矸石淋溶液中的氟化物對地下水環境的影響

李喬莎

（山西省環境保護技術評估中心，山西 太原030024）

山西是煤炭開采大省，在煤炭開采過程中，會產生大量的煤矸石[1]。煤矸石成分復雜[2]，在雨水等長期浸泡過程中，會產生大量淋溶液，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過自然循環最終進入人體，人體內氟化物含量過多，會引起骨質疏松、關節疼痛等疾病，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生的淋溶液，根據淋溶實驗結果，本次淋溶液中的氟化物質量濃度為0.897 mg/L，研究區面積為3.4 hm2。

1 預測及相關參數的確定

1.1 源強確定

在降水條件下，研究區將接受一定量的降水入滲量，當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，取當地多年平均降雨量533.9 mm；α為降水入滲率，采用項目所在區域第四系全新統砂礫石類入滲系數，其值取0.25，無量綱；F為研究區面積，約3.4 hm2。

經計算，平均降水入滲水量可達到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 預測方法

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

式中：x，y為計算點處的位置坐標；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，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數，m2/d。

1.3 預測參數確定

1）x坐標選取與地下水水流方向相同，y坐標選取與地下水水流垂直方向，以污染源為坐標零點。

2）計算時間t依據污染物在含水層的凈化時間確定。

3）根據當地水文地質資料，含水層平均厚度為30 m。

4）根據水文地質手冊，粉細砂有效孔隙度取18%。

5）場址水力坡度約為0.6%，粉細砂的滲透系數約為1 m/d[3]，水流速度為滲透系數、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）根據經驗值確定縱向彌散系數DL、橫向彌散系數DT分別為10 m2/d、1.0 m2/d。

1.4 預測時段

預測時段選取100 d、1 000 d和5 000 d三個時段。

2 預測結果及分析

本次預測未考慮吸附作用、化學反應等因素。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。

當預測結果小于檢出限值時則視同對地下水環境幾乎沒有影響。氟化物標準限值參照《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）中Ⅲ類標準，檢出下限值參照《地下水環境檢測技術規范》（HJ/T 164—2004）附錄B，26氟化物離子色譜法，取0.02 mg/L。各指標具體情況見表1。

表1 污染物檢出下限和標準限值 g/L

根據計算結果，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，最大質量濃度0.031 mg/L，無超標范圍；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境的主要原因。為減輕或消除矸石堆放對周邊地下水環境的影響，相關企業應嚴格按照《一般工業固體廢棄物貯存、處置場污染控制標準》（GB 18599）的要求加強管理，定期監測，并根據監測結果及時采取相應的措施。