焦作市西部工業集聚區地下水安全研究

李素萍 ，許 華 ，張繼芳 ，李順濤

(1.焦作煤業(集團)開元化工有限責任公司 ，河南 焦作 454190;2.焦作煤業(集團)合晶科技有限責任公司 ，河南 焦作454000;3.焦作市安捷化工裝備有限公司，河南焦作 454000)

焦作市地下水資源的潛在危機已經出現。隨著“工業強市”戰略的實施、經濟的發展和人口的增長，水資源作為戰略資源將會成為可持續發展的重要制約因素。在采取各種措施開源節流，增加水資源，優化水資源配置的同時，開展地下水污染防治，避免出現地下水的水質危機而加劇水資源危機，已成當務之急。地下水安全性研究是保護地下水環境工作的基礎。

1 污染物及污染物潛力的模擬試驗

本模擬試驗模擬污染源所在地的地質條件。受試介質有固體廢物、土壤和巖石碎屑等，討論污染物的釋放、遷移及轉化趨勢。淋濾試驗模擬廢液或降水下滲過程中污染物的釋放或遷移趨勢。根據具體實驗確定淋濾液、柱體填充介質、淋濾強度和取樣間隔等試驗參數［1］。

本文試驗為風險評價試驗，是假定廢水在輸送過程中發生管道泄漏，廢水直接進入奧陶紀石灰巖，污染巖溶地下水。通過模擬其廢水水樣，分析對地下水產生較大影響的可能性，采用淋濾試驗。我們選取的疑似污染源企業有某飲品有限責任公司和個體鉻鋼渣洗選廠。

2 室內模擬試驗

2.1 介質的采取和制備

本模擬試驗采用淋濾試驗。廠址所在基地自上而下為薄層第四紀黏土堆積物、厚層狀中奧陶石灰巖。取工地上的石料作為淋濾介質。破碎后經過不同粒徑的篩子篩分。粗粒徑為2～4 mm;中粒徑為1～2 mm;細粒徑為0.5～1 mm。

淋濾試驗采用的淋濾柱為PVC管材，直徑為7.5 cm，高100 cm。淋濾試驗中淋濾柱內自上而下填充物為:石灰石(粒徑＜1 mm)填充34 cm，石灰石(粒徑1～2 mm)填充33 cm，石灰石(粒徑 ＞2 mm)填充33 cm，用模擬排放廢水水樣淋濾。淋濾速度控制在1 mL/min左右。

圖1為試驗裝置的示意圖。

圖1 淋濾試驗裝置示意圖

2.2 試驗數據分析過程

2.2.1 pH值隨時間變化的影響

由實驗數據可知，模擬水樣的pH值經過8 h的淋濾后由開始的4.29升高到7.39，從酸性變為弱堿性，而在8～24h 這段時間內大體經過了一段平穩緩慢的降低過程，緊接著呈緩慢上升趨勢。在整個淋濾試驗過程中pH值的最小值出現在淋濾24 h后，為7.21;最大值出現在淋濾224 h后，為8.19。

從以上分析可以看出，該公司廢水在事故狀態下，初期酸性廢水將影響巖溶水的pH值，隨時間推移穩定在8左右，影響程度逐漸降低。

2.2.2 COD值隨時間變化的影響

由實驗數據可知，模擬水樣的COD值從開始的1 064 mg/L經過16 h的淋濾升高到1 224 mg/L，到72 h時已經下降到520 mg/L，而在80 h時又有了微小的升高，為580 mg/L，直到144 h達到310 mg/L，此后大體呈平穩趨勢。在整個淋濾試驗過程中COD的最小值出現在淋濾188 h后，為305 mg/L;最大值出現在淋濾16 h后，為1 224 mg/L。從分析結果看，該公司事故狀態下，廢水進入鳳凰山斷層后，無論是前期還是后期，均污染地下水。

2.2.3 氨氮值隨時間變化產生的影響

由實驗數據可以看出，模擬水樣的氨氮值在淋濾16 h內，基本無變化，之后總體呈緩慢上升趨勢，至188 h時達到45.51 mg/L，從188～212 h呈下降趨勢。整個過程經歷了先升高后降低的過程，但是總體上變化不大。同地下水Ⅲ級標準中NH3—N≤0.2 mg/L對比可知，該公司事故狀態下，NH3—N量嚴重超標，廢水進入鳳凰山斷層后，無論是前期還是后期，均污染地下水。

2.2.4 總硬度隨時間變化產生的影響

由實驗數據可以看出，在開始的16 h，總硬度迅速升高至633 mg/L，之后呈下降趨勢，56 h降至350 mg/L，直至224 h后呈平穩狀態。同地下水Ⅲ級標準中總硬度≤450 mg/L對比可知，該公司事故狀態下，廢水進入鳳凰山斷層后，開始污染地下水，隨時間推移，污染逐漸減小。

經實驗數據分析可知:對鳳凰山斷層附近疑似污染源企業污染物及污染物潛力的模擬試驗中，某飲品有限責任公司排放的廢水，在事故排放下(在輸送過程中如發生管道泄漏)，滲入地下水，通過水巖作用，污染地下水。其中pH值和總硬度影響不大，而氨氮和化學需氧量嚴重超標。該企業存在污染巖溶地下水的隱患，應嚴格執行環評提出的防滲、防事故排放措施，制定事故排放的風險防治預案，加強水處理和輸送管道的管理，預防對巖溶地下水的污染。

2.3 含鉻廢水淋濾試驗

本人參與研究了位于鳳凰山斷層北部的焦作市某建材有限公司和斷層帶上的三個個體鉻鋼渣洗選場的鉻鋼渣對巖溶地下水的影響。經過400 h的試驗時間，取得含鉻廢水淋濾試驗樣品31個，經實驗室水質檢測和科學計算后，如圖2～7所示。

2.3.1 含鉻污水淋濾試驗pH值變化曲線比較

根據含鉻污水淋濾液的pH值檢測結果，在Excel表中繪制出含鉻污水淋濾試驗pH值變化曲線如圖2所示。

圖2 含鉻污水淋濾試驗pH值變化曲線圖

由圖2可看出含鉻污水在最初淋濾的24 h淋濾液pH值下降很快。從第32 h開始淋濾液pH值開始逐漸上升，到第304 h升至峰值7.94，之后pH值略有下降，到第376 h達到7.82并穩定至試驗結束。按照我國《地下水質量標準》(GB/T 14848－93)Ⅲ類標準中，pH 值為6.5～8.5，則含鉻污水淋濾試驗在整個試驗未出現超標現象，不會對地下水造成影響。

2.3.2 含鉻污水淋濾試驗總硬度變化曲線比較

根據含鉻污水淋濾液的總硬度檢測結果，在Excel表中繪制出含鉻污水淋濾試驗總硬度變化曲線如圖3所示。

圖3 含鉻污水淋濾試驗總硬度變化曲線圖

如圖3可以看出，含鉻污水在淋濾實驗中總硬度在淋濾最初的8 h內迅速升高由原始水樣的1572.296mg/L上升到淋濾液第8h的2428.815 mg/L。之后總硬度開始下降，到第40 h下降為1 841.020 mg/L，之后總體保持平穩略有波動，第280 h出現峰值1 907.562 mg/L，之后總硬度略有下降，至試驗結束時總硬度為1 901.562 mg/L。我國《地下水質量標準》(GB/T 14848－93)Ⅲ類標準中對于總硬度的規定為小于等于450 mg/L(以CaCO3計)，淋濾液在整個試驗過程中始終超標。

2.3.3 含鉻污水淋濾試驗六價鉻變化曲線比較

采用鉻酸鋇光度法，利用分光光度計，得到含鉻污水淋濾液六價鉻校準曲線如圖4所示。

圖4 含鉻污水淋濾液六價鉻校準曲線

根據含鉻污水淋濾液的六價鉻檢測結果，在Excel表中繪制出含鉻污水淋濾試驗六價鉻變化曲線如圖5所示。

圖5 含鉻污水淋濾試驗六價鉻變化曲線圖

由圖5可看出含鉻污水在整個淋濾試驗過程中淋濾液六價鉻濃度始終低于0.01 mg/L，低于我國《地下水質量標準》(GB/T 14848－93)Ⅲ類標準中對于六價鉻的規定為小于等于0.05 mg/L，因此在整個淋濾試驗過程中六價鉻始終不超標。

2.3.4 含鉻污水淋濾試驗總鉻變化曲線比較

采用火焰原子吸收法，利用原子吸收分光光度計，得到含鉻污水淋濾液總鉻校準曲線和變化見圖6、7 所示。

圖6 含鉻污水淋濾液總鉻校準曲線

圖7 含鉻污水淋濾試驗總鉻變化曲線圖

由圖6可以看出，含鉻污水在整個淋濾過程中淋濾液總鉻濃度均不超過原含鉻污水總鉻濃度，即0.012 1 mg/L。

由圖7可看出含鉻污水在經過了8 h的淋濾后總鉻含量下降很快由原來的0.012 1 mg/L下降為0.00514mg/L，說明大量的鉻被石灰石吸附。第8 h后淋濾液總鉻含量保持在0.005 mg/L左右，直至第232 h繼續下降至0.002 mg/L并保持在這個濃度左右，直至試驗結束。所以經過232 h淋濾后該含鉻污水不會對地下水產生影響，但是如果淋濾時間小于232 h則含鉻污水可能會對地下水產生影響。

根據各個指標的分析可知:含鉻污水在整個試驗過程中淋濾液的pH值不超標;總硬度在整個試驗過程中始終超標，且超標量大，可能會使巖溶地下水硬度增加;六價鉻含量不超標;淋濾液在232 h前總鉻含量較大，可能會產生大量六價鉻從而污染地下水，232 h后含量變小，不會污染地下水。

總之，通過對焦作西部工業聚集區地下水安全性研究，評價地下水潛在的易污染性，進行地下水的敏感性分區，為西部工業聚集區地下水資源的開發利用和社會活動中，采取有效的防治措施，以確保地下水資源的可持續利用。

［1］保羅·克魯格曼.地理和貿易［M］.北京:北京大學出版社，中國人民大學出版社 ，2000，5.