李素萍 ，許 華 ，張繼芳 ，李順濤

(1.焦作煤業(yè)(集團(tuán))開(kāi)元化工有限責(zé)任公司 ，河南 焦作 454190;2.焦作煤業(yè)(集團(tuán))合晶科技有限責(zé)任公司 ，河南 焦作454000;3.焦作市安捷化工裝備有限公司，河南焦作 454000)

焦作市地下水資源的潛在危機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)。隨著“工業(yè)強(qiáng)市”戰(zhàn)略的實(shí)施、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，水資源作為戰(zhàn)略資源將會(huì)成為可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。在采取各種措施開(kāi)源節(jié)流，增加水資源，優(yōu)化水資源配置的同時(shí)，開(kāi)展地下水污染防治，避免出現(xiàn)地下水的水質(zhì)危機(jī)而加劇水資源危機(jī)，已成當(dāng)務(wù)之急。地下水安全性研究是保護(hù)地下水環(huán)境工作的基礎(chǔ)。

1 污染物及污染物潛力的模擬試驗(yàn)

本模擬試驗(yàn)?zāi)M污染源所在地的地質(zhì)條件。受試介質(zhì)有固體廢物、土壤和巖石碎屑等，討論污染物的釋放、遷移及轉(zhuǎn)化趨勢(shì)。淋濾試驗(yàn)?zāi)M廢液或降水下滲過(guò)程中污染物的釋放或遷移趨勢(shì)。根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)確定淋濾液、柱體填充介質(zhì)、淋濾強(qiáng)度和取樣間隔等試驗(yàn)參數(shù)［1］。

本文試驗(yàn)為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，是假定廢水在輸送過(guò)程中發(fā)生管道泄漏，廢水直接進(jìn)入奧陶紀(jì)石灰?guī)r，污染巖溶地下水。通過(guò)模擬其廢水水樣，分析對(duì)地下水產(chǎn)生較大影響的可能性，采用淋濾試驗(yàn)。我們選取的疑似污染源企業(yè)有某飲品有限責(zé)任公司和個(gè)體鉻鋼渣洗選廠。

2 室內(nèi)模擬試驗(yàn)

2.1 介質(zhì)的采取和制備

本模擬試驗(yàn)采用淋濾試驗(yàn)。廠址所在基地自上而下為薄層第四紀(jì)黏土堆積物、厚層狀中奧陶石灰?guī)r。取工地上的石料作為淋濾介質(zhì)。破碎后經(jīng)過(guò)不同粒徑的篩子篩分。粗粒徑為2～4 mm;中粒徑為1～2 mm;細(xì)粒徑為0.5～1 mm。

淋濾試驗(yàn)采用的淋濾柱為PVC管材，直徑為7.5 cm，高100 cm。淋濾試驗(yàn)中淋濾柱內(nèi)自上而下填充物為:石灰石(粒徑＜1 mm)填充34 cm，石灰石(粒徑1～2 mm)填充33 cm，石灰石(粒徑 ＞2 mm)填充33 cm，用模擬排放廢水水樣淋濾。淋濾速度控制在1 mL/min左右。

圖1為試驗(yàn)裝置的示意圖。

圖1 淋濾試驗(yàn)裝置示意圖

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析過(guò)程

2.2.1 pH值隨時(shí)間變化的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，模擬水樣的pH值經(jīng)過(guò)8 h的淋濾后由開(kāi)始的4.29升高到7.39，從酸性變?yōu)槿鯄A性，而在8～24h 這段時(shí)間內(nèi)大體經(jīng)過(guò)了一段平穩(wěn)緩慢的降低過(guò)程，緊接著呈緩慢上升趨勢(shì)。在整個(gè)淋濾試驗(yàn)過(guò)程中pH值的最小值出現(xiàn)在淋濾24 h后，為7.21;最大值出現(xiàn)在淋濾224 h后，為8.19。

從以上分析可以看出，該公司廢水在事故狀態(tài)下，初期酸性廢水將影響巖溶水的pH值，隨時(shí)間推移穩(wěn)定在8左右，影響程度逐漸降低。

2.2.2 COD值隨時(shí)間變化的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，模擬水樣的COD值從開(kāi)始的1 064 mg/L經(jīng)過(guò)16 h的淋濾升高到1 224 mg/L，到72 h時(shí)已經(jīng)下降到520 mg/L，而在80 h時(shí)又有了微小的升高，為580 mg/L，直到144 h達(dá)到310 mg/L，此后大體呈平穩(wěn)趨勢(shì)。在整個(gè)淋濾試驗(yàn)過(guò)程中COD的最小值出現(xiàn)在淋濾188 h后，為305 mg/L;最大值出現(xiàn)在淋濾16 h后，為1 224 mg/L。從分析結(jié)果看，該公司事故狀態(tài)下，廢水進(jìn)入鳳凰山斷層后，無(wú)論是前期還是后期，均污染地下水。

2.2.3 氨氮值隨時(shí)間變化產(chǎn)生的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，模擬水樣的氨氮值在淋濾16 h內(nèi)，基本無(wú)變化，之后總體呈緩慢上升趨勢(shì)，至188 h時(shí)達(dá)到45.51 mg/L，從188～212 h呈下降趨勢(shì)。整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷了先升高后降低的過(guò)程，但是總體上變化不大。同地下水Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中NH3—N≤0.2 mg/L對(duì)比可知，該公司事故狀態(tài)下，NH3—N量嚴(yán)重超標(biāo)，廢水進(jìn)入鳳凰山斷層后，無(wú)論是前期還是后期，均污染地下水。

2.2.4 總硬度隨時(shí)間變化產(chǎn)生的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在開(kāi)始的16 h，總硬度迅速升高至633 mg/L，之后呈下降趨勢(shì)，56 h降至350 mg/L，直至224 h后呈平穩(wěn)狀態(tài)。同地下水Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中總硬度≤450 mg/L對(duì)比可知，該公司事故狀態(tài)下，廢水進(jìn)入鳳凰山斷層后，開(kāi)始污染地下水，隨時(shí)間推移，污染逐漸減小。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知:對(duì)鳳凰山斷層附近疑似污染源企業(yè)污染物及污染物潛力的模擬試驗(yàn)中，某飲品有限責(zé)任公司排放的廢水，在事故排放下(在輸送過(guò)程中如發(fā)生管道泄漏)，滲入地下水，通過(guò)水巖作用，污染地下水。其中pH值和總硬度影響不大，而氨氮和化學(xué)需氧量嚴(yán)重超標(biāo)。該企業(yè)存在污染巖溶地下水的隱患，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)評(píng)提出的防滲、防事故排放措施，制定事故排放的風(fēng)險(xiǎn)防治預(yù)案，加強(qiáng)水處理和輸送管道的管理，預(yù)防對(duì)巖溶地下水的污染。

2.3 含鉻廢水淋濾試驗(yàn)

本人參與研究了位于鳳凰山斷層北部的焦作市某建材有限公司和斷層帶上的三個(gè)個(gè)體鉻鋼渣洗選場(chǎng)的鉻鋼渣對(duì)巖溶地下水的影響。經(jīng)過(guò)400 h的試驗(yàn)時(shí)間，取得含鉻廢水淋濾試驗(yàn)樣品31個(gè)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)檢測(cè)和科學(xué)計(jì)算后，如圖2～7所示。

2.3.1 含鉻污水淋濾試驗(yàn)pH值變化曲線比較

根據(jù)含鉻污水淋濾液的pH值檢測(cè)結(jié)果，在Excel表中繪制出含鉻污水淋濾試驗(yàn)pH值變化曲線如圖2所示。

圖2 含鉻污水淋濾試驗(yàn)pH值變化曲線圖

由圖2可看出含鉻污水在最初淋濾的24 h淋濾液pH值下降很快。從第32 h開(kāi)始淋濾液pH值開(kāi)始逐漸上升，到第304 h升至峰值7.94，之后pH值略有下降，到第376 h達(dá)到7.82并穩(wěn)定至試驗(yàn)結(jié)束。按照我國(guó)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)中，pH 值為6.5～8.5，則含鉻污水淋濾試驗(yàn)在整個(gè)試驗(yàn)未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)地下水造成影響。

2.3.2 含鉻污水淋濾試驗(yàn)總硬度變化曲線比較

根據(jù)含鉻污水淋濾液的總硬度檢測(cè)結(jié)果，在Excel表中繪制出含鉻污水淋濾試驗(yàn)總硬度變化曲線如圖3所示。

圖3 含鉻污水淋濾試驗(yàn)總硬度變化曲線圖

如圖3可以看出，含鉻污水在淋濾實(shí)驗(yàn)中總硬度在淋濾最初的8 h內(nèi)迅速升高由原始水樣的1572.296mg/L上升到淋濾液第8h的2428.815 mg/L。之后總硬度開(kāi)始下降，到第40 h下降為1 841.020 mg/L，之后總體保持平穩(wěn)略有波動(dòng)，第280 h出現(xiàn)峰值1 907.562 mg/L，之后總硬度略有下降，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)總硬度為1 901.562 mg/L。我國(guó)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于總硬度的規(guī)定為小于等于450 mg/L(以CaCO3計(jì))，淋濾液在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中始終超標(biāo)。

2.3.3 含鉻污水淋濾試驗(yàn)六價(jià)鉻變化曲線比較

采用鉻酸鋇光度法，利用分光光度計(jì)，得到含鉻污水淋濾液六價(jià)鉻校準(zhǔn)曲線如圖4所示。

圖4 含鉻污水淋濾液六價(jià)鉻校準(zhǔn)曲線

根據(jù)含鉻污水淋濾液的六價(jià)鉻檢測(cè)結(jié)果，在Excel表中繪制出含鉻污水淋濾試驗(yàn)六價(jià)鉻變化曲線如圖5所示。

圖5 含鉻污水淋濾試驗(yàn)六價(jià)鉻變化曲線圖

由圖5可看出含鉻污水在整個(gè)淋濾試驗(yàn)過(guò)程中淋濾液六價(jià)鉻濃度始終低于0.01 mg/L，低于我國(guó)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－93)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于六價(jià)鉻的規(guī)定為小于等于0.05 mg/L，因此在整個(gè)淋濾試驗(yàn)過(guò)程中六價(jià)鉻始終不超標(biāo)。

2.3.4 含鉻污水淋濾試驗(yàn)總鉻變化曲線比較

采用火焰原子吸收法，利用原子吸收分光光度計(jì)，得到含鉻污水淋濾液總鉻校準(zhǔn)曲線和變化見(jiàn)圖6、7 所示。

圖6 含鉻污水淋濾液總鉻校準(zhǔn)曲線

圖7 含鉻污水淋濾試驗(yàn)總鉻變化曲線圖

由圖6可以看出，含鉻污水在整個(gè)淋濾過(guò)程中淋濾液總鉻濃度均不超過(guò)原含鉻污水總鉻濃度，即0.012 1 mg/L。

由圖7可看出含鉻污水在經(jīng)過(guò)了8 h的淋濾后總鉻含量下降很快由原來(lái)的0.012 1 mg/L下降為0.00514mg/L，說(shuō)明大量的鉻被石灰石吸附。第8 h后淋濾液總鉻含量保持在0.005 mg/L左右，直至第232 h繼續(xù)下降至0.002 mg/L并保持在這個(gè)濃度左右，直至試驗(yàn)結(jié)束。所以經(jīng)過(guò)232 h淋濾后該含鉻污水不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生影響，但是如果淋濾時(shí)間小于232 h則含鉻污水可能會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生影響。

根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的分析可知:含鉻污水在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中淋濾液的pH值不超標(biāo);總硬度在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中始終超標(biāo)，且超標(biāo)量大，可能會(huì)使巖溶地下水硬度增加;六價(jià)鉻含量不超標(biāo);淋濾液在232 h前總鉻含量較大，可能會(huì)產(chǎn)生大量六價(jià)鉻從而污染地下水，232 h后含量變小，不會(huì)污染地下水。

總之，通過(guò)對(duì)焦作西部工業(yè)聚集區(qū)地下水安全性研究，評(píng)價(jià)地下水潛在的易污染性，進(jìn)行地下水的敏感性分區(qū)，為西部工業(yè)聚集區(qū)地下水資源的開(kāi)發(fā)利用和社會(huì)活動(dòng)中，采取有效的防治措施，以確保地下水資源的可持續(xù)利用。

［1］保羅·克魯格曼.地理和貿(mào)易［M］.北京:北京大學(xué)出版社，中國(guó)人民大學(xué)出版社 ，2000，5.