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1、地下污水管道泄漏对环境影响研究进展2009年7月第31卷第4期地下水GroundwaterJuly.,2009V01.31N0.4地下污水管道泄漏对环境影响研究进展高秀花,李俊梅,王娟(1.中国石油安全环保技术研究院,北京100083;2.中国地质大学水资源与环境学院,北京010083;)摘要地下污水管道的泄漏普遍存在.污水管道一旦泄漏,将会对土壤,地下水环境产生严重的影响.主要阐述了管道泄露的研究现状以及地下水入渗对地下水管的危害;总结了地下水管网泄露的种种原因;分析了污水管道泄露对地下环境的各种影响,主要表现为:改变土壤的理化性质,引起土壤污染,造成土壤富营养化,进而导致地下水污染,减少淡
2、水资源,引起水土流失.关键词污水管道;泄漏;环境;影响中图分类号X523文献标识码A文章编号l0O41184(2009)04-0085-04AdvancesinStudiesabouttheInfluenceoftheSewerageleakageonEnvironmentGAOXiuhua,LIJunmei,WANGJuan(1.CNPCInstituteofSafety&EnvironmentProtectionTechnology,Beijing100083,China;2.ChinaUniversityofGeoscience,SchoolofWaterResourceEnvi
3、ronment,Beijing010083,China.)Abstract:Theleakageoftheseweragepipeisalwaysexistenceinourlife.Buttheleakagewillresultinaseriousimpacttothesoilandgroundwaterenvironment,iftheleakagehappened.Thestudiedstatusontheleakageofsewerageandtheharmofinfiltrationofthegroundwateraredescribedinthearticle.Thereasons
4、ofleakagehavebeensummarizesatthesametime.Andtheinfluencemainlypresentedaschangingsoilphysiochemicalproperties,arosingsoilpollution,causingeutrophicationintheSOil,groundwaterpollution,freshwaterdecrease,andsoilerosion.Keywords:Sewerage,leakage,environmentandimpact地下管网的修建,给人类的生活带来了很大的便利.通过管网,天然气进入室内,降
5、低了对煤等能源的消耗;生活污水得以收集,进而进入污水厂,得以净化,大大降低了因生活污水排放而引起的污染问题的发生频率.然而城市埋地管线,因为历史的原因,埋地时间长,过去的防腐质量差,非金属材料少,主要以钢管为主.在城市,土壤杂质多,电化学对钢管腐蚀严重,极易造成管线局部腐蚀,钢管形成漏斗状的腐蚀孑L,造成漏气.轻者,增加输差;重者,燃烧爆炸危及生命,把利民工程变成人人恐慌的危险项目.因此针对地下管网泄露对环境影响的研究是十分必要的.1地下管道泄漏研究现状到目前为止,关于管道泄露的研究主要集中在以下几个方面:(1)管道泄露对周边环境影响的研究.国内对此类研究主要集中在石油管道,液化气管道,在突发
6、事故下泄露时,对大气,地表水,地下水,土壤环境,生态系统的影响;而关于污水管网,或雨水管网泄露的研究相对较少.国外关于管道泄露对环境的污染的研究相对较多,在美国,德国,澳大利亚,欧洲等国家已有很多学者,专家对此类污染进行了调查研究.(2)管道泄露的模拟研究.国内对管道泄露的研究主要是以风险评价的方式来预测泄露量,以及泄露后的石油类,液化气对环境的影响.国外主要是通过建立数学模型的方式来完成对管道泄漏的研究,其中的难点是关于泄露量的确定以及小泄露速率的确定.(3)管道泄露探测技术的研究.这是目前关于管道泄露研究的主要内容.已有很多学者专家对此进行了研究探讨.至今,用于泄露探测的技术可以分为直收稿
7、日期20090311作者简介高秀花(1965一)女,内蒙古人,高级工程师,博士,主要从事环境工程及水资源方面的研究.85第31卷第4期地下水2009年7月接检漏法和间接检漏法,直接检漏法包括检漏电缆系统法,导电高聚物检漏法,油检测元件法,油溶性压力管法,气体法,机载红外法,封入气体压力检测法,水面检测法等;而间接检漏法也包括:质量平衡检漏法,水力坡降线法,泄露音频检漏法,声信号分析法,统计检漏法,基于神经网络的检漏方法,压力波检漏技术,新型负压波检漏技术,压力点分析检测法等口.各方法都有自身的优缺点,在选用过程中,因具体的工作环境,工作对象的不同,采用的技术也各不相同.(4)管道腐蚀对周围环境
8、的影响.这是目前关于管道泄露研究的热点.这里主要介绍国内外关于管道泄漏引起环境问题的研究.尽管我国对此研究相对较小,但是泄漏引起的污染问题不可忽视.在国外,Eiswirth等列出地下污水管网泄漏是地下水的污染源之一2.wakidaandLerner(2005)通过氮平衡确定出其泄漏率为13;Elliset等3通过室内实验,确定地下管道泄露率在51O之间.2污水管网泄露研究现状埋在地下的污水管网泄露主要包括两种类型.一是由于管道腐蚀,破裂,损坏等管道病害造成的渗漏,二是污水管道渗漏量评定标准允许的渗漏.在日常生活中,人们主要关注的是前者.目前,关于污水管网泄露的研究主要集中在以下几个方面:(1)
9、管道病害泄露目前,很多城市的污水管道都是建于上世纪六,七十年代,多采用钢筋混凝土刚性平接口管道,而管径超过D1500mm的雨水管道均采用砖砌拱沟断面.由于脆性管材的抗拉和抗冲击强度都很低,受地基不均匀沉降,地面承载力变化,养护不及时,设施老化以及污水中污染物的腐蚀等因素影响,许多管道变形,错位,破裂,又由于污水管道为地下隐蔽工程,它的病害不易被发现,出现渗漏时,就会污染地下水资源Es.(2)标准允许的渗漏目前我国还没有单独的污水管道工程质量检验评定标准.现行的依据是排水管渠工程质量检验评定标准.现行标准闭水实验的允许渗水量为:D800mm钢筋混凝土管为48m./d/km.在该标准下,每年渗出水
10、体的量也是十分惊人的,据资料显示:邯郸市的污水管道D800mm管道长度折算约为160km,按照该允许渗漏量,每天将向地下渗漏污水7680m.,每年将向地下渗漏污水280.32万m3.污水中一般含酸,碱,酚,氰化物,硫化物,有机磷及多氯苯等有害物质,遭到这些物质渗入,地下水资源将受到污染.863污水管网泄露对地下环境的影响3.1污水管网泄露对土壤的影响土壤处于大气圈,岩石卷,水圈和生物圈的交接地带,在生态体系中处于独特的空间地位.它是人类周围环境中变化最复杂,最频繁,各种信息最丰富,最敏感的部分.但是,它也是各种污染的最大承受者.土壤是环境中与管道接触最多的介质,当管道发生泄露时,泄露物首先进入
11、土壤中,影响原始的土壤环境.总体来说,管道泄露对土壤的影响可以概括为以下几方面:(1)污染土壤土壤中发生着各种自然的,物理的,化学的,生物的变化,包括各种界面反应,物质迁移和转化,能量转化,生物的繁殖等各种过程.当管道中的泄露物质进入土壤中时,在以上各种作用的共同影响下,土壤会对其具有一定的缓冲作用和自净能力.随着泄露污染物质在质量上的增加,土壤容纳污物越来越多,其降解,自净能力越来越差.很多学者研究指出,尽管管道的渗流量是有限的,但是当管道发生渗漏时,还是有大量污染物质进入土壤中,进而污染土壤.(2)土壤富营养化当泄漏物含有大量N,P类化学物质时,泄漏的污水会在周边土壤中引起富营养化.炼化企
12、业生产化肥产生的废水中含有N,P元素,如NH,有机氮,尿素等.当管道发生泄漏时,此类物质将随着水体进入土壤中.大量的NH或磷肥等在土壤吸附作用的影响下,被土壤吸持固定.随着渗漏量的增加,土中N,P含量增大,从而造成土壤的富营养化.Cnites(1985)指出,以正磷酸盐形式存在的磷,可以通过与土壤中化学离子(如铝离子,钙离子)之间的相互作用,在土壤中直接沉积或是在化学作用下被土壤吸附.Lauer(1988)和Ragor(1977)也证实,在土壤吸附作用以及土中的钙离子,铝离子交换作用的影响下,土壤中的氮素浓度随着深度的加深而逐渐降低.(3)有毒有害物质在土壤中积累土壤有较强的吸附能力,当污染物
13、质中有毒有害物质流动性较差,且极易被吸附时,就会在土壤中大量聚集.当其在土壤中的浓度值过高,超过土壤净化能力时,就会引起土壤污染问题.例如:德国的河流和地下水中,均发现大量的药物残留物(SACHER,2001);Rastatt在检测地下水中发现,管道渗漏点处的地下水样品中含有药物残留物,其中苯扎贝特的浓度值为440ng/L,而在距渗漏点4m处的地方,地下水样品中却未第31卷第4期地下水检测到该物质.由此可见,该药物已经被生物分解或是在渗漏过程中被途径中非饱和带的土壤吸附.这得注意的是,苯扎贝特对降低胆固醇有一定作用,对消化道和肝肾都有一定影响.此外,当污水管道发生泄露时,污水进入土壤的同时,管
14、道周边土壤在压力及水体等作用下,有部分细小颗粒也会顺着泄露点进入管道内部,少则几厘米高,多则到达管道顶部,引起管道堵塞.丹麦奥尔堡大学的J.Vollertsen和T.HvitvedJacobsen,通过小范围的试验发现,在有泄露存在的情况下,管道周边环境中的砂质土,进入了管道内部,在管道周边还会形成一堵塞区1.堵塞区与大肠杆菌的数量有一定联系.因为,堵塞区内空隙大小随着时间在减少,应此,细菌更容易在附近聚集.另一方面,好氧硝化反应在堵塞区内不容易发生,但是在堵塞区下部的土壤中存在硝化反应.土壤是人类赖以生存的自然资源,它能把大量有机物最终分解为二氧化碳和水,以及各种土壤有机肥的组成部分.但是如
15、果不检测管道的泄露,大量污染物质从污水管道泄露进入地下,且其数量和速度都超过土壤的容纳和净化能力,土壤的性质,组成及性状等都会发生变化,尤其当污染物质的积累过程逐渐占优势时,会破坏土壤的自然生态平衡,致使土壤的自然功能失调,土壤质量恶化,从而严重影响植物的正常生长发育,造成有害物质在植物体内累积,并可通过食物链进人人体,以致危害人体健康.3.2污水管网泄露对地下水环境的影响(1)地下水水质恶化泄漏污水进入地下后,一部分会受到土壤吸附以及生物降解等作用,滞留在土壤中,还有一部分会随着水体继续前进,最终到达地下水位,汇入地下水中.当其浓度值超过地下水质量标准时,就会污染地下水,成为地下水的主要污染
16、物.当泄漏污水含有硝酸根时,因土壤对硝酸根的吸附作用相对较小,硝酸根极易随着水体向下迁移,从而引起浅层地下水硝酸盐污染问题.PowerSchepers(1989)研究指出,地下水中NO.一N污染的发生与生活污水管道的泄露有密切联系u.在NewYork(Ku&Simmons,1986;Smith&Myott,1975),California(Schmidt&Sherman,1987;Chang,Page,Pratt&Warneke,1988),Narbonne,France(Razack,Drogue&MBaitelem,1988),Florida(Wal
17、1er,HowieCausaras,1987)andDelaware(Rittereta1.,1989)等地的调查中均有资料指出,当地地下水的硝酸根污染与当地的生活污水管道以及淤泥的处理有一定的联系.卡尔斯鲁厄学者LeifWolf,MatthiasandHeinzHotzl研究指出,Rastatt城地下水中K,Na,Mg含量的高低与区内污水管道系统没有关系_1,而其中硼浓度值的升高与区内污水有密切关系.硼在研究区内地下水中浓度为60150ug/L,在研究区外围地下水中的浓度只有1136ug/L,而研究区内污水管中的硼浓度则为690ug/L,由此证明,污水管道的泄露引起区内地下水的硼污染.(2)
18、改变地下水中微生物的含量污染地下水的病原微生物可分为三类:细菌,病毒和寄生虫以前两种为主.污染地下水的病原菌主要是肠道病原菌,如大肠杆菌,鼠伤寒沙门菌,索氏志贺氏菌,空肠弯曲杆菌,结肠耶氏菌等.它们主要来自生活污水及污水排放系统等污染源.地下水本身是洁净无病毒的,但是水媒病的发生却一直存在.而且水媒病的发生多数是由于供水系统的水体污染儿引起的.美国在19711979年期间,发生267期水媒病,其中52时由于地下水引起的.污水管道中病原菌含量较高,当管道泄漏时,污水中的病原菌也会随着污水一起进人土壤,最终还会进入地下水中【1.尤其在土壤饱水情况下,病原菌更容易随着水体迁移,从而扩大其影响范围.在
19、常规条件下,当污水在土壤中肉眼无法看到的微小空隙中出现时,地下水的细菌污染可能是无关紧要的,然而必须注意到,污水中的氨根,在地下水中可以同时发生硝化和反硝化作用.地下水对污染物质也有一定的净化能力(基本上以弥散作用为主),但是该能力相对较弱,当少量污染物进入地下水中时,对地下水的影响相对较小,但是一旦污染物浓度较高,地下水必然会受到污染.而作为一种重要的淡水资源的地下水,其污染具有发现难,治理难,修复时间长的特点,因此必须及时观测管道泄漏情况,以减低管道泄漏对其对地下水的污染.此外,污水管道的泄漏还会引起恶臭问题.污水中的污染物在自身作用下或是生物降解作用下,会发出很难闻的气味儿.例如,污水处
20、里厂的进水常有恶臭气味,当此类污水大量泄漏时,就会有大量气体挥发至空气中,从而在渗漏区发出恶臭气味.4地下水入渗对地下水管的影响在地下水位高的地区,地下水通过排水管道的接口裂缝,破损位置以及附属构筑物的不严密处渗入排水管道.地下水渗入排水管道导致长期的经济损失和水域污染加重,造成严重危害.(1)增加排水建筑物的建设投资和运行费地下水渗入排水管道以后,使得旱流污水体积增87第31卷第4期地下水2009年7月大,加重管道收集和输送,泵站提升,污水处理厂的水量负荷.与低地下水位城镇不含地下水的建设工程量相比较,当旱流污水的30是地下水时,另7O则需要1009,6的旱流污水建设工程量_】.(2)加重水
21、域污染地下水渗入排水管道后,使得城镇污水处理厂的进水受到稀释,进水中BOD5,CODCr,Ss都相对偏小,导致污水处理中BOD5,CODCr,Ss的去除率降低.水域接纳按同级标准排放的城镇污水处理厂出水污染物的增加量与该城镇渗入地下水量成正比.资料显示1,处理旱流污水1万1TI./d的二级污水处理厂,增加3000m./d的渗人地下水以后,按同级浓度排放标准计算,混合进水1.3万m./d(含地下水)时,出水污染物排放总量是旱流污水1万m./d(不含地下水时)的130%.(3)流失地下水资源渗人排水管道的地下水属于地表之下的潜水,水质一般比较好.我国是水资源短缺的国家,此种潜水型地下水是可利用水资
22、源.密布于地下的排水管网渗入地下水,致使地下水资源流失.由于地下水渗入排水管道严重增加水域污染,并导致经济损失等,危害很大.国外很多城市的环保,市政管理部门和排水企业都把防止地下水渗入排水管道作为一个十分重要的基本政策和研究内容.5地下管网泄露的原因地下管道泄漏的原因大致可概括为以下几种:(1)在一些老的工业城市,地下供水管道长期服役造成的管道老化;(2)在管道穿越地域存在酸,碱性土壤,使管道被腐蚀;(3)在大气中的水,氧气,二氧化碳等物质作用下,引起管道腐蚀;(4)由于用水量增大,地下管道局部水压过高或高层建筑物或城市交通负荷加大造成地下供水管道水压增高,超出供水管道设计的承受力,使管道破裂
23、;(5)道路施工和建筑地基开挖造成地下管道损坏,以及其它自然力破坏造成的地下管道损坏引起管道渗漏;(6)管道自身特点引起泄漏.例如管道接口处,管道的通气孔等处,都是易发生泄漏的地方.6结论综合国内外研究现状,可以得出以下结论:(1)管道泄漏普遍存在.管道泄漏是管道系统中88不可避免的现象,这是多方面的原因造成的.(2)管道泄漏可以改变土壤的理化性质,引起土壤污染,增大土壤去污量,并造成土壤富营养化.(3)管道泄漏可以导致地下水污染,改变水中微生物含量.(4)高水位区的管道泄漏可以使地下水进入管道,降低污水厂净化能力,减少淡水资源,引起水土流失.参考文献1付道明,孙军,贺志剐,喻西崇,等.国内外
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