化工文献检索作业

煤焦化及煤化工产能置换项目

摘要

随着社会经济的迅速发展、社会工业化进程加快、居民生活水平的日益提高、工业产品需求量的不断增长、技术要求的愈加严格、采用多种工序及原料、导致人类大量开釆地下水,造成地下水水位极剧下降、水量明显的减少、地下水水质受到严重污染等水环境问题,这些问题日益突出,严重制约着地下水环境的协调性与可持续性发展,随之可能对人民的正常生活、社会稳定和谐、经济繁荣发展等一系列问题带来不良的影响。

山西新石煤焦化及煤化工产能置换项目位于山西省原平市崞阳镇西部和沿沟乡中西部地区中循环经济工业园区内,建设规模为200万t/a焦化为源头的煤、焦、化循环经济产业项目。本文利用地下水模拟软件VisualModleflow来预测新石煤焦化厂运行后对地下水的影响情况的数值模拟研究。研究的过程中是在充分收集水源地、地质、水文地质等资料,调查该厂g周边的水文地质条件,进行野外试验的基础上,建立符合该项目地下水含水层的水文地质概念模型及对应的数学模型,确定初始流场,运用Visual Modleflow软件数值模拟该焦化厂开采地下水后,对厂区及其周边地下水水量的影响;同时,数值模拟该厂运行后,污染地下水水质的污染物运移情况,定性及定量地预测分析了该项目对周边地下水水量及水质造 成的影响情况,为保护厂g周围的地下水提供切实的参考依据,对周边人民的正常生活、社会 的团结稳定、环境的持续发具有重要的实际意义。

根据数值模拟结果,可得出以下结论:

(1)随着厂区开采地下水的时间越长,水位下降越严重,降落漏斗逐步向外扩大,对地下水的影响越大。

(2)水量模拟结果显示,该焦化厂开釆地下水,可能影响到厂区周边水井,进而影响到周边居民的正常生活。

(3)瞬时点源污染物进入地下水后,沿着水的流向漂移,同时向四周扩散,由圆状逐步呈现成椭圆状,中心向外浓度逐步降低,污染物漂移时间越长,其扩散范围越大,浓度整体下降,最后达到地下水标准。

(4)瞬时点源污染物有氨水及粗笨,模拟预测结果为粗笨泄露对地下水水质的影响大于氨水,这是由于粗笨进入地下水的初始值不同于氨水值造成的。

(5)连续点源污染物,随着时间延长,扩散范围越大,由圆状逐步呈现成椭圆状,浓度为中心向外依次降低,整体浓度却不断增加。

(6)连续点源污染物为污水,模拟预测结果为污水泄露对地下水的影响较小,这可能是由于污染物的浓度在地下水时,增加幅度小。

关键词:数值模拟,地下水,焦化厂,Visual Modleflow

ABSTRACT

With the rapidly developing of social economy, the quicken progress of social industrialization, the increasing of residents' living standard, the demand for industrial products is growing, the technical requirements are more strict, and we must use a variety of processes and raw materials, so we have toexploit much more groundwater, bringing a series water environment ofincreasingly prominent problems such as the sharp dropping of groundwaterlevel, the significant reduce of groundwater yield, and the serious pollution ofgroundwater quality, which deeply restrict the harmony and the sustainabledevelopment of the groundwater environment and then may cause some adverseeffects on people's normal life, social stability, economic prosperity and so on.

Shanxi new stone coal coking and coal chemical industry's capacity

replacement project are in the circular economy industrial park which is located

in the west of Guoyang town and the Midwest of Yangou town in Shanxi

Yuanping, which construct 2 million t/a flagshiping coke and Coalchemical circular economy industrial project .The paper mainly talks that by using Visual Modleflow, a software to numerical simulate the groundwater, we can predict the effect on groundwater when the new stone coal coking plant runs.Theprogress of

research is establishing hydrogeological conceptual model which

matching the projects' underground water deposits and corresponding

mathematical model, and make sure the initial flow field on the basis of collecting enough data such as water resources, geology, hydrogeology, clearing up the hydrogeological conditions around the plant, as well as doing the field test, and using Visual Modleflow simulate the effect on the groundwater in the coking plant and its surrounding; at the same time, carrying on the numerical simulation for the groundwater pollutants migration situation and qualitatively and quantitatively analyzing to predict the influences on the surrounding groundwater including water quantity and water quality, which provide some practical reference basis for protecting the groundwater around the plant, and it has importantly practical significance on the surrounding people's normal life,

social stability and the sustainable development of environment.

According to tiie results of the numerical simulation, we can get the

following conclusions:

(1)The longer the time of exploiting groundwater, the deeper the

groundwater level, then the depression cone of groundwater gradually expands

outward, which will strengthen the influence of groundwater.

(2)The results of water simulation suggest that, when exploiting

groundwater, the coking plant may influence the wells around the factory, and

then influence the surrounding residents' normal life.

(3)When the instantaneous point source pollutants get into thegroundwater, they

will drift along the flow of water, spread to all around at the

same time, and their shape will gradually become from round to oval, the concentration will reduce from center to outside. Also, the longer the time of

pollutants drifting, the larger the scope of diffusion, as a whole the concentration is falling and finally falls into the groundwater standards.

(4)The instantaneous point source pollutants contain ammonia water and crude benzene, the prediction of simulation is that because the original values are different from ammonia water's when they get into the groundwater, the influence of the leakage of crude benzene on groundwater quality is greater

than the ammonia water's.

(5)As for the continuous point source pollutants, with time going, the scope of diffusion become larger, the shape gradually become from round to oval, the concentration reduces from center to outside, on the contrary the

overall concentration is continually increasing.

(6)The continuous point source pollutants are waste water, the prediction of simulation is that sewage leakage has little effect on groundwater; the cause

of this phenomenon may be the increasing range is small when the

concentration of pollutants is in groundwater.

KEY WORDS: numeical simulation, groundwater, coke-oven plant, Visual

Modleflow

第一章 绪论

1.1研究的目的及意义

焦化行业是工业领域的基础产业,它所生产的产品焦油、焦炭、煤气等都是工业的 原料,在经济和社会的发展中,有着举足轻重的地位。进入21世纪后,由于国家政策,山西焦化行业整合提速,要求产量成倍增长,新的焦化厂迅速发展,同时带来许多环境问题,特别是水环境问题”]。水资源既是工业重要的原料及物质基础,又是人们生活中必不可少的生活条件和环境的基本要素。随着工业需求量的加大,开釆地下水量也越来越大,导致超采,致使水位明显下降,地下水循环遭到破坏,给当地造成严重危害[2、3]。地下水污染具有隐蔽及难以逆转性⑷。焦化企业的原料、工业废水、及氨、氮、氰等成分,都是水污染的主要因素,也是国家《污水综合排放标准》中严格控制的项目。本文对新石煤焦化及煤化工产能置换项目进行数值模拟研究,以引导人们加强关注焦化企业

的水环境问题,并进行合理的管理、控制到减少污染水环境,保护地下水资源的目的。这对社会、环境有重要的实际意义。

1.2国内外研究现状

用数学手段求解地下水渗流问题的主要为解析法与数值模拟法。一般情况下,解析法适用范围小,仅仅适合简单、含水层各项同性等特殊情况。而在实际中,遇到的水文地质条件多为复杂,非均质各向异性、边界形状极不规则.数值模拟方法能克服解析法的不足之处,其借助于计算机上离散的方法来处理比较复杂的水文地质条件。在常用的有限差分法、有限单元法、边界元法等的数值方法中,有限差分法和有限单元法是目前应用最为广泛的两种方法【5]。 地下水模拟在地下水研究中发挥着越来越重要的作用,目前,地下水模拟及其相关软件已达

数百个,各种软件优缺点不一。国际流行的地下水模拟软件主要有GMS、

Modleflow、VisualGroundwater、PHREEQC、TNTmiPs 及 HST — 3D。其中由美国地质调查局开发的Modleflow软件可以模拟多种较实际的因素对非均质和复杂边界条件的三维地下水水流的影响,比如水井钻孔的抽注、河流的补给、排泄及其蒸发,目前是著名的地下水模拟模型[6]。对于Visual Modleflow软件,不但把已有的MODFLOW、MODPATH、RT3D、MT3D和WinPEST等地下水模拟软件的三维水流模拟、溶质运移模拟和反应运移模拟的各个特点结合了起来,还创新设计了具有合理的菜单结构、友好的界面、强大的可视化,极好的软件支撑的特征及功能"]。

在国外水量模拟方面,比如模拟沙托瓜河含水层的水量[8]、乌东德大现渗漏三维稳定流及日本神栖市砷在地下水情况[1W,结果表明该模型收敛速度快,与模型稳定性好。Hassan samour等尝试研究饱和多孔介质中的污染物迁移问题,其结果非常值得庆祝[11]。Dawson, Andrew等在二维数值模拟公路环境下溶质运移情况,模拟的结果要考虑到吸附能力,特别是在径流情况下,土壤颗粒等级、吸入水分特征、分配系数为重要的影响结果的因素Kovarik.Karel等将水流与溶质运移结合起来解释一种象[13]。国内数值模拟的应用也很广泛,其中GMS软件应用在西北挂地水量的模拟及溶质运移模拟[14]。Liang, Shichuan等同时对水量和水质的进行了模拟更多的则是利用Visual Modleflow软件进行地下水的数值模拟,在水量模拟方面,应用到水源地的可幵采量的评估模拟预测18];也应用到井灌区、码头及基坑涌水量的研宄中查力、毕丹对北京地铁水流情况进行了预测,对地下水位进行了监测,以保证项目的正常

运行

孙晓林掌握了滤论河洪积扇区适宜水位和调蓄空间,预测分析该区采用南水北调的地下水调控情况,预测调整2010-2020年开采量后,该区地下水水位下降速率明显缓减[23〕。甚至张远明等将数值模拟应用到滑坡稳定性研究中,其由暴雨和排水模型表明,强降雨抬升滑坡地下

水水位,通过雨廊道能降低水位,这对在地质灾害来说,是一个重大突破[24]。

传统的模拟预测地下水水位变化情况的过程是这样的,首先建立概念模型、数学模型,在最后的运行模型前,先将其校正到符合初始条件,以得到地下水水位分布情况,在改变外界条件后,再将该模型重新运行,得到另外的地下水水位值,最后将改变与不改变外界条件得到的水位值进行计算比较得出地下水水位变化值[25]。虽然马秀媛等利用modleflow软件探索的地下水位变化的数值模拟新方法的模拟迭代结果解最后收敛于传统方法得到的解,但新方法在模拟过程中,其自编了求解迭代方程有限差分计算程序,就可直接求出地下水水位变化值,而且对于模型来说,具有思路清晰的概念模型,简单明了的建模过程,很快就能确定的边界条件及可靠的模拟结果等优越性,她的创新值得我们釆用[26]。

对于地下水溶质运移的研宄,国内的许佩瑶看、朱洪涛研宄保定电厂冲灰水下渗污染地下水,

选择概化较为合理的数学模型[27]。利用Visual Modleflow软件在地下水溶

质运移的数值模拟,弓永峰研究了宁夏炼油厂石油污染地下水的数值模拟,三维非稳定流的数学模型,研宄表明,釆用抽注水治理一年后,污染物的去除率达到90. 08%,该抽注水方案效果好[28]。于国庆模拟研究北京郊区地下水的总硬度的变化情况[29]。人们也对数值模拟中其他方面进行了研宄分析,唐甜等探讨了不同程度含水介质概化对地下水数值模拟中各个方面的影响,为水资源提供参考依据“。温忠辉对不确定开釆量模拟的结果进行了分析,釆用随机模拟方法而不是传统方法,模拟的结果则具有可靠性[31]。

1.3研究内容

本文研究山西新石煤焦化及煤化工产能置换项目对地下水的影响情况,首先比较全 】面的收集资料和野外调查,基本掌握研宄区的地质、地形、水文地质条件,然后建立符合研宄区实际情况的二维非稳定流的概念模型及对应的数学模型后,再运用VisualModflow软件进行数值模拟该区浅层第四系孔隙含水层水量及水质受到该项目运行的影响情况。基本的研究内容主

要为:

1.比较全面系统地收集整理资料,如水文气象、水井、钻孔、地质、水文地质以及 水源地等资料。现场踏勘研究区的地质、水文地质条件,进行野外抽水试验和渗水试验,对研

宄区水质进行监测及评价,以提供建立模型的参数依据。

2.根据地质和水文地质特征,结合项目自身的设计情况来进行水文地质概念模型的建立,确

定为二维非稳定流的数学模型。

3.运用Visual Modflow软件对研宄区第四系孔隙水进行模拟、识别验证和可靠性分析。

4.利用模拟软件对项目运行后,开釆地下水导致的水流变化情况进行模拟,定量预测水位深,开釆影响范围,定性分析其影响程度。在水流模拟的基础上,预测该项目污染物在地下水的运移规律。预测溶质浓度的分布情况、污染物动态变化规律,污染控制、管理和评价项目区及 其周围地下水的水量及水质情况。