某堆存钢渣对地下水的影响调查

马大平 夏向伟 刘 龙

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司;2.金属矿山安全与健康国家重点实验室;3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司）

随着社会经济和城市化的快速发展，长江周边水环境恶化的问题日益突出。马鞍山市作为长江经济带重大国家战略发展区域，其生态环境保护工作为党中央、国务院高度重视。习近平总书记多次对长江经济带生态环境保护工作作出重要指示，强调推动长江经济带发展，理念要先进，坚持生态优先、绿色发展，把生态环境保护摆上优先地位，以不破坏生态环境为前提，共抓大保护，不搞大开发，思路要明确，建立硬约束。

马鞍山市内有一处1958年就开始堆填的钢渣堆场，对其进行调查，分析其是否对地下水产生影响，以便为切实保护该区域水环境质量和可能的环境治理提供依据。

1 工作区与工作方法

通过前期资料收集、历史遥感影像解译、野外调查，明确该堆场堆填始于1958年，1962—1966年、1970—1972年短暂停堆，1972年复堆至2015年，堆填范围清晰。圈定工作区后通过物探勘查、钻探、现状监测等手段，结合监测数据，分析地下水现状及其影响。

2 调查研究

2.1 地质、水文条件

该区域地层属于扬子地层区下扬子地层分区，平原区均为第四系松散层覆盖，丘陵地带出露侏罗系下统钟山组（J1z）砂岩。在大地构造的分区上属于扬子准地台（Ⅲ）下扬子台坳（Ⅲ2）沿江拱断褶带（Ⅲ22）安庆凹断褶束（Ⅲ22-2）内，根据以往地质资料，堆存区域位于宁芜向斜的西翼，在堆存区西侧的马鞍山处有2组断裂通过，近期无活动迹象。

该区域松散岩类孔隙水补给来源主要为大气降水，其次为基岩水径流或越流补给、地表水入渗；地下水总体流向为由西南向东北径流，地下径流滞缓，地下水水位、水质、水量受当地水文气象条件控制，一般7—9月为主要降水入渗期，9—10月地下水水位达最高值，以后水位逐渐降低，至次年4月水位最低，地下水位年变幅2～3 m，主要排泄方式为蒸发，其次为局部河段的常年排泄。

2.2 地球物理勘探

高密度电法物探与地质雷达物探结果表明，废渣埋藏深度均在5～7 m，局部超过10 m；图1上部中间区域（以圆环为中心的区域）、右下方凹进的区域以及左下方凹进的区域均为视电阻率较低的废渣集中区，这同时也是电磁波幅值异常区。

2.3 钢渣成分检测与确认

结合堆存区所堆埋固体废物的溯源情况，初步判断该区域所堆埋的固体废物主要为转炉和电炉钢渣。为验证该判断，在该区设置了17个固体废物采样点位，每个采样点位采集2份不同深度的固体废物样品，共计采集34份样品。选择10个特征样品进行X荧光光谱无机定性扫描分析，结果见表1。

表1显示，堆存的固体废物CaO含量均较高，在19.96%～45.52%；Fe2O3含量在16.59%～29.72%；SiO2含量在11.43%～36.86%；Al2O3含量在4.13%～12.74%；MgO含量在2.32%～9.64%；TiO2含量在0.65%～2.95%；V2O5含量在0.22%～1.77%。将该样品成分分析结果与相关行业所产生的钢渣成分进行比较，判断该区域所堆存的主体固体废物为钢渣。

2.4 三维地质模型的建立与钢渣填埋量的估算

本次的三维地质建模主要涉及的模块为Boreholes、2D Scatter Piont、TINS和Solids等。Boreholes模块主要用来管理钻孔数据，钻孔数据将用来建立TINS、实体和三维有限单元格。2DScatter Piont模块对二维散点进行插值分析，可以结合钻孔、物探数据等资料生成层面数据。TINS即不规则三角网格，它的主要功能是将工作区域进行三角剖分，并将插值数据转化到具体的节点。Solids是构建地层三维实体的模块，在不规则的三角网格建立后，通过一系列操作构建实际地层的三维立体模型，可以在任意方向切割剖面。

本次在遥感测量、物探勘查、地质钻探勘查的基础上，利用GMS软件中的三维地质模型模块，建立工作区的三维地质模型。项目区三维地质结构剖面见图2，三维地质体侧向俯视图见图3。

本次通过三维建模，查询工业固废地质实体属性，获得工业固废填埋量为126.3万m3；通过网格剖分计算法，得出工业固废填埋量为125.3万m3，二者差值为1万m3，占网格剖分计算法估算量的0.8%，2种算法的误差较小，可以接受。

2.5 地下水环境现状监测与调查［1-9］

本次共设置潜水水位监测井21个；第二含水层（微承压水）的水位监测井13个。主要监测点布置在重点工作区内，在项目区的上游选择合适的位置作为项目区第一含水层（潜水）及第二含水层（微承压水）地下水背景值。另外在堆场南北支流的上游、两支流交汇处各布置一组地表水监测点，查清地表水水质的变化情况。

本次建设地下水监测井根据《重点行业企业用地调查样品采集保存和流转技术规定》中地下水采样井建设的要求进行建设，建井选择的井管为内径60 mm的硬聚氯乙烯（UPVC）管，采用卡扣进行连接，未使用粘合剂。滤水管选用缝宽0.5 mm的割缝筛管，并在滤水管外包裹和固定2～3层40目钢尼龙网，以减少筛管堵塞。沉淀管长设置为50 cm，且滤水管底部采用管堵密封。地下水采样井填料从下至上依次为滤料层（粒径1～2 mm石英砂）、止水层（膨润土或膨润土浆）、回填层（膨润土）。

本次洗井采用贝勒管，一井一管，清洗废水进行收集处置。成井洗井达直观判断水质基本达到水清砂净程度（即基本透明无色、无沉砂），且pH值、电导率、浊度、水温等参数稳定（连续3次监测数值浮动在-10%～+10%），或浊度小于50NTU。

采样方法按《水质·采样方案设计技术规定》（GB 12997—91）、《水质采样·样品的保存和管理技术规定》（GB 12997—91）。分析方法按《生活饮用水标准检验方法》（GB 5750—2006）执行。

研究对本次采集的地下水与地表水监测相同的指标，即pH值、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、钼、挥发性酚类、耗氧量、氨氮、硫化物、钠、亚硝酸盐、硝酸盐、氰化物、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、镉、铬（六价）、铅。地下水样品的pH值见表2，第一含水层水样检测结果见表3，第二含水层水样检测结果见表4。

注：亚硝酸盐、硝酸盐均以N计。

注：亚硝酸盐、硝酸盐均以N计。

表2、表3显示，区域内的地下水pH值较高，为11.41～12.24，显著高于对照点水样的pH值（7.87）；总硬度指标显著高于对照点，初步分析系堆埋的钢渣中所含的氧化钙在降水作用下形成的淋滤液导致第一含水层pH值升高，此外钙离子的形成导致总硬度升高。对比《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017），从pH值和总硬度看，水样为Ⅴ类水；从其他指标看，水样基本满足Ⅲ类及以上水质标准。

表2、表4显示，区域内的地下水pH值高于背景值；其他指标基本满足《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）Ⅱ类及以上水质标准。

经过调查分析，区域内的污染物浓度在第一含水层中沿地下水流向上的变化规律为先上升、后下降。导致这一结果的原因是堆存区附近支流处，第一含水层与地表水体的水力联系密切，能够发生较为强烈的水力交换，一部分污染物由此处排泄至地表水体；污染物在第二含水层中的变化规律总体不明显，但在上部隔水层（粘性土）较薄的区域，第一含水层与第二含水层之间有一定的水力联系，有少量的污染物会进入第二含水层，从而导致浓度升高。

3 结论

通过三维建模，获得的钢渣填埋量为126万m3左右，对地下水能够产生不同程度的污染，填埋区内第一含水层（潜水）的地下水pH值较高，分布在11.41～12.24，显著高于对照点水样的pH值（7.87）；总硬度指标显著高于对照点，初步分析系堆埋的钢渣中所含的氧化钙在降水作用下形成的淋滤液导致第一含水层pH值升高，此外钙离子的形成导致总硬度升高。对比《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017），从pH值和总硬度看，水样属Ⅴ类水质；其他指标基本满足Ⅲ类及以上水质标准。第二含水层中的钢渣区地下水流向下游的监测井，因而pH值高于背景值；其他指标基本满足Ⅱ类及以上水质标准。