矸石淋溶液中的氟化物对地下水环境的影响

李乔莎

（山西省环境保护技术评估中心，山西 太原030024）

山西是煤炭开采大省，在煤炭开采过程中，会产生大量的煤矸石[1]。煤矸石成分复杂[2]，在雨水等长期浸泡过程中，会产生大量淋溶液，在淋溶液中氟化物的含量较其他污染物属于较高序列。地下水中的氟化物经过自然循环最终进入人体，人体内氟化物含量过多，会引起骨质疏松、关节疼痛等疾病，特别是造成牙齿损伤，形成氟斑牙。因此，对地下水中氟化物的研究显得特别重要。

本次研究选取堆放场地的矸石所产生的淋溶液，根据淋溶实验结果，本次淋溶液中的氟化物质量浓度为0.897 mg/L，研究区面积为3.4 hm2。

1 预测及相关参数的确定

1.1 源强确定

在降水条件下，研究区将接受一定量的降水入渗量，当其持水度超过最大持水度之后即形成淋溶水，并向下运移补给地下水。

式中：Q为多年平均降水量，万m3/a；P为多年平均降雨量，取当地多年平均降雨量533.9 mm；α为降水入渗率，采用项目所在区域第四系全新统砂砾石类入渗系数，其值取0.25，无量纲；F为研究区面积，约3.4 hm2。

经计算，平均降水入渗水量可达到4 536.8 m3/a（12.4 m3/d），长时间的浸溶后形成矸石淋溶水，可在重力作用下下渗补给地下水体。

1.2 预测方法

将污染源概化为点源，注入规律为瞬时注入，采用一维稳定流二维水动力弥散-平面瞬时点源公式预测，公式如下：

式中：x，y为计算点处的位置坐标；t为时间，d；C（x，y，t）为t时刻点x，y处的污染物浓度，mg/L；M为含水层厚度；mM为长度为M的线源瞬时注入的污染物的质量，kg；u为水流速度，m/d；n为有效孔隙度，无量纲；DL为纵向弥散系数，m2/d；DT为横向y方向的弥散系数，m2/d。

1.3 预测参数确定

1）x坐标选取与地下水水流方向相同，y坐标选取与地下水水流垂直方向，以污染源为坐标零点。

2）计算时间t依据污染物在含水层的净化时间确定。

3）根据当地水文地质资料，含水层平均厚度为30 m。

4）根据水文地质手册，粉细砂有效孔隙度取18%。

5）场址水力坡度约为0.6%，粉细砂的渗透系数约为1 m/d[3]，水流速度为渗透系数、水力坡度的乘积除以有效孔隙度。计算得水流速度约为0.034 m/d。

6）根据经验值确定纵向弥散系数DL、横向弥散系数DT分别为10 m2/d、1.0 m2/d。

1.4 预测时段

预测时段选取100 d、1 000 d和5 000 d三个时段。

2 预测结果及分析

本次预测未考虑吸附作用、化学反应等因素。污染因子初始浓度取0.897 mg/L，最大入渗量为12.4 m3/d，即污染物产生量为11.13 g/d。矸石淋溶水最长泄漏时间为60 d，则氟化物的渗漏量为667.4 g。

当预测结果小于检出限值时则视同对地下水环境几乎没有影响。氟化物标准限值参照《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）中Ⅲ类标准，检出下限值参照《地下水环境检测技术规范》（HJ/T 164—2004）附录B，26氟化物离子色谱法，取0.02 mg/L。各指标具体情况见表1。

表1 污染物检出下限和标准限值 g/L

根据计算结果，矸石淋溶水泄漏100 d，氟化物沿潜水层地下水水流方向向下游的最大迁移距离为46.4 m，最大质量浓度0.031 mg/L，无超标范围；矸石淋溶水泄漏1 000 d后，氟化物沿潜水层地下水水流方向向下游的最大浓度低于检出下限值，说明1 000 d后对地下水环境几乎没有影响。

大气降水的积累及矸石长时间浸泡是形成淋溶液的主要原因，也是影响周边地下水环境的主要原因。为减轻或消除矸石堆放对周边地下水环境的影响，相关企业应严格按照《一般工业固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599）的要求加强管理，定期监测，并根据监测结果及时采取相应的措施。