3 个点位锰含量超标，达《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）中锰元素质量标准Ⅴ类（≥1.50 mg/L）。其余2 个点位监测结果达《地下水质量标准》中锰元素质量标准Ⅳ类（≤1.50 mg/L），存在超标隐患。

表1 工业园区国控点锰历史监测结果

2 采样调查

2.1 地下水环境调查

工业园区主要以化工、能源、能源等工业企业为主，区域地下水类别为浅层孔隙水。结合工业园区周边地下水和地表水分布、园区内地下水流向及分布点位等因素，根据园区地下水流向，分别在新竹河、北山河、长江沿线选取5 个点位进行地表水样品采集，具体点位分布如图1 所示。根据5个点位地表水中的锰元素含量调查结果，结合工业园区周边环境特性、园区内企业环评资料及生态环境部门提供的监测数据，对重点企业地下水及生产过程涉锰环节产生的废液废渣等进行加密监测。

图1 采样点位示意图

2.2 水样采集

2.2.1 采样井建设

监测井设立方法参照《地下水环境监测技术规范》（HJ/T164—2020）。1）运用钻井设备，将螺旋钻钻至建井深度6m，井孔扩大210mm。2）钻探完成后，安装1 根通底的U-PVC 管材。下管时井管位于孔中心，各接头采用套管连接，未使用任何黏合剂或涂料。沉淀管置于滤水管下部，设置长度为0.5m，设置4.5m 可滤水的筛管，滤管上部至地表为实管，筛管部分表面含水平细缝，细缝宽为0.25mm。水井顶端的实管上安装1 个10cm 长的管帽，井的顶端约超过地面0.15m。3）填料。①滤料层。管堵底部至滤水管顶部以上50cm 采用1mm~2mm 球度号的石英砂填充。②止水层。滤料层至距离地面50cm 采用20mm~40mm 球状膨润土填充。③回填层。止水层至采样井顶部采用膨润土或混凝土填充。4）成井完成后，用管帽拧紧井口，使用黏土进行封孔。

2.2.2 地下水采样

该项目地下水采样严格按照《地下水环境监测技术规范》（HJ 164—2020）进行，地下水采样步骤为水位测量、采样前洗井、地下水采样，地下水采样工具为贝勒管。采样前洗井达标条件应按照以下2 个要求：1）当浊度小于或等于10NTU 时。2）当浊度连续3 次测定的变化在±10%以内、电导率连续3 次测定的变化在±10%以内、pH 连续三次测定的变化在±0.1 以内。

洗井完成后采集水样，共采集地下水样品58 个。取样时须全程佩戴手套，确保采样容器不受二次污染，取样瓶用原水润洗至少3 次，水样充满至瓶口，并轻轻振动取样瓶把水样中的气。同时，为保证地下水不受含锰悬浮物的影响，对地下水样品进行现场抽滤，现场采样过程中对pH、电导率等现场指标进行现场检测，检测前先进行校准。

3 结果与分析

3.1 地表水样品初步调查结果

地表水监测结果如图2 所示，新竹河上游点位（XD1）锰浓度为0.19 mg/L，下游4 个点位中，长江沿线XD0 和XD4 的浓度分别为3.65 mg/L 和2.88 mg/L，新竹河下游点位（XD2）锰浓度为2.72 mg/L，北山河下游点位（XD3）锰浓度为2.78 mg/L。由此可见，园区地表水上游锰浓度明显低于下游，说明园区内地下水中高锰环境主要是由于园区“内部”造成的。

图2 地表水监测结果

3.2 重点企业加密调查结果

根据地表水调查结果、环评资料及园区企业自行监测数据发现，A 化工、B 化工、C 固废、D 固废、E 环保能源、F 电镀等企业可能是周边地下水中的高锰环境来源。其中的E 环保能源焚烧工艺和炉渣，A 化工的生产和污水处理，B 化工的苯二酚工艺废水，C 固废的固废焚烧炉渣和污水处理，D 固废的渗透液和废水，F 电镀的污水处理，均可能对地下水中的锰含量产生一定影响。为了进一步探索工业园区域地下水高锰环境是否是由园区“内部”造成的，逐一对上述企业内地下水、炉渣、雨水、清下水和污水处理设施等进行加密监测。检测结果见表1。

表1 其他企业加密监测结果

调查结果表明，在采集的58 个地下水样品中，其中10个点位达《地下水质量标准》（GB/T14848—2017）中Ⅴ类标准。最高值为F 电镀的地下水点位，锰浓度为12.0mg/L，最小值为E 环保能源的地下水点位，锰浓度为0.001mg/L。

E 环保能源的地下水监测点最高值为0.251 mg/L，其明显高于厂区内其他地下水监测点位数十倍。该地下水监测点周边的清下水和雨水排口锰浓度分别为0.096 mg/L、0.223 mg/L，浓度接近于该地下水点位监测结果，说明该监测点可能受到清下水和雨水排放的影响。对E 环保能源的炉渣取样分析发现，炉渣中锰含量高达810 mg/kg，其厂区内的循环清下水有一部分用于给炉渣降温和对炉渣清理场地进行清洗，因此，清下水和雨水排口中的锰元素主要来源于炉渣的降温和清洗，可能影响到厂区内地下水中锰离子浓度，并进一步影响到园区地下水。

A 化工的地下水中锰浓度为0.47 mg/L~2.79 mg/L，其中3 个点位达V 类水质，1 期污水中锰浓度达6.69 mg/L，附近的2 个地下水点均为V 类；B 化工的地下水中锰监测结果为0.47 mg/L~2.79 mg/L，其中2 个V 类水点位均在苯二酚车间附近，苯二酚工艺废水中锰浓度为3.78 mg/L；C固废的地下水中锰浓度为0.52 mg/L~8.81 mg/L，其中3 个点位达V 类水质，雨水排口中锰浓度为0.86 mg/L，炉渣快速初筛浓度为760 mg/kg；D 固废的地下水中锰浓度为0.26 mg/L~1.38 mg/L，其渗透液中锰浓度为0.38 mg/L，废水总排锰浓度为0.68 mg/L；F 电镀的地下水中锰监测结果为0.05 mg/L~12.0 mg/L，其中2 个点位达V 类水质，废水总排锰浓度为1.42 mg/L。

由此可见，园区内重点企业中涉及锰的企业对园区内地下水中锰含量产生一定的影响。E 环保能源的雨水和清下水对园区内地下水中锰含量存在一定的贡献，而园区公司的原料、工艺排放、污水处理等工序中存在一定的锰排放，对园区内地下水存在一定的影响。

3.3 地质情况调查结果

根据园区岩土地层资料显示，粉质黏土中含铁锰锈斑、铁锰结核等，且园区土壤和地表水监测结果显示锰化合物含量较高，这为地下水中锰离子的富集创造了有利条件，根据相关文献表明，原生沉积环境是影响地下水中的锰离子含量主要因素[3]，因此园区地下水中锰含量较高，也与区域地质环境存在一定的关联。针对地下水锰污染的来源，调查发现，该地区地下水锰主要来源于自然水文地质条件，同时也受到园区工业废水排放的影响。