磷石膏渣堆污染物排放量估算方法研究

尹朝陽 昝 麗 常 樂

（四川省環境保護科學研究院 四川成都 610041）

引言

磷石膏為濕法制磷酸的副產物，多呈灰白色，密度為1.2～2.45g/cm3，是一種多組分的復雜晶體，其主要成分為硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。由于磷石膏源自磷酸生產，其孔隙水呈酸性，pH值介于2～5，且含有磷化物、硫化物、氟化物和多種重金屬元素，如不妥善處理，易對環境造成污染。陳敏濤[1]等結合磷石膏污染特性與區域地質狀況，分析了磷石膏堆場對區域水環境的影響；黃堯[2]等通過野外采樣、實驗室分析等研究了磷石膏堆場周邊土壤中9種重金屬的含量與形態分布特征。

實際工作中，經常需要估算一座磷石膏渣堆一年內（或一段時間）污染物排放總量，而由于渣堆中磷石膏堆存年份各不相同，且磷石膏浸出污染物濃度受時間影響因素較大（根據課題組研究，浸出濃度呈指數衰減），因此較難計算。本文將結合磷石膏污染物釋放規律，展開污染物排放量估算方法研究與探討。

1 估算方法研究

在實際工作與實驗研究中，本文共總結出三種估算方法，詳見下文介紹。

1.1 平均法

定期對磷石膏渣堆調節池內滲濾液污染物濃度進行檢測，用一次測定結果（Ci），代表該段時間內滲濾液污染物濃度的平均值，然后根據該段時間內滲濾液產生量（Vi），計算該段時間內污染物量（Qi）后，將一年內數據進行疊加，即可得到一年內污染物排放總量。計算公式如下：

Q—磷石膏渣堆第n年污染物排放量，kg；

Vi—第i次測定的滲濾液產生量，m3；

Ci—第i次測定的滲濾液濃度，mg/L；

n—一年內（或一段時間內）滲濾液測定次數。

上述方法具有以下優點：

（1）計算簡便，與真實情況吻合度較高。

上述方法存在以下缺點：

（1）滲濾液產生量與滲濾液污染物濃度需要定期進行檢測，要求管理水平比較高；

（2）很多渣場無完善的滲濾液收集設施，調節池內僅可收集到部分滲濾液，無法準確估算排放量；

（3）由于前期檢測資料缺失，因此無法估算磷石膏渣堆前期排放量數據。

1.2 疊加法

水浸出方法是以純水為浸提劑，模擬固體廢物在特定場合中受到地表水或地下水的浸瀝，其中的有害組分浸出而進入環境的過程；酸浸方法，是以硝酸/硫酸混合溶液為浸提劑，模擬廢物在不規范填埋處置、堆存時，其中的有害組分在酸性降水的影響下，從廢物中浸出而進入環境的過程。因此水浸出液或酸浸出液中污染物濃度，可代表外界環境（酸堿）影響下，磷石膏中污染物釋放水平。可根據浸出污染物濃度，可判定磷石膏攜帶的可溶性污染物量。而在水浸出方法中，浸出液按液固比為10∶1（L/kg）制取，磷石膏浸出液污染物濃度可轉變為磷石膏攜帶的可溶性污染量。

采取不同堆存年份的磷石膏，分別測定其污染物浸出濃度（選用水浸出或酸浸出，依照當地雨水性質而定）。堆存（n-t-1）年減去堆存（n-t）年后磷石膏的浸出濃度，則可表示單位質量磷石膏堆存（n-t）年后污染物釋放量。

按照上述分析，對某一時刻t堆存至渣場的磷石膏，第n年污染物排放量可按下式計算：

Qt—第t年填埋的磷石膏到第n年的污染物排放量，t；

Mt—第t年填埋磷石膏的重量，t；

Nn-t—堆存n-t年后磷石膏污染物浸出濃度，mg/L

N0—初始磷石膏污染物浸出濃度，mg/L；

n—自磷石膏渣場運行至計算年的年數，a。

對每年填埋的磷石膏的污染物排放進行疊加，則為該座磷石膏渣堆第n年污染物的排放量，可按下式計算：

Qn—磷石膏渣堆第n年污染物排放量，t；

n—自磷石膏渣場運行至計算年的年數，a。

1.3 擬合法

由于在實際測算中，有可能無法采集到每個堆存年份的磷石膏樣品，可繪制堆存時間與磷石膏浸出濃度的曲線，并進行數值模擬，建立以時間為變量的模型函數，結合疊加法中的公式即可得下述計算公式：

2 實例計算

某磷石膏渣堆處于運行階段第6年，前五年每年磷石膏堆存量依次為：30、30、26、24、20 萬 t，由于渣場管理原因，無法分辨某些廢渣的堆存年份，因此只采取了新鮮磷石膏、堆存兩個月、半年、兩年、五年的磷石膏，并得到了浸出數據（水浸），詳見表2，求運行至第6年時該座渣堆的污染物釋放量（F、P）。

（1）根據已有年份磷石膏浸出數據，針對F、P，分別建立以時間為變量的模型函數，然后求出空白年份的污染物浸出濃度，詳見下表。

（2）將已知數據代入公式二中，求得第t年填埋的磷石膏到第6年的污染物排放量Qt。

（3）將前五年數據進行加和，即可得到該渣堆第6年的污染物排放量Qn。

表2 磷石膏中污染物釋放規律

表3 磷石膏渣堆污染物釋放量計算表

結語

通過對磷石膏廢渣污染物釋放規律的研究，總結出了三種不同的渣堆污染物排放量估算方法，并可根據實際情況進行選擇。且由于大多數固體廢物渣堆或填埋場具有相似性，因此上述方法還可推廣到到其它類型固廢渣堆或填埋場中應用。