赤泥堆場污染物對地下水環境的影響研究

2020-01-09 06:55:38

水資源開發與管理 2019年12期

(合肥工業大學，安徽合肥 230009)

隨著現代社會的進步和發展，地下水污染的防治成為環境污染防治的重點之一。氧化鋁廠產生的赤泥，由于其特殊性，需要進行堆填處理，而赤泥具有強堿性，如果處理不當，其滲濾液將對地下水環境產生很大影響。本文結合遵義氧化鋁廠實例對赤泥堆場所在區域的地下水環境影響進行研究，并得出相關結論，可為相似條件的地下水環境影響評價提供參考。

1 研究區概況

遵義氧化鋁廠赤泥堆場場區為低山溶丘槽谷地貌，總體呈西高東低之勢，地勢較平緩。場區內最高點位于東側山頂，海拔高程885.3m，最低點位于西側洼地處，海拔高程789.8m。谷地相對高差約15.0m。

區域地層分區為揚子地層區黔北地層分區，區內分布有第四系及中下三疊統、二疊系、中上寒武統，缺失石炭系、泥盆系、志留系。構造處于黔北鳳風北東“S”形構造變形區，區內背斜、向斜多作等勢發育，背斜軸部常出露寒武系，向斜核部多保存三疊系。褶皺一般長10～100km，寬10km，與褶皺配套的走向斷層較發育。

播州區屬于亞熱帶季風濕潤氣候類型，具有氣候溫和、多云寡照、四季分明、雨水集中，冬無嚴寒、夏無酷暑等氣候特征。地下水主要受大氣降水補給，次為溪溝、水庫等地表水補給。降水和地表水通過溶隙、溶洞、落水洞等補給地下水。

區域上廣泛分布三疊紀、二疊紀及寒武紀可溶巖地層，其間夾多層諸如龍潭組泥頁巖、粉砂巖等碎屑巖巖層，受構造控制，區內地層呈北東—南西方向延伸?？扇軒r地層巖性硬脆，裂隙發育，場地所在的云貴高原烏江中游新構造運動強烈上升區，地形起伏大，第四系僅分布于局部的谷地、巖溶洼地、山地的斜坡，分布零星，厚度薄。區域氣候溫暖濕潤，降水充沛，烏江河流深切，地下水交替強烈，巖溶發育。三疊系中下統、二疊系中統厚層塊狀質純灰巖巖溶發育以管道狀、地下暗河為主，寒武系中上統白云巖巖溶發育以溶隙、溶洞為主，地下水分布極不均勻，主要集中于可溶巖地層的溶洞、巖溶管道、碳酸鹽巖裂隙溶洞水含水巖組，包括寒武系中上統婁山關組，二疊系中統茅口組、棲霞組，三疊系下統夜郎組第一、二段、茅草鋪組，中統獅子山組。巖性以灰巖、白云巖為主，地表落水洞、巖溶洼地，地下巖溶管道、地下溶洞發育，地下水主要賦存于巖溶裂隙、溶洞、巖溶管道中，富水性中至強。

地質構造控制著地層巖性與地貌分布，從而控制著地下水徑流、排泄。區域上褶皺軸向呈北東向，碳酸鹽巖地層與碎屑巖地層相間部分布，碳酸鹽巖裂隙巖溶發育，含較豐富的裂隙溶洞水，碎屑巖裂隙不發育，起到隔水層作用，裂隙巖溶含水層各自形成基本獨立的巖溶地下水系統。地下水徑流通道為溶隙、溶洞和巖溶管道。巖溶水呈階梯狀向谷地進行集中排泄，地下暗河等大水量地下水排泄點，多在烏江峽谷排泄，烏江是區域上的最低排泄基準面。

2 模型構建

2.1 模型準備

2.1.1 監測孔布設

根據地下水流場以及研究區的地形地貌和周圍環境，布設地下水水質監測點共17個，其中6個水質點兼做水位點(1、2、3、4、5、6號)，監測點分布于研究區的上中下游，詳細位置見圖1。

2.1.2 水質樣品采集

按照《地下水環境監測技術規范》(HJ/T 164—2004)要求，現場采樣，枯水期采用普通瓶取樣，平水期、豐水期通過純凈水塑料瓶采集水樣，采集完水樣立即送回實驗室檢測。

2.1.3 監測因子

根據《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)、《地下水環境監測技術規范》(HJ/T 164—2004)，結合《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)和項目污染特征因子考慮，地下水現狀監測因子選取pH值、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發酚類、氰化物、砷、汞、六價鉻、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、大腸菌群、細菌總數、高錳酸鹽指數共21項。

2.1.4 環境水文地質勘察與試驗

通過現場水文地質勘察抽水試驗，可以確定相關水文地質參數，為地下水環境影響評價數值模擬計算提供背景資料和輸入參數等。

赤泥堆場第四系土層均較薄，僅在洼地內存在 0～10m土層，在廠區西北側漏斗內選取3個點，赤泥

圖1 水質監測點及泄漏點位置圖

堆場的西側洼地內選取3個點做滲水試驗，得到的數據統計見表1。

表1 滲水試驗及土樣分析結果統計

2.2 建立模型

2.2.1 模型參數

赤泥堆場內廢液總堿度高，且含有鋁、砷、氟化物、硫酸鹽等多種污染因子，一旦庫底發生泄漏，庫內赤泥及其廢液將泄露至地下水中，進而影響庫區及其下游地下水環境。赤泥堆場內滲濾液滲漏，可能造成下游地下水中懸浮物、氟化物、pH值等超標。由于氟化物對于污染響應最明顯，故本次模擬的預測因子選擇氟化物。

結合項目工程場地水文地質條件和潛在污染源的特征，地下水影響預測采用一維穩定流動二維水動力彌散解析解方程——平面連續點源模型。其解析解為

(1)

2.2.2 泄漏場景

a.模擬情景設置為在有防滲條件下，赤泥沉降區圍堰底部破損5%發生泄漏情景下污染物運移，根據赤泥堆場平面布置圖確定泄漏點位置,見圖1。

b.根據同類赤泥堆場監測的數據，污水中選擇的污染物指標氟化物指數濃度為14mg/L，赤泥含水率為41.7%。

在項目廠區四周均設置了觀測井，每季度手動監測1次，通過地下水質量監測系統可監測污染物濃度變化以及及時發現污染物泄漏。在防滲層底部破損的情況下，根據每天通過防滲層流失最大庫容含水量的5%進行模擬，赤泥堆場最大庫容2699.44萬m3，故污染物泄露濃度為2699.44萬m3×5%×14mg/L×41.7%=78.7967kg/d。

c.溶質運移模型參數設置。M：根據水文地質資料，項目含水層厚度約為20m；水流速度u：根據經驗值，滲透系數為0.6m/d。地下水實際流速計算參數見表2。