王松根，蔡俊

（1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊， 安徽六安 237010；2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第一水文工程地質(zhì)勘查院， 安徽蚌埠 233000）

0 引言

淮北礦區(qū)是華東地區(qū)重要的能源基地，同時也是重要的糧食生產(chǎn)基地。臨渙礦區(qū)自1977 年開工建設(shè)以來，隨著礦區(qū)的發(fā)展，在煤炭資源開采、加工、利用過程中產(chǎn)生大量的固體廢棄物及工業(yè)廢水，固體廢棄物長期堆積、填埋以及工業(yè)廢水的不合理排放，引起周邊地下水不同程度的污染；另外煤化工企業(yè)的揚(yáng)塵、廢水排放等也會引起周邊地下水的污染。

臨渙礦區(qū)內(nèi)主要的水土污染源為煤矸石、煤泥、粉煤灰、礦井排水、工業(yè)廢水等。其中煤矸石、煤泥、粉煤灰含有對人體有害的汞、鉻、鎘、銅、砷等重金屬元素，矸石淋溶水隨地表徑流進(jìn)入水體，易污染水體。礦井排水、工業(yè)廢水產(chǎn)生的污染以懸浮物、硫酸鹽、硫化物、氟化物、細(xì)菌及重金屬為主。

重金屬可以直接進(jìn)入土壤、水體，造成各類環(huán)境要素的直接污染，也可以在土壤和水體中相互遷移，造成各類環(huán)境要素的間接污染[1]。由于重金屬十分穩(wěn)定，很難在環(huán)境中降解，只能發(fā)生各種形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化。因此，重金屬污染的消除更為困難。

本文在充分收集利用已有成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以地面調(diào)查、采樣分析為主，初步查明工作區(qū)內(nèi)淺層地下水污染現(xiàn)狀，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法，對地下水環(huán)境質(zhì)量作出初步評價，并提出臨渙礦區(qū)地下水污染治理措施。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究以淮北煤田臨煥礦區(qū)為研究對象，主要包括海孜煤礦、臨渙煤礦、童亭煤礦、楊柳煤礦、袁店一礦、五溝煤礦、孫疃煤礦和界溝煤礦共8個煤礦。臨渙礦區(qū)地處淮北平原，地勢平坦開闊，并由西北向東南微微傾斜，地面坡降約1/10000，高程為26.6～31.8m，受煤礦采空塌陷影響，局部地面塌陷并積水成湖。

研究區(qū)微地貌類型為河漫灘、河間平地、河間洼地、泛濫高地。地表巖性大部分為第四系全新統(tǒng)（Q4）土黃、灰黃及淺灰色粉砂、細(xì)砂及黏土質(zhì)砂夾2～3 層砂質(zhì)黏土及黏土組成；第四系上更新統(tǒng)（Q3）土黃、褐黃及淺黃色砂質(zhì)黏土及黏土。其中砂性土有利于污染物的滲透與遷移，而黏性土為相對隔水層，對污染物的滲透及遷移能起到一定的阻礙作用。

根據(jù)臨煥礦區(qū)地下水的賦存條件、水力特征，將地下水類型劃分為：松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、碎屑巖類裂隙水三類。其中松散巖類孔隙水按其埋藏條件、巖性組合、水力性質(zhì)等可劃分為：淺層含水層組、中深層含水層組與深層含水層組。由于淺層地下水直接接受降水和地表水的補(bǔ)給，污染源會對淺層地下水造成間接污染，因此本次研究以污染源周邊的松散巖類孔隙水中的淺層地下水為主。淺層含水層組在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，埋深在1.60～33.42m之間，含水層位為全新統(tǒng)。含水層一般發(fā)育2～3 層砂，其顆粒較細(xì)，巖性以粉砂為主，次為粉細(xì)砂，局部細(xì)砂，砂層累計厚度5～15m，最厚達(dá)22.16m。單井涌水量差異較大，一般為100～2000 m3/d。地下水為潛水—微承壓水，水位埋深一般為1～3m，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及滲水試驗結(jié)果，該區(qū)域滲透系數(shù)K為2.75×10-3～6.11×10-（4m/min），以·Ca·Mg 或·Na 型水為主。

1.2 樣品采集與測試

為探究污染源對淺層地下水的影響，在污水、廢水排放口、固體廢棄物污染源周邊水文地質(zhì)鉆孔中采取淺層地下水樣，共計8處。采樣點(diǎn)分豐水期和枯水期進(jìn)行采取，共2次，共計取樣數(shù)量16個，采樣點(diǎn)見表1、圖1。

表1 臨渙煤礦區(qū)采樣點(diǎn)一覽表Table 1. List of sampling points in Linhuan Coal Mine Area

圖1 臨渙煤礦區(qū)采樣點(diǎn)示意圖Figure 1. Schematic diagram of sampling points in the Linhuan Coal Mine Area

1.3 評價方法

1.3.1 單項污染指數(shù)法[2]

單項污染指數(shù)計算公式為：

式中：Ii為某項污染物的污染指數(shù)；Ci為單項評測組分的實測含量；C0為單項評測組分的背景值。如果對照值為區(qū)間值時，Ci值在區(qū)間內(nèi)，I=1；如果I大于區(qū)間值的最大值，或小于區(qū)間值的最小值時，分別用Ci值除以區(qū)間值的最大值或最小值。評價時以I≤1 為未污染，I＞1為污染，且I值越大，單項組分污染越重。

1.3.2 綜合污染指數(shù)法[3]

綜合污染指數(shù)計算公式為：

式中：PI表示綜合污染指數(shù)；Imax表示單項組分評分最大值；Iˉ表示單項組分評分值的平均值。

綜合污染指數(shù)分級見表2。

表2 綜合污染指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)分級Table 2. Rating of comprehensive pollution index evaluation criteria

1.4 指標(biāo)選取和對照值或背景值確定

研究區(qū)地下水屬于松散層孔隙水，本次選取溶解性總固體、氨氮、氰化物、亞硝酸鹽、Mn、As、Hg、Pb、Cd、Cr6+共計十項指標(biāo)進(jìn)行評價，評價方法采用污染指數(shù)法。地下水污染評價以地下水環(huán)境背景值為基準(zhǔn)，本次研究使用《安徽省地下水資源評價》的研究成果。該成果利用了二十世紀(jì)七八十年代的地下水水質(zhì)測試資料，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法計算淺層地下水背景值[2]。對于早期未進(jìn)行水質(zhì)測試的指標(biāo)，參考《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-1993）中的Ⅱ類水上限確定。本次地下水污染評價采用的地下水背景值見表3。

2 臨渙礦區(qū)地下水污染評價

臨渙礦區(qū)淺層地下水污染評價結(jié)果見表4。表中各區(qū)域地下水污染評價結(jié)果是根據(jù)各煤礦地下水中微量元素平均含量計算得出。

8 個研究區(qū)域共計16 個樣點(diǎn)（豐水期和枯水期）溶解性總固體單項污染指數(shù)分析結(jié)果中僅有海孜煤礦枯水期樣本為輕微污染，其余水樣單項污染指數(shù)分析結(jié)果均為未污染；氨氮對應(yīng)的單因子污染指數(shù)范圍是1.00～9.49，其中未污染樣本共9 個，污染樣本7 個，分別占樣本總數(shù)的56.25%和43.75%。同地區(qū)含量對比可以看出，豐水期氨氮含量偏高；氰化物在研究區(qū)地下水樣中含量很低，多數(shù)低于檢測線，單項指數(shù)顯示，童亭煤礦豐水期和袁店煤礦豐水期水樣為污染，其余樣本均未污染；亞硝酸鹽對應(yīng)的單項指數(shù)范圍是1.00～26.68，大部分樣本均未污染，只有袁店煤礦枯水期單項指數(shù)高達(dá)26.68；Mn的地下水樣品單項指數(shù)范圍為0.00～1.00，均屬未污染樣本；Hg、Pb、Cd三種地下水單項指標(biāo)均低于檢測線，因此對應(yīng)污染指數(shù)也均小于1；As和Cr6+在地下水樣本中部分低于檢測線，其他樣本含量也都低于對應(yīng)背景值區(qū)間，可以認(rèn)為基本未受到污染。

從綜合污染指數(shù)上看，綜合污染指數(shù)變化范圍是0.77（孫疃煤礦枯水期）～19.08（袁店煤礦枯水期），屬于未污染的樣本共計8個，輕微污染樣點(diǎn)有4個，中等污染樣點(diǎn)有2個，分別為五溝煤礦豐水期和界溝煤礦豐水期樣品；嚴(yán)重污染的樣點(diǎn)有2個，分別是楊柳煤礦豐水期和袁店煤礦枯水期。總體上看，臨渙礦區(qū)地下水處于未污染—輕微污染水平，而且枯水期水質(zhì)相對較為清潔。此外，從單項污染指數(shù)中可以看出，影響綜合污染指數(shù)的主要指標(biāo)是氨氮和亞硝酸鹽，因此可以推斷，臨渙礦區(qū)地下水污染主要影響因子是氨氮和亞硝酸鹽。

表3 安徽地下水環(huán)境背景值（mg/L）Table 3. Background value of groundwater environment in Anhui Province（mg/L）

表4 臨渙礦區(qū)淺層地下水污染評價結(jié)果Table 4. Evaluation results of shallow groundwater pollution in the Huaibei mining area

3 治理措施

（1）礦區(qū)污染的治理首先要從源頭上減少污染物的產(chǎn)生和排放，根據(jù)煤矸石和粉煤灰的不同成分，科學(xué)地開發(fā)利用可以節(jié)約能源土地，減少煤礦開采產(chǎn)生的固廢堆積能夠減少污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。固廢再利用主要包括煤矸石發(fā)電和供熱。煤矸石和粉煤灰用于制磚及公路的路基填料、邊坡防護(hù)、處理不良土質(zhì)路段和橋背填土等途徑。工業(yè)廢水和廢氣必須經(jīng)過處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)之后才能排放。

（2）臨渙礦區(qū)地下水污染主要影響因子是氨氮和亞硝酸鹽。針對該情況，可利用滲透反應(yīng)墻（PRB）技術(shù)+生物修復(fù)技術(shù)對污染場地地下水進(jìn)行原位修復(fù)。它是在污染源下游設(shè)置具有高滲透性的活性材料墻體，通過在墻體內(nèi)填充相應(yīng)的活性材料，使得氮素污染物可以被填料吸附或者被反應(yīng)墻體內(nèi)的微生物降解轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而達(dá)到去除地下水氮素污染物的目的[11]。

4 結(jié)論

本文通過系統(tǒng)的采樣和測試分析，對臨渙礦區(qū)淺層地下水進(jìn)行了污染評價，得到以下結(jié)論：

（1）臨渙礦區(qū)淺層地下水樣本中Hg、Pb、Cd 單項指標(biāo)均低于檢測線，As和Cr6+在地下水樣本中均低于對應(yīng)背景值區(qū)間，基本未受到污染。臨渙礦區(qū)地下水污染主要影響因子是氨氮和亞硝酸鹽。

（2）單項指數(shù)法和綜合指數(shù)法評價結(jié)果一致，氨氮和亞硝酸鹽的污染程度最高，其他元素基本未受污染。綜合指數(shù)法評價結(jié)果顯示，臨渙礦區(qū)地下水處于未污染-輕微污染水平，且枯水期水質(zhì)相對較為清潔。