矸石淋溶液中的氟化物對地下水環(huán)境的影響

李喬莎

（山西省環(huán)境保護(hù)技術(shù)評估中心，山西 太原030024）

山西是煤炭開采大省，在煤炭開采過程中，會產(chǎn)生大量的煤矸石[1]。煤矸石成分復(fù)雜[2]，在雨水等長期浸泡過程中，會產(chǎn)生大量淋溶液，在淋溶液中氟化物的含量較其他污染物屬于較高序列。地下水中的氟化物經(jīng)過自然循環(huán)最終進(jìn)入人體，人體內(nèi)氟化物含量過多，會引起骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)疼痛等疾病，特別是造成牙齒損傷，形成氟斑牙。因此，對地下水中氟化物的研究顯得特別重要。

本次研究選取堆放場地的矸石所產(chǎn)生的淋溶液，根據(jù)淋溶實驗結(jié)果，本次淋溶液中的氟化物質(zhì)量濃度為0.897 mg/L，研究區(qū)面積為3.4 hm2。

1 預(yù)測及相關(guān)參數(shù)的確定

1.1 源強(qiáng)確定

在降水條件下，研究區(qū)將接受一定量的降水入滲量，當(dāng)其持水度超過最大持水度之后即形成淋溶水，并向下運移補給地下水。

式中：Q為多年平均降水量，萬m3/a；P為多年平均降雨量，取當(dāng)?shù)囟嗄昶骄涤炅?33.9 mm；α為降水入滲率，采用項目所在區(qū)域第四系全新統(tǒng)砂礫石類入滲系數(shù)，其值取0.25，無量綱；F為研究區(qū)面積，約3.4 hm2。

經(jīng)計算，平均降水入滲水量可達(dá)到4 536.8 m3/a（12.4 m3/d），長時間的浸溶后形成矸石淋溶水，可在重力作用下下滲補給地下水體。

1.2 預(yù)測方法

將污染源概化為點源，注入規(guī)律為瞬時注入，采用一維穩(wěn)定流二維水動力彌散-平面瞬時點源公式預(yù)測，公式如下：

式中：x，y為計算點處的位置坐標(biāo)；t為時間，d；C（x，y，t）為t時刻點x，y處的污染物濃度，mg/L；M為含水層厚度；mM為長度為M的線源瞬時注入的污染物的質(zhì)量，kg；u為水流速度，m/d；n為有效孔隙度，無量綱；DL為縱向彌散系數(shù)，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數(shù)，m2/d。

1.3 預(yù)測參數(shù)確定

1）x坐標(biāo)選取與地下水水流方向相同，y坐標(biāo)選取與地下水水流垂直方向，以污染源為坐標(biāo)零點。

2）計算時間t依據(jù)污染物在含水層的凈化時間確定。

3）根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)資料，含水層平均厚度為30 m。

4）根據(jù)水文地質(zhì)手冊，粉細(xì)砂有效孔隙度取18%。

5）場址水力坡度約為0.6%，粉細(xì)砂的滲透系數(shù)約為1 m/d[3]，水流速度為滲透系數(shù)、水力坡度的乘積除以有效孔隙度。計算得水流速度約為0.034 m/d。

6）根據(jù)經(jīng)驗值確定縱向彌散系數(shù)DL、橫向彌散系數(shù)DT分別為10 m2/d、1.0 m2/d。

1.4 預(yù)測時段

預(yù)測時段選取100 d、1 000 d和5 000 d三個時段。

2 預(yù)測結(jié)果及分析

本次預(yù)測未考慮吸附作用、化學(xué)反應(yīng)等因素。污染因子初始濃度取0.897 mg/L，最大入滲量為12.4 m3/d，即污染物產(chǎn)生量為11.13 g/d。矸石淋溶水最長泄漏時間為60 d，則氟化物的滲漏量為667.4 g。

當(dāng)預(yù)測結(jié)果小于檢出限值時則視同對地下水環(huán)境幾乎沒有影響。氟化物標(biāo)準(zhǔn)限值參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，檢出下限值參照《地下水環(huán)境檢測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 164—2004）附錄B，26氟化物離子色譜法，取0.02 mg/L。各指標(biāo)具體情況見表1。

表1 污染物檢出下限和標(biāo)準(zhǔn)限值 g/L

根據(jù)計算結(jié)果，矸石淋溶水泄漏100 d，氟化物沿潛水層地下水水流方向向下游的最大遷移距離為46.4 m，最大質(zhì)量濃度0.031 mg/L，無超標(biāo)范圍；矸石淋溶水泄漏1 000 d后，氟化物沿潛水層地下水水流方向向下游的最大濃度低于檢出下限值，說明1 000 d后對地下水環(huán)境幾乎沒有影響。

大氣降水的積累及矸石長時間浸泡是形成淋溶液的主要原因，也是影響周邊地下水環(huán)境的主要原因。為減輕或消除矸石堆放對周邊地下水環(huán)境的影響，相關(guān)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照《一般工業(yè)固體廢棄物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599）的要求加強(qiáng)管理，定期監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時采取相應(yīng)的措施。