煤矸石堆放地周邊地下水環(huán)境污染特性及評價

煤矸石堆放地周邊地下水環(huán)境污染特性及評價梁宏偉【期刊名稱】《《江西煤炭科技》》【年(卷)，期】2019(000)004【總頁數(shù)】5頁(P79-83)【關(guān)鍵詞】煤砰石;地下水環(huán)境;污染特性;水質(zhì)分析評價【作者】梁宏偉【作者單位】福建省121地質(zhì)大隊福建龍巖364021【正文語種】中文【中圖分類】X523煤砰石作為煤礦開采和加工過程中產(chǎn)生的固體物質(zhì)，是我國目前排放量和累計存在量最大的工業(yè)廢棄物之一。露天堆放的煤砰石不僅侵占林地、耕地和居民用地，造成土地資源的浪費；破壞自然景觀及局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境；自燃時釋放出來的CO2、SO2及氮氧化物等氣體嚴重污染礦區(qū)空氣；特別是在長期風(fēng)化、淋溶作用下，煤砰石會釋放大量可交換態(tài)的微量有害元素，污染周圍的土壤和水體，嚴重威脅礦區(qū)居民的健康與安全。煤砰石淋濾液中含有多種有毒有害元素，對地下水造成污染后，往往由于污染源無色無味難以辨認、含水層自身凈化時間長效果差、地下水運移污染面積擴大等多種因素導(dǎo)致難以有效治理。對煤砰石堆場周邊地下水的保護必須得到重視。1地質(zhì)及水文地質(zhì)特征研究區(qū)位于寧武煤田軒崗礦區(qū)北部，沉積地層由老到新依次為奧陶系中統(tǒng)上下馬家溝組（O2s+x）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、第四系中上更新統(tǒng)（Q2+3）、全新統(tǒng)（Q4），區(qū)域構(gòu)造位置處于寧武靜樂塊坳東部，主干構(gòu)造為寧武向斜，主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組，主要含水層包括奧陶系中統(tǒng)上下馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、太原組砂巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、上下石盒子組砂巖裂隙含水層及第四系松散層孔隙含水層。表1包氣帶防污性能分級分級包氣帶巖土的滲透性能強巖（土）層單層厚度Mb>1.0m,滲透系數(shù)K<1x10-6cm/s，且分布連續(xù)、穩(wěn)定中巖（土）層單層厚度0.5m<Mb<1.0m,滲透系數(shù)K<1x10-6cm/s，且分布連續(xù)、穩(wěn)定巖（土）層單層厚度Mb>1.0m,滲透系數(shù)1x10-6cm/s<K<1x10-4cm/s，且分布連續(xù)、穩(wěn)定弱巖（土）層不滿足上述〃強”和〃中”條件煤砰石堆場啟用于2014年，周邊2km內(nèi)無工業(yè)區(qū)及居民生活區(qū)。主要來源有開采煤層中的夾砰、巖石巷道掘進產(chǎn)生以及煤炭洗選時產(chǎn)生的煤砰石。2包氣帶防污染能力試驗煤砰石堆放場地松散層主要是第四系中上更新統(tǒng)沉積形成的粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土、砂礫石層。為了確定包氣帶土層的垂向滲透系數(shù)，在煤砰石堆場周圍均勻布置8點（見圖1）,于2017年4月開展包氣帶雙環(huán)滲透試驗測試包氣帶防污染物滲透能力。試驗方法參考SL345-2007《水利水電工程注水試驗規(guī)程》及SL166-2010《水利水電工程坑探規(guī)程》。依據(jù)HJ610-2016《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》包氣帶巖（土）標準劃分防污等級表（見表1）,利用滲透試驗所得參數(shù)判斷包氣帶防污能力。圖1雙環(huán)滲透試驗布置由煤砰石堆場包氣帶現(xiàn)場雙環(huán)滲透試驗結(jié)果（見表2）可知，該區(qū)域包氣帶垂向滲水系數(shù)介于1.37x10-4~5.54x10-3cm/s之間，平均1.39x10-3cm/s。由包氣帶防污性能分級表可知，煤砰石堆場包氣帶防污能力級別為弱。表2煤砰石堆場現(xiàn)場滲水試驗結(jié)果編號SH-1試驗方法雙環(huán)注水試驗結(jié)果/（cm/s）3.16x10-4SH-2雙環(huán)注水5.54x10-3SH-3雙環(huán)注水1.37x10-4SH-4雙環(huán)注水1.09x10-3SH-5雙環(huán)注水2.46x10-3SH-6雙環(huán)注水3.20x10-4SH-7雙環(huán)注水7.12x10-4SH-8雙環(huán)注水5.45x10-43地下水質(zhì)量評價3.1地下水水質(zhì)監(jiān)測分析評價為詳細了解煤砰石堆場的地下水水質(zhì)狀況，在其周圍區(qū)域共設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測點10個（見圖2）。分別在一個連續(xù)水文年豐水期內(nèi)（2017年7月）、枯水期內(nèi)（2016年12月）進行取樣化驗，并分析評價。主要監(jiān)測項目包括PH、總硬度、溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物、鐵、錳、鉻（六價）、鉛、碑、鎘、汞、氰化物、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)性酚類、總大腸菌群及菌落總數(shù)共21項指標，以反映煤砰石堆場周邊地下水主要水質(zhì)問題。圖2煤砰石堆場地下水水位埋深等值線（1）地下水監(jiān)測項目豐水期常見指標分析與評價根據(jù)對煤砰石堆場豐水期水質(zhì)化驗結(jié)果分析，得出地下水監(jiān)測項目的最大值、最小值、均值及標準差（見表3）。表3煤砰石堆場豐水期水質(zhì)分析監(jiān)測項目監(jiān)測點最大值最小值均值標準差山類標準pH8.117.347.590.176.5~8.5總硬度740.9515.78331.22209.16450溶解性總固體1136282598.02237.41000Cl-125.68.4837.5240.04250SO42-441.2728.74136.76130.42250NH4+〈0.02〈0.02〈0.020.5NO3-69218.1822.2620NO2-0.21〈0.040.090.071F-0.890.10.520.21Fe〈0.02〈0.02〈0.020.3Mn〈0.005〈0.005〈0.0050.1Cr6+0.0950.0680.0810.010.05監(jiān)測項目監(jiān)測點最大值最小值均值標準差B類標準Pb〈0.038〈0.038〈0.0380.01As〈0.05〈0.05〈0.050.01Cd〈0.001〈0.001〈0.0010.005Hg〈0.0001〈0.0001〈0.00010.001氰化物〈0.004〈0.004〈0.0040.05氰化物〈0.004〈0.004〈0.0040.05高錳酸鹽指數(shù)0.980.540.720.163揮發(fā)性酚類〈0.002〈0.002〈0.0020.002總大腸菌群〈2〈2〈23菌落總數(shù)4419276.11100依據(jù)6日/丁14848-2017《地下水質(zhì)量標準》中地下水質(zhì)量分類指標可知，煤砰石堆場豐水期水質(zhì)監(jiān)測項目中，評價因子Cr6+、Pb、As不滿足B類標準。由各監(jiān)測項目質(zhì)量類別分別確定單項組分評價分值Fi（不包括細菌學(xué)指標），將各監(jiān)測項目單項組分評價分值代入公式（1）、（2），計算得出F值劃分地下水質(zhì)量級別（見表4）。式中：為各單項組分評分值Fi的平均值；Fmax為單項組分評價分值Fi中的最大值；n為項數(shù)。表4Fi、F取值分類單項組分評分分值類別Fi地下水質(zhì)量類別FI0<0.80級別優(yōu)良口0.80~2.50良好山32.50-4.25較好1IV64.25-7.20較差V10〉7.20極差通過分析得出煤砰石堆場豐水期水質(zhì)監(jiān)測項目單項組分質(zhì)量類別及評分分值（見表5）。表5煤砰石堆場豐水期水質(zhì)監(jiān)測項目監(jiān)測項目質(zhì)量類別FipHI0總硬度B3溶解性總固體B3Cl-I0SO42-H1NH4+I0NO3-B3NO2-H1F-I0FeI0監(jiān)測項目質(zhì)量類別FiMnI0Cr6+V6PbV6AsV6CdH1HgI0氰化物II1高錳酸鹽指數(shù)I0揮發(fā)性酚類B3總大腸菌群I0菌落總數(shù)I0將各監(jiān)測項目單項組分評價分值代入公式（1）、（2），得F=4.427，可知煤砰石堆場豐水期地下水質(zhì)量評價結(jié)果為較差。（2）地下水監(jiān)測項目枯水期常見指標分析與評價根據(jù)對煤砰石堆場枯水期質(zhì)化驗結(jié)果分析，得出地下水監(jiān)測項目的最大值、最小值、均值及標準差（見表6）。表6煤砰石堆場枯水期水質(zhì)分析監(jiān)測點最大值最小值均值標準差B類標準pH8.287.527.780.196.5~8.5總硬度762.2618.68338.43208.01450溶解性總固體1167292567.83277.941000監(jiān)測項目Cl-140.9911.3644.3739.24250SO42-446.6935.44141.96131.88250NH4+〈0.02〈0.02〈0.020.5NO3-75421.9824.4520NO2-0.22〈0.040.10.061F-1.020.340.640.211Fe〈0.02〈0.02〈0.020.3Mn〈0.005〈0.005〈0.0050.1Cr6+0.0990.0740.0860.010.05Pb〈0.036〈0.036〈0.0360.01As〈0.05〈0.05〈0.050.01Cd〈0.001〈0.001〈0.0010.005Hg〈0.0001〈0.0001〈0.00010.001氰化物〈0.002〈0.002〈0.0020.05高錳酸鹽指數(shù)1.110.70.950.133揮發(fā)性酚類〈0.002〈0.002〈0.0020.002總大腸菌群〈2〈2〈23菌落總數(shù)4322316.95100依據(jù)6日/丁14848-2017《地下水質(zhì)量標準》中地下水質(zhì)量分類指標可知，煤砰石堆場枯水期水質(zhì)監(jiān)測項目中，評價因子中NO3-、Cr6+、Pb、As不滿足B類標準。通過分析得出煤砰石堆場枯水期水質(zhì)監(jiān)測項目單項組分質(zhì)量類別及評分分值（見表7）。表7煤砰石堆場枯水期水質(zhì)監(jiān)測項目監(jiān)測項目pH質(zhì)量類別FiI0總硬度溶解性總固體m3Cl-I0SO42-n1NH4+I0NO3-IV6NO2-II1F-I0FeI0MnI0Cr6+V6PbV6AsV6CdI1HgI0氰化物I1I0B3高錳酸鹽指數(shù)揮發(fā)性酚類m3總大腸菌群I0菌落總數(shù)I0將各監(jiān)測項目單項組分評價分值代入公式（1）、（2），得F=4.461，可知煤砰石堆場枯水期地下水質(zhì)量評價結(jié)果為較差。3.2指數(shù)法評價地下水水質(zhì)依據(jù)HJ610-2016《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》采用標準指數(shù)法對地下水水質(zhì)進行評價。標準指數(shù)〉1，表明該水質(zhì)因子已超過了規(guī)定的水質(zhì)標準，指數(shù)值越大，超標越嚴重。標準指數(shù)計算公式分為以下兩種情況：（1） 對于評價標準為定值的水質(zhì)因子，其標準指數(shù)計算公式：式中：Pi為第i個水質(zhì)因子的標準指數(shù)，無量綱；Ci為第i個水質(zhì)因子的監(jiān)測濃度值，mg/L；Csi為第i個水質(zhì)因子的標準濃度值，mg/L。（2） 對于評價標準為區(qū)間值的水質(zhì)因子（如PH值），其標準指數(shù)計算公式：式中：PpH為pH的標準指數(shù)，無量綱；pH為pH的監(jiān)測值；pHsu為標準中pH的上限值；pHsu為標準中pH的下限值。a、指數(shù)法評價煤砰石堆場豐水期地下水水質(zhì)根據(jù)指數(shù)評價煤砰石堆場豐水期地下水水質(zhì)原則方法，計算各監(jiān)測項目單項組分標準指數(shù)（見表8）。表8煤砰石堆場豐水期監(jiān)測項目標準指數(shù)監(jiān)測項目pH平均值標準濃度標準指數(shù)7.596.5-8.50.39總硬度溶解性總固體598.0210000.60Cl-37.522500.15SO42-136.762500.55NH4+〈0.020.5〈0.04NO3-18.18200.91NO2-0.0910.09F-0.5210.52Fe〈0.020.3〈0.07Mn〈0.0050.1〈0.05Cr6+0.0810.051.62Pb〈0.0380.01〈3.8As〈0.050.01〈5Cd〈0.0010.005〈0.2Hg〈0.00010.001〈0.1氰化物〈0.0040.05〈0.08高錳酸鹽指數(shù)0.7230.24揮發(fā)性酚類〈0.0020.002〈1總大腸菌群〈23〈0.67331.224500.74菌落總數(shù)271000.27由指數(shù)評價法可知，煤砰石堆場豐水期地下水水質(zhì)，評價因子中Cr6+、Pb、As不同程度的超標。b、指數(shù)法評價煤砰石堆場枯水期地下水水質(zhì)根據(jù)指數(shù)評價煤砰石堆場枯水期地下水水質(zhì)原則方法，計算各監(jiān)測項目單項組分標準指數(shù)（見表9）。表9煤砰石堆場枯水期監(jiān)測項目標準指數(shù)監(jiān)測項目pH平均值標準濃度標準指數(shù)7.786.5-8.50.52總硬度溶解性總固體567.8310000.57Cl-44.372500.18SO42-141.962500.57NH4+〈0.020.05〈0.4NO3-21.98201.099NO2-0.110.1F-0.6410.64Fe〈0.020.3〈0.07Mn〈0.0050.1〈0.05338.434500.75監(jiān)測項目平均值標準濃度標準指數(shù)Cr6+0.0860.051.72Pb〈0.0360.01〈3.6As〈0.050.01〈5Cd〈0.0010.005〈0.2Hg〈0.00010.001〈0.1氰化物〈0.0020.05〈0.04高錳酸鹽指數(shù)0.9530.32揮發(fā)性酚類〈0.0020.002〈1總大腸菌群〈23〈0.67菌落總數(shù)311000.31由指數(shù)評價法可知，煤砰石堆場枯水期地下水水質(zhì)，評價因子中NO3-、Cr6+、Pb、As不同程度的超標。3.3煤砰石堆場周邊地下水中Cr6+含量空間分布變化Cr6+具有較強的毒性，含量超標的監(jiān)測項目中以Cr6+為例分析煤砰石堆場對Cr6+的空間分布影響。分別對豐水期、枯水期，以煤砰石堆場為中心500m范圍內(nèi)SZ-1-SZ-4監(jiān)測點，與500m范圍外SZ-5~SZ-10監(jiān)測點Cr6+的平均濃度對比分析，知Cr6+的濃度在平面上離砰石堆越近則含量越高。分別對豐水期、枯水期，以煤砰石堆場地下水水位埋深10m為界（見圖2）,水位埋深10m以上SZ-1、SZ-3、SZ-4、SZ-5、SZ-10監(jiān)測點，與水位埋深10m以下SZ-2、SZ-6、SZ-7、SZ-8、SZ-9監(jiān)測點Cr6+的平均濃度對比分析，知Cr6+的濃度在垂向上地下水位埋深越淺則含量越高（見圖3）。圖3Cr6+空間分布變化4結(jié)語1） 煤砰石堆場包氣帶巖性主要為粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土、砂礫石層等滲透系數(shù)較小的第四系沉積物，通過雙環(huán)滲透試驗，知包氣帶防污能力弱，且一旦存在污染，嚴重影響煤砰石堆場周邊地區(qū)地下水質(zhì)量。2） 對煤砰石堆場周邊10個地下水水質(zhì)監(jiān)測點在連續(xù)一個水文年的豐水期及枯水期進行取樣化驗，分析評價后得出煤砰石堆場地下水質(zhì)量評價級別為較差；各監(jiān)測點21項評價因子中豐水期Cr6+、Pb、As的含量不能滿足《地下水質(zhì)量標準》中的B類標準，枯水期、Pb、As的含量不能滿足《地下水質(zhì)量標準》中的B類標準;煤砰石堆場周邊地下水中Cr6+的濃度在平面上離砰石堆越近含量越高，在垂向上地下水位埋深越淺含量越高。3） 為減小砰石淋濾釋放的有害物質(zhì)對當(dāng)?shù)赝寥兰暗叵滤斐傻奈廴荆瑧?yīng)盡量選擇在透水性差，包氣帶防污能力強，裂隙不發(fā)育的基巖、粘土層、亞粘土層及潛水位埋深較大的場地堆放煤砰石；同時在底部鋪設(shè)人工隔水層，設(shè)置排水溝及沉淀池，污水經(jīng)處理達標后排放。對已經(jīng)產(chǎn)生污染的地區(qū)，應(yīng)選擇針對清除目標污染物的試劑投入含水層，分解有害物質(zhì)。建立地下水水質(zhì)長期監(jiān)測站，保證用水安全。【相關(guān)文獻】[1]DaSilvaEF’ZhangCS’PintoLSetal.HazardassessmentonarsenicandleadinsoilsofCastromilgoldminingarea’Portugal[J].AppliedGeochemistry'2004'1