晋祠泉域重点保护区内污水处理厂水环境影响分析

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地质勘探

晋祠泉域重点保护区内污水处理厂水环境影响分析

张治宇

（山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006）

摘要：在泉域内建设城市配套大型污水处理厂项目将不可避免地对泉域水环境产生影响。文章以古交市第二污水处理厂项目为例，简要介绍项目区地理、水文地质概况，论述了项目在建设和运营过程中可能对汾河、晋祠泉域水环境产生的影响，论述该类项目在无法避让泉域重点保护区的情况下对汾河、晋祠泉域水环境的影响与保护，为水行政主管部门对该类项目决策提供理论依据。关键词：污水处理厂；汾河；晋祠泉域；重点保护区；水环境中图分类号：P641 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2020）03-14-41 古交市第二污水处理厂概况

为有效治理城区水污染，改善汾河下游水环境，节约水资源，提高水资源重复利用率，古交市政府决定新建古交市第二污水处理厂。该项目于2016年7月开工建设，于2017年12月底已建设完成并调试运行。

项目建于古交市东部河口镇河下村东部700m处汾河南岸一级阶地，设计规模为20000m3/d，占地面积占地46396m2，厂址西北部紧邻汾河河道，其设计配套污水管网沿汾河河道自东向西敷设。建设项目位于晋祠泉域重点保护区范围内，因地形原因不可避让。项目涉及基础建设开挖，污水排放，污泥等固废处置。对汾河地表水、晋祠泉域地下水环境造成潜在威胁。本文分析了古交市第二污水处理厂项目建设和运行对汾河、晋祠泉域产生的影响，为企业和相关部门保护汾河地表水、晋祠泉域地下水提供了参考，也为山西省其他重点保护区内新建的城市配套污水处理厂项目提供了理论依据，为政府部门对泉域重点保护区内新建该类项目的立法提供了参考。

化剥蚀呈不规则圆弧状。2.2 厂区地质概况

厂址地表全部为第四系全新统杂填土覆盖，厂址东部、南部边坡底出露奥陶系上马家沟组地层，东部坡顶覆盖峰峰组地层，南部坡梁则有少量黄土覆盖。

2.2.1 奥陶系中统（O2）

上马家沟组（O2s）主要分为3段，上段一般厚约90m，岩性以深灰色石灰岩为主，中夹薄层泥灰岩或泥质灰岩1-3层，底部泥灰岩或泥质灰岩微含炭质。中部以泥灰岩与石灰岩互层。顶部灰岩裂隙偶见次生石膏细脉。岩溶裂隙发育于质纯石灰岩中。岩溶直径5-10mm。中段厚约100m，上部岩性为深灰、灰黑色蠕虫状石灰岩，致密、坚硬；下部岩性以灰黄色泥灰岩及深灰色石灰岩为主，质不纯，夹粘土质及炭质物。下段厚约65m，上部以角砾状泥灰岩为主；中部以石灰岩、泥灰岩为主；下部以角砾状灰岩、泥灰岩为主。

2.2.2 第四系全新统（Q4）

厚约30m，不整合覆盖于上马家沟组地层之上，其岩性以近代冲、洪积砂、砾石层为主，中夹亚砂土、亚粘土；顶部覆盖有厚约2.5m的杂填土，夹少量碎渣与大量植物根系。2.3 厂区水文地质概况

根据地下水的赋存条件、水理性质及水动力特征，厂区内地下水类型划分为浅层松散岩类孔隙潜水含水岩组、中深层碳酸盐岩岩溶含水岩组。

2.3.1 浅层松散岩类孔隙潜水含水岩组

2 厂区自然地理、地质及水文地质条件

2.1 厂区地形地貌

古交市第二污水处理厂厂址区位于汾河河谷地带，所处微地貌单元为汾河南岸一级阶地，场地地形平坦，地面高程为952.0m，污水厂进水管管底标高为942.93m，高出漫滩约8m，属冲（洪）积物堆积区；场地东部边界及南部边界30m处为奥陶系灰岩马家沟组岩质边坡，边坡下部坡度较大，为河谷谷坡组成部分，谷肩上部坡度变缓，顶部受风

作者简介：张治宇（1986—），男，山西保德人，水工环中级工程师，硕士，毕业于太原理工大学，主要从事水文地质、工程地质方面的工作。（邮箱）385095910@qq.com华北自然资源论文

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厂址内第四系松散岩类孔隙水埋藏较浅，水位标高与汾河水位标高相近或略低，约为946m，干旱年则水位有所下降。该含水层富水性强，单位涌水量在4.22L/s.m左右，渗透系数约27.77m/d，水质类型为HCO3-Ca·Mg。值得一提的是，厂区第四系松散层中亚砂土、粘土层可能局部缺失，造成松散岩类孔隙水漏失补给下伏灰岩，为透水不含水层。

2.3.2 中深层碳酸盐岩岩溶含水岩组

厂址区地处晋祠泉域径流区，岩溶水流向大致为由西向东。本区东、南部灰岩裸露，并且汾河河床不整合覆盖于上马家沟组灰岩之上，地表水渗漏补给河床灰岩裸露段为本岩溶地下水补给的主要方式。

1）中III类水对比可以看出：古交第二污水处理厂厂址上游寨上汾河段断面监测点中生化需氧量（BOD5）、总氮、氨氮、粪大肠菌群等监测因子均出现不同程度的超标，其他监测因子满足地表水环境质量评价Ⅲ类标准（GB3838-2002）要求；古交第二污水处理厂厂址下游扫石桥汾河段断面监测点中总氮、氨氮、粪大肠菌群等监测因子均出现不同程度的超标，其他监测因子满足地表水环境质量评价Ⅲ类标准（GB3838-2002）要求。总体上项目区汾河断面水质现状为劣V类，现状条件下，本项目周边地表水已经受到不同程度的污染。由此可见，汾河古交段地表水污染形势仍然严峻，水污染防治任务仍然繁重，水生态保护与重建任重道远。

3.3 项目区地下水环境现状

本项目于2018年3月23日对古交市芦子足村徐家滩深井岩溶水（位于项目区南部约3km处）进行取样，由山西省地质矿产研究院进行水质分析，徐家滩岩溶水井中监测的各项指标均未出现超标现象，满足《地下水环境质量标准》中的Ⅲ类标准，同时也说明现状条件下当地地下水水质相对较好。

3.4 古交市第二污水处理厂出水水质

目前古交市第二污水处理厂处理后再生水直接排入汾河，水质达不到地表水环境质量评价标准（GB3838-2002）中III类水标准（见表1），主要超标项目为生化需氧量(BOD5)、总氮、氨氮、总磷等。

3 项目区水环境现状评价

3.1 项目区地表水功能区划

按照《山西省地表水功能区划》，汾河古交段一级水功能区划为汾河太原运城开发利用区，汾河从镇城底桥至出古交市界，为地下水水质重点保护河段，水质目标为Ⅲ类。二级水功能区划为：1）汾河古交农业工业用水区，汾河从镇城底桥至河口镇，水质目标为Ⅲ类；2）汾河二库农业工业用水区，河口镇至出古交界，水质目标为Ⅲ类。3.2 项目区地表水环境现状

本次收集到太原市监测站2016年对位于项目区上游的寨上监测点和位于项目区下游的扫石桥监测点每月的监测数据，与地表水环境质量评价标准（GB3838-2002）（见表

表1 古交市第二污水处理厂出水水质评价

现状（2019年8-9月）序号 控制项目 平均值 1 2 3 化学需氧量（COD）（mg/L） 生化需氧量（BOD5）（mg/L） 总氮（以N计）（mg/L） 6.09 6.98 6.26 标准 20 4 1 合格 不合格 不合格 不合格 （有4天检测结果超标） 不合格 （有1天检测结果超标） 合格 III类水 评价结果 4 氨氮（以N计）（mg/L） 0.30 1 5 总磷（以P计）（mg/L） 0.07 0.2 (湖、库0.05) 6-9 6 pH 7.02-7.94 016

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地质勘探

为了净化古交市第二污水处理厂出水，预防汾河水质恶化，古交市水务局拟新建提标改造工程，拟结合古交市第二污水处理厂出水实际情况，设计以去除CODcr及氨氮为主体的工艺，并配以优化的设备选型，最终构建稳定、高效处理系统，出水水质指标除总氮一项外，其余均执行地表Ⅲ类水的标准，总氮执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

提标改造工程建成后，古交市第二污水处理厂的尾水水质主要指标将达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准并排入汾河。

4 项目建设对汾河、晋祠泉域水环境的影响

4.1 施工期废、污水及固体废弃物影响

施工期产生的废、污水主要为施工废水（施工场地车辆设备冲洗水、混凝土浇筑产生的生产泥浆水、雨水浸淋产生的高浊度水、施工机械跑、冒、滴、漏等产生的废水）和施工人员生活污水，废污水污染物以COD、BOD、SS为主，水量较少。施工废水经集水沉淀池收集，沉淀后用于施工现场洒水抑尘。施工期产生的生活废水，简易收集后排入简易化粪池处理，污水经化粪池处理后由环卫部门定期清掏外运。施工人员集中食堂污水由环卫部门定期清理外运。综上所述，施工废水基本不会影响汾河地表水和晋祠泉域地下水。

施工期主要产生的固废物项目主要为施工过程产生少量建筑垃圾和生活垃圾，建筑垃圾主要包括灰渣、砂、石、废砖、废木板、木屑、包装箱、废塑料、废纸、破布、废油漆桶等成分。本工程后续工程装修废料主要有碎集层板、碎饰面板、废瓷砖、各类锯末及各类管材等。施工期产生的建筑垃圾和生活垃圾均外运至垃圾处理厂处理，产生的固废物基本不会影响汾河地表水和晋祠泉域地下水。4.2 施工期工程建设影响

古交市第二污水处理厂属于地上污水处理厂，无高层建筑，厂址内布置的粗格栅渠、细格栅渠、曝气沉砂池、膜格栅渠、厌氧池、好氧池、MBR膜池、清水池、污泥处理池等建（构）筑物基础埋深最大约2.5m，构筑物主体则建于地表之上。根据《古交市第二污水处理厂岩土工程勘察报告》及周边水文地质钻孔资料，厂址区第四系松散层厚度约30m，厂区地表以下15m深度范围内未揭露厂区地下水。因此，正常情况下，厂址基坑施工开挖过程中一般不会破坏松散岩类含水层结构，不会触及厂址区岩溶地下水含水

层，不会改变厂区奥陶系岩溶水的径流状态，不会对汾河及晋祠泉域产生明显影响。

5 项目运行对汾河、晋祠泉域水环境的影响

5.1 取、退水的影响

本项目取水为古交市马兰滩片区、西曲片区、火山片区、古钢片区、河口片区和三岔口片区居民日常生活污水，通过工程管网进行收集至古交市第二污水厂处理，设计处理后的尾水基本达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准后排入汾河。使服务区域的生活污水得到有效控制，汾河地表水环境得到有效保护和改善。项目的实施能够将通过建设管网可将20000m3/d生活污水收集、排入古交市第二污水厂进行处理，有效治理污水无序排放，减少黑臭水体问题，清洁古交市汾河段的水体，取得较大的生态环境效益，能够使居民区周边的居住环境得到较大改善，能够进一步改善流域水质。对汾河地表水和晋祠泉域水环境保护有利。5.2 固体废弃物的影响

古交市第二污水处理厂运行过程中产生的固体废弃物主要为格栅拦截的各种废渣、污泥处理过程中产生沉砂、泥饼等。

工程废渣包括格栅废渣和沉砂池泥砂、泥饼，格栅废渣主要为随废水入厂的玻璃、塑料、生活垃圾等杂物，成分与生活垃圾相似，但由于长时间受污水浸泡，含水率达到60％，该废渣属一般固废，经格栅拦截捞取后，部分由废旧物资回收部门回收。

污水厂污泥首先采用污泥浓缩及污泥脱水技术使污泥实现减量化，将污泥含水率降至80%，再将脱水污泥送至西山华通水泥有限公司进行集中处理。

生活垃圾总排放量较少，在污水处理厂厂址的主要建筑物及作业场所设置垃圾桶，配备垃圾车定时清运生活垃圾，并配备一部全封闭垃圾运输车将垃圾运送到当地环卫部门指定地点进行统一处理。

综上所述，污水处理厂产生的固体废弃物及时妥善处置后不会对汾河地表水和晋祠泉域地下水环境造成明显影响。

6 工程措施

6.1 主要建（构）筑物底部防渗处理

建设单位已对本项目的综合楼、食堂、传达室及绿化带底部采用渗透系数小于等于1.0×10-7cm/s的HDPE防渗膜进

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的矿体含矿系数等参数外推应用于其对应得预测区中，然后以公式预测单元资源量=含矿体面积×矿体厚度×含矿系数×矿石密度为基础完成计算和统计。工作区铝土矿埋深在0-1000m范围内含矿层水平面积为392.27km2。

此次选择工作程度较高的工作区南部“山西省柳林县兰家山铝土矿详查”区作为模型区进行铝土矿预测。根据该项目成果资料，全区平均厚度为2.91m，平均体重为2.76 t/m。

依据2009年度山西省第三地质工程勘察院编制的“山西省沉积型铝土矿成矿规律研究与成矿预测成果报告”资料，采用“铝土矿B类预测区的含矿系数8.70%”进行本次预测资源量估算。

根据上述各参数及计算公式，求得预测区远景资源量27 410万t。

本区仅施工了几个钻孔，在钻孔控制范围内估算了2亿多吨的铝土矿资源量，在钻孔控制以外的区域仍然应该有

3

铝土矿的找矿潜力。

以上分析表明，本区域具有巨大的铝土矿找矿潜力。

4 结论

综上所述，本区深部铝土矿含矿层厚度大，矿体厚度较稳定，矿石质量较好，铝土矿找矿潜力巨大。表明铝土矿的成矿与埋深无关，应该与当时成矿的环境有关。埋藏深浅是成矿后地质构造作用的结果。在今后的铝土矿找矿当中应重视研究成矿时的岩相古地理环境，不管含矿层埋藏深浅，岩相古地理环境有利于成矿的区域就有找矿前景。

参考文献：

[1] 山西省地质调查院.山西临县林家坪—三交地区矿产地 质调查报告[R].2016,11. [2] 陈平,柴东浩,等.山西铝土矿地质学研究[M].太原:山西 科学技术出版社,1998,10.

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行防治处理；对二级处理构筑物、三级处理构筑物、污泥处置构筑物、污泥地坑、输水管道及所有地下工程等可能发生化学品或废水渗漏的设施进行防渗处理，底部采用渗透系数小于等于1.0×10-11cm/s的HDPE防渗膜进行防治处理，以避免厂址区废水在输送过程中下渗影响汾河地表水、晋祠泉域地下水。6.2 输水管网

本项目配套污水管网总长度16890m，其中主管网长度约6.07km，主要布置在汾河河道北侧，途中有4次穿越汾河。采用防渗、防腐、防压、防老化的HDPE管，正常情况下不会对汾河、晋祠泉域水环境造成不良影响。

项目建设在采取严格保护措施后不会对岩溶泉域造成影响的除外。

目前泉域重点保护区内基本不存在新建、改建、扩建与供水设施和保护水资源无关的建设项目，但有许多城市本身就在泉域重点保护区内，城市的配套污水处理厂项目均不可避免地建设在泉域重点保护区范围内，项目的建设也必将会改善所属河流、泉域水环境，但因条例规定导致项目无法获得水行政主管部门批复。故笔者向水行政主管部门建议，可否认为城市配套污水处理厂是保护水资源的建设项目，使该类项目及时实施，改善河流、泉域水环境。

7 结语

由上述分析可知，古交市第二污水处理厂位于晋祠泉域重点保护区内，污水处理厂通过收集废污水，减少对汾河的污水排放，将改善汾河水质，汾河水渗漏补给岩溶地下水，将会使得晋祠泉域岩溶地下水水质也逐步好转。

在泉域的重点保护区禁止新建、改建、扩建与供水设施和保护水资源无关的建设项目，属国家、省大型建设项目和重点工程因地形原因无法避让，确实需要经过泉域重点保护区的，应当经省水行政主管部门组织专家充分论证，

参考文献：

[1] 汤寅飞.清徐化工新材料园区项目对晋祠泉域水环境影 响分析[B].山西水利科技,2015(1):80-82.[2] 王凯.晋祠泉域岩溶地下水水化学特征及水文地球化学 模拟[D].太原:太原理工大学,2016.[3] 赵伟丽.晋祠泉域地下水动态研究及保护措施[J].山西 水利,2014,6:18-19.