焦作市西部工业集聚区地下水安全研究

李素萍 ，许 华 ，张继芳 ，李顺涛

(1.焦作煤业(集团)开元化工有限责任公司 ，河南 焦作 454190;2.焦作煤业(集团)合晶科技有限责任公司 ，河南 焦作454000;3.焦作市安捷化工装备有限公司，河南焦作 454000)

焦作市地下水资源的潜在危机已经出现。随着“工业强市”战略的实施、经济的发展和人口的增长，水资源作为战略资源将会成为可持续发展的重要制约因素。在采取各种措施开源节流，增加水资源，优化水资源配置的同时，开展地下水污染防治，避免出现地下水的水质危机而加剧水资源危机，已成当务之急。地下水安全性研究是保护地下水环境工作的基础。

1 污染物及污染物潜力的模拟试验

本模拟试验模拟污染源所在地的地质条件。受试介质有固体废物、土壤和岩石碎屑等，讨论污染物的释放、迁移及转化趋势。淋滤试验模拟废液或降水下渗过程中污染物的释放或迁移趋势。根据具体实验确定淋滤液、柱体填充介质、淋滤强度和取样间隔等试验参数［1］。

本文试验为风险评价试验，是假定废水在输送过程中发生管道泄漏，废水直接进入奥陶纪石灰岩，污染岩溶地下水。通过模拟其废水水样，分析对地下水产生较大影响的可能性，采用淋滤试验。我们选取的疑似污染源企业有某饮品有限责任公司和个体铬钢渣洗选厂。

2 室内模拟试验

2.1 介质的采取和制备

本模拟试验采用淋滤试验。厂址所在基地自上而下为薄层第四纪黏土堆积物、厚层状中奥陶石灰岩。取工地上的石料作为淋滤介质。破碎后经过不同粒径的筛子筛分。粗粒径为2～4 mm;中粒径为1～2 mm;细粒径为0.5～1 mm。

淋滤试验采用的淋滤柱为PVC管材，直径为7.5 cm，高100 cm。淋滤试验中淋滤柱内自上而下填充物为:石灰石(粒径＜1 mm)填充34 cm，石灰石(粒径1～2 mm)填充33 cm，石灰石(粒径 ＞2 mm)填充33 cm，用模拟排放废水水样淋滤。淋滤速度控制在1 mL/min左右。

图1为试验装置的示意图。

图1 淋滤试验装置示意图

2.2 试验数据分析过程

2.2.1 pH值随时间变化的影响

由实验数据可知，模拟水样的pH值经过8 h的淋滤后由开始的4.29升高到7.39，从酸性变为弱碱性，而在8～24h 这段时间内大体经过了一段平稳缓慢的降低过程，紧接着呈缓慢上升趋势。在整个淋滤试验过程中pH值的最小值出现在淋滤24 h后，为7.21;最大值出现在淋滤224 h后，为8.19。

从以上分析可以看出，该公司废水在事故状态下，初期酸性废水将影响岩溶水的pH值，随时间推移稳定在8左右，影响程度逐渐降低。

2.2.2 COD值随时间变化的影响

由实验数据可知，模拟水样的COD值从开始的1 064 mg/L经过16 h的淋滤升高到1 224 mg/L，到72 h时已经下降到520 mg/L，而在80 h时又有了微小的升高，为580 mg/L，直到144 h达到310 mg/L，此后大体呈平稳趋势。在整个淋滤试验过程中COD的最小值出现在淋滤188 h后，为305 mg/L;最大值出现在淋滤16 h后，为1 224 mg/L。从分析结果看，该公司事故状态下，废水进入凤凰山断层后，无论是前期还是后期，均污染地下水。

2.2.3 氨氮值随时间变化产生的影响

由实验数据可以看出，模拟水样的氨氮值在淋滤16 h内，基本无变化，之后总体呈缓慢上升趋势，至188 h时达到45.51 mg/L，从188～212 h呈下降趋势。整个过程经历了先升高后降低的过程，但是总体上变化不大。同地下水Ⅲ级标准中NH3—N≤0.2 mg/L对比可知，该公司事故状态下，NH3—N量严重超标，废水进入凤凰山断层后，无论是前期还是后期，均污染地下水。

2.2.4 总硬度随时间变化产生的影响

由实验数据可以看出，在开始的16 h，总硬度迅速升高至633 mg/L，之后呈下降趋势，56 h降至350 mg/L，直至224 h后呈平稳状态。同地下水Ⅲ级标准中总硬度≤450 mg/L对比可知，该公司事故状态下，废水进入凤凰山断层后，开始污染地下水，随时间推移，污染逐渐减小。

经实验数据分析可知:对凤凰山断层附近疑似污染源企业污染物及污染物潜力的模拟试验中，某饮品有限责任公司排放的废水，在事故排放下(在输送过程中如发生管道泄漏)，渗入地下水，通过水岩作用，污染地下水。其中pH值和总硬度影响不大，而氨氮和化学需氧量严重超标。该企业存在污染岩溶地下水的隐患，应严格执行环评提出的防渗、防事故排放措施，制定事故排放的风险防治预案，加强水处理和输送管道的管理，预防对岩溶地下水的污染。

2.3 含铬废水淋滤试验

本人参与研究了位于凤凰山断层北部的焦作市某建材有限公司和断层带上的三个个体铬钢渣洗选场的铬钢渣对岩溶地下水的影响。经过400 h的试验时间，取得含铬废水淋滤试验样品31个，经实验室水质检测和科学计算后，如图2～7所示。

2.3.1 含铬污水淋滤试验pH值变化曲线比较

根据含铬污水淋滤液的pH值检测结果，在Excel表中绘制出含铬污水淋滤试验pH值变化曲线如图2所示。

图2 含铬污水淋滤试验pH值变化曲线图

由图2可看出含铬污水在最初淋滤的24 h淋滤液pH值下降很快。从第32 h开始淋滤液pH值开始逐渐上升，到第304 h升至峰值7.94，之后pH值略有下降，到第376 h达到7.82并稳定至试验结束。按照我国《地下水质量标准》(GB/T 14848－93)Ⅲ类标准中，pH 值为6.5～8.5，则含铬污水淋滤试验在整个试验未出现超标现象，不会对地下水造成影响。

2.3.2 含铬污水淋滤试验总硬度变化曲线比较

根据含铬污水淋滤液的总硬度检测结果，在Excel表中绘制出含铬污水淋滤试验总硬度变化曲线如图3所示。

图3 含铬污水淋滤试验总硬度变化曲线图

如图3可以看出，含铬污水在淋滤实验中总硬度在淋滤最初的8 h内迅速升高由原始水样的1572.296mg/L上升到淋滤液第8h的2428.815 mg/L。之后总硬度开始下降，到第40 h下降为1 841.020 mg/L，之后总体保持平稳略有波动，第280 h出现峰值1 907.562 mg/L，之后总硬度略有下降，至试验结束时总硬度为1 901.562 mg/L。我国《地下水质量标准》(GB/T 14848－93)Ⅲ类标准中对于总硬度的规定为小于等于450 mg/L(以CaCO3计)，淋滤液在整个试验过程中始终超标。

2.3.3 含铬污水淋滤试验六价铬变化曲线比较

采用铬酸钡光度法，利用分光光度计，得到含铬污水淋滤液六价铬校准曲线如图4所示。

图4 含铬污水淋滤液六价铬校准曲线

根据含铬污水淋滤液的六价铬检测结果，在Excel表中绘制出含铬污水淋滤试验六价铬变化曲线如图5所示。

图5 含铬污水淋滤试验六价铬变化曲线图

由图5可看出含铬污水在整个淋滤试验过程中淋滤液六价铬浓度始终低于0.01 mg/L，低于我国《地下水质量标准》(GB/T 14848－93)Ⅲ类标准中对于六价铬的规定为小于等于0.05 mg/L，因此在整个淋滤试验过程中六价铬始终不超标。

2.3.4 含铬污水淋滤试验总铬变化曲线比较

采用火焰原子吸收法，利用原子吸收分光光度计，得到含铬污水淋滤液总铬校准曲线和变化见图6、7 所示。

图6 含铬污水淋滤液总铬校准曲线

图7 含铬污水淋滤试验总铬变化曲线图

由图6可以看出，含铬污水在整个淋滤过程中淋滤液总铬浓度均不超过原含铬污水总铬浓度，即0.012 1 mg/L。

由图7可看出含铬污水在经过了8 h的淋滤后总铬含量下降很快由原来的0.012 1 mg/L下降为0.00514mg/L，说明大量的铬被石灰石吸附。第8 h后淋滤液总铬含量保持在0.005 mg/L左右，直至第232 h继续下降至0.002 mg/L并保持在这个浓度左右，直至试验结束。所以经过232 h淋滤后该含铬污水不会对地下水产生影响，但是如果淋滤时间小于232 h则含铬污水可能会对地下水产生影响。

根据各个指标的分析可知:含铬污水在整个试验过程中淋滤液的pH值不超标;总硬度在整个试验过程中始终超标，且超标量大，可能会使岩溶地下水硬度增加;六价铬含量不超标;淋滤液在232 h前总铬含量较大，可能会产生大量六价铬从而污染地下水，232 h后含量变小，不会污染地下水。

总之，通过对焦作西部工业聚集区地下水安全性研究，评价地下水潜在的易污染性，进行地下水的敏感性分区，为西部工业聚集区地下水资源的开发利用和社会活动中，采取有效的防治措施，以确保地下水资源的可持续利用。

［1］保罗·克鲁格曼.地理和贸易［M］.北京:北京大学出版社，中国人民大学出版社 ，2000，5.