地热尾水与超标河渠污染关联性分析_张银妹.pdf

：地地热热尾尾水水与与超超标标河河渠渠污污染染关关联联性性分分析析张银妹，董卿卿，陈穆贤（河北省地质矿产勘查开发局第三水文工程地质大队，河北 衡水）摘要综合河北故城县综合城区黑臭水体治理及地热尾水回灌工程实施状况，为研究城区黑臭水体与地热尾水排放的因果关系，基于在主城区内堤口渠、郑口排渠及青年干渠布设的监测断面数据，对河渠水位动态变化特征进行统计分析，并结合、年供暖季入渠水量、水温变化特征与入渠地热尾水排放量，对故城县地热尾水与超标河渠污染关联性进行探究，结果表明：河渠水位变化与供暖季呈现正相关趋势变化，堤口渠渠水夜间水位涨幅明显大于白天水位涨幅，水位变化与地热供暖呈现明显的相关性，推断冬季供暖过程中，有地热尾水排放入渠，造成河渠水位升高，河渠水中地热特征水质含量也呈现明显的季节性特征，均呈“凹”字型展布。地热尾水排放导致河渠污染主要原因为地热井在以往开发利用过程中尾水未完全回灌，部分地热尾水排放到污水管网，增加管网负荷而引发管网崩漏，增加污水处理厂处理负荷，排入河渠中，造成渠水水体环境温度升高，加速微生物对有机物的分解，消耗水体中的溶解氧，造成水体中厌氧菌的大量繁殖，使得水体发黑发臭。分析结果证明地热尾水是河渠污染的直接原因之一。关键词地热尾水；河渠污染；水质；关联性中图分类号；文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介张银妹（），女，河北衡水人，工程师，主要从事水文地质、工程地质及环境地质方面工作。党的十九届五中全会对生态文明建设和生态环境保护作出重大决策部署，明确提出二三五年“美丽中国建设目标基本实现”的远景目标和“十四五”时期“生态文明建设实现新进步”的新目标新任务。针对河北故城县城区黑臭水体治理，并综合故城县 年开始的地热尾水回灌工程实施状况看，截止 年城区每眼地下水开采井均配套建设了回灌井，回灌模式为无压自然回灌，采灌井配备模式为单采单灌和多采多灌。但尾水回灌落实情况还存在较多问题，尾水偷排偷放问题时有发生。对城区黑臭水体进行综合整治后水质会暂时达标，但在冬季供暖季水质会出现反弹。黑臭水体的形成是否与地热尾水排放有关，本文在对故城县主城区主要流经河渠水位、入渠水量变化进行监测分析的基础上，对地热尾水水质与河渠水质关联性进行研究，分析地热尾水排放导致河渠污染的深层原因，为城区水污染治理提供科学依据。研究区河渠水位变化特征 河渠年水位动态变化故城县主城区内主要流经河渠为堤口渠、郑口排渠、青年干渠。河流监测断面布设于污染较为严重的堤口渠。堤口渠自西向东径流，顺河道方向设置、三个河流水位动态监测断面。堤口渠扬帆大街西 处，河闸阻断河水，星河湾花园南侧土坝阻断河水，河闸与土坝间距 ，该区段内水流缓慢，较小了径流对河渠水位动态的影响，水面宽度平均 。入渠水源大致可分为三类：雨水、生活污水、其他污水。雨水入渠量多少与降雨息息相关，根据多年降雨资料分析，衡水故城县降雨主要集中在每年 月份，河渠水位会呈现明显上涨；生活污水较为稳定，对河渠水位影响较小；其他为除生活污水外的污水。从三个监测断面动态监测曲线（见图）可明显看出，三个监测断面水位动态基本一致，即 年 月供暖期结束后，至 月水位明显下降，年 月中旬，河渠水位有一个明显上涨，主要原因是连续阴雨天气雨水流入渠中，随后水位持续下降，至 年 月供暖期开始，水位又出现持续上涨情况，由此可得出，河渠水位变化与供暖季呈现正相关趋势变化，推测有地热尾水排放入渠。图 堤口渠水位动态监测曲线图表 河渠水位日夜变化对比表位置堤口渠时间段水位涨幅 水位涨幅 水位涨幅 晚间 白天 河渠日水位动态变化据调查，地热供暖工程一般根据室内需热量的多少自动调节地热开采流量大小，日运行过程中，夜间地热供暖流量一般大于白天供热流量。根据地热供暖特点，特对冬季供暖期间堤口渠 处监测断面水位变化进行对比分析（见表）发 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.现：堤口渠渠水夜间水位涨幅明显大于白天水位涨幅，水位变化与地热供暖呈现明显的相关性，可以初步推断冬季供暖过程中，有地热尾水汇入堤口渠，造成河渠水位升高。入渠水情变化特征分析 年供暖季入渠水量、水温分析 年 月 日 日，通过对青年干渠、郑口排渠及堤口渠进 行 沿 线 调 查 走 访，发 现 存 在 处 溢 流 口（、）溢流入渠。根据河渠污水管网溢流口 调 查 与 动 态 监 测 数 据，溢 流 口 污 水 平 均 水 温 为 ，溢流量为 ，每天溢流量 。在故城县城区内，对排污管网中污水温度进行检测，其污水温度为 左右。溢流口水温明显高于一般生活污水水温，在地热尾水调查过程中，对存在尾水排放的工程进行现场尾水排放温度检测，其排放水温 左右，综合城镇污水排放特征，可判定有大量地热尾水汇入。根据监测时段数据分析，城镇污水每天溢流入渠水量为 。在不考虑热损失的情况下，按照能量守恒的原理，估 算 地 热 尾 水 每 天 溢 流 量 ，占 比 ；生 活 污 水 每 天 溢 流 量 ，占 比 。其中堤口渠水位监测区间（堤口渠扬帆大街西 处至星河湾花园南侧）所有溢流口（、）平均温度为 ，溢流总量为 ，每天溢流放量 ，其中地热尾水每天溢流量 （折合 ），占比 ；生活污水每天溢流量为 （折合 ），占比 。见表。表 年供暖季监测时段内溢流口排放数据统计表时段监测时间堤口渠郑口排渠温度 流量 温度 流量 温度 流量 温度 流量 温度 流量 年供暖季 月 日 月 日均值 年非供暖 月 日堤口渠 处溢流口（、）平均温度 ，溢流总量 ；处溢流口（、）平均温度 ，溢流总量 。年供暖季入渠水量、水温分析 年 月 日 年 月 日期间，对所有排口进行了 次间断跟踪摸排，除第一次摸排发现的 溢流口因未封堵严密而溢流入渠外，陆续发现 处新溢流口（、）溢流入渠。在 年 月 日排查时，不再溢流。根据河渠污水管网溢流口调查与动态监测数据，处溢流口（、）平均水温 ，溢流总量为 ，合每天排放量为 。在不考虑热损失的情况下，按照能量守恒原理进行估算，地热尾水每天溢流量 （折合 ），占 比 ；生 活 污 水 每 天 溢 流 量 为 （折合 ），占比 。日排放入渠量较 年度增大了 ，主要为故城县部分区域实施了雨污分流工程，新建了多个雨水排口。通过对比发现，地热尾水入渠量较上年度有所增加。见表。表 供暖季监测时段内溢流口排放数据统计表时段监测时间堤口渠温度 流量 温度 流量 温度 流量 温度 流量 年供暖季 月 日 月 日均值 堤口渠溢流口平均温度 ，溢流口排放总量 。年和 年入渠地热尾水排放量分析 年地热尾水每天溢流量 （折合 ），占比 ；生活污水每天溢流量为 （折合 ），占比 ，年地热尾水每天溢流量 （折合 ），占比 ；生活污水每天溢流量为 （折合 ），占比 。年地热水与生活污水排放量比例为 ，年地热水与生活污水排放量比例仅为 ，说明本次地热工程整改验收取得了良好的效果，且数据显示也与实际相吻合，年溢流口多为管道崩漏之后泄漏、渗漏，其总量虽然小，但地热水占比大，而 年溢流口多为排口（雨水排口）大量排放，总量大，但地热水占比反而减小，说明地热供热工程尾水排放量减小，但仍存在尾水排放现象。供暖季日夜入渠水量、水温对比分析为详细了解溢流口排污特征变化，于 年供暖季 月 日 月 日对溢流口进行加密监测，每隔 小时观测一次。通过溢流口水量、水温动态观测曲线发现：各个溢流口水量基本呈现夜间增大、白天相对减少的趋势，水温夜间升高、白天降低的趋势。见图 和图。地热尾水水质与河渠水质关联性分析地热供暖为故城县主要供暖方式，虽然政府管理部门严格落实地热回灌措施，但受供热工程建设不规范、热储地层回灌难等条件制约，不排除有地热工程尾水排入污水管网的情况，本次重点分析是否存在地热尾水入渠。故城县主城区地热供热工程 处，共涉及地热井 眼，其中开采井 眼、回灌井 眼、未利用 眼。地热水水化学类型主要为 ，个别井为 ，矿化度一般在 。通过对故城县主城区地热井水质结果统计分第 卷第 期地下水 年 月析，筛选出 个地热水代表性水质指标与本次渠水水质监测断面进行关联性分析，代表性水质指标分别为总矿化度、氟离子（）、钠 离 子（）、氯 离 子（）、重 碳 酸 离 子（）、。图 供暖季监测时段内溢流口流量动态变化曲线图图 供暖季监测时段内溢流口水温动态变化曲线图因地热尾水排放季节性明显，特意选取堤口渠城区段 处河流断面不同时间渠水中富含的地热水特征水质含量进行分析。分别选择 年 月 日、年 月 日、年 月 日的水质代表 年供暖季、年非供暖季、年供暖季水样。通过水质对比图（图 图）可以看到：含量供暖季是非供暖季的 倍；含量供暖季是非供暖季的 倍；含量供暖季是非供暖季的 倍；含量供暖季是非供暖的 倍；总矿化度供暖季是非供暖的 倍；值供暖季是非供暖的 倍。综上分析，渠水中地热特征水质含量呈现明显的季节性特征，均呈“凹”字型展布，可以判断，供暖季有地热尾水排入渠中。图 河渠监测断面水质总图 河渠监测断面水质钠矿化度对比图离子对比图地热尾水排放对河渠污染原因分析故城地热井在以往开发利用过程中尾水未完全回灌，部分地热尾水排放到污水管网，增加管网负荷而引发管网崩漏，同时增加污水处理厂处理负荷，进而排入河渠中，对地表水生态环境产生不良影响，主要影响的是地表水水温和水质两个方面。热污染地热水利用后仍含有大量余热，本次调查可知地热尾水排放温度可高达 左右。地热尾水排入地表水体后，受水水体的温度升高，加速水中含氮有机物分解，导致地表水体富营养化；同时有机物分解会消耗水中大量的溶解氧，导致水体缺氧，影响水生生物正常生长，甚至造成大量水生动植物死亡；此外，地表水体水温升高还将使水分子热运动加剧，水汽在垂直方向上的对流运动加速，水体周围土体中水分蒸发加速而造成土体失水，导致陆生动植物因生活环境改变而大量死亡或迁移，破坏了原有的生态平衡。地表水体可分为河流和湖泊（水库、池塘），前者为流动水体，后者为滞留水体，两者对污染的承载力大不相同，对热的承载力也大不相同，前者能快速带走热量，因此地热尾水的散点排水对于其影响不大，升温不高。但池塘沟渠等水体流动性差，热容量有限，而地热尾水排放量不断增长，长期运行，必会突破水体承载力，使水体温度升高，产生河渠的热污染问题。堤口渠与郑口排渠属于滞留水体，其对污染的承载力小，而故城地热尾水排放温度在 时，对水环境污染影响较大。通过故城地热尾水排放调查研究，发现地热尾水排放对河渠水温、溶解氧、氨氮等均产生了影响。图 河渠监测断面水质氯图 河渠监测断面水质重离子对比图碳酸离子对比图图 河渠监测断面水质 图 河渠监测断面水质氟对比图离子对比图 水质污染地热水含有氟、重金属和其他有害元素，其地热尾水含量超过地表水水质标准，尾水与受水水体混合后会影响受水水体水质，其热量给水环境和生态环境带来不利影响。在故城地区利用地热水供暖主要集中在冬季，该季节尾水排放量大且河水量较少，对污染的承载力相对较小，此种情况下地表水体受污染的程度相对较大。总之，供暖季地热尾水排放至污水管网，增加了管网及污水处理厂限定负荷，与生活污水混合入渠，是河渠污染的主要原因。其水温过高对河渠水体产生热污染，进而加速了水体中有机物的分解而产生河渠水质污染，使得水体发黑发臭。结语（）地热尾水排放至污水管网，一方面加重了污水管网的限定负荷，增加了污水管网崩漏这一隐患发生的可能性，另一方面增加了污水处理厂的处理负荷，存在进水未经处理合格即排放入渠的可能性。（）地热尾水随管网溢流点排入河渠后，造成渠水水体环境温度升高，加速了微生物对有机物的分解，消耗水体中的溶解氧，造成水体中厌氧菌的大量繁殖，使得水体发黑发臭。因此，地热尾水是河渠污染的直接原因之一。参考文献张银妹，董卿卿，赵素杰，等 故城县辖区超标河渠污染源调查报告 衡水：河北省地矿局第三水文工程地质大队 第 卷第 期地下水 年 月