某电厂灰渣贮灰场对地下水氟污染影响的淋滤实验研究

文章编号：１００７－４９２９（２０１３）０５－００４０－０３

某电厂灰渣贮灰场对地下水氟污染影响的淋滤实验研究

王雅男，肖长来，刘　婷，梁秀娟（吉林大学环境与资源学院，长春１３００２６）

摘　要：针对某电厂灰场灰渣受到降雨淋滤作用而产生的氟对水环境的影响问题，结合其水文地质条件，采用土柱淋滤实验，对土壤淋滤出的溶液进行水质分析，探讨土壤的渗透性能和氟离子浓度变化的规律。结果表明，贮灰场场区土壤渗透性较差，对氟有吸附作用。贮灰场灰渣受到大气降雨的淋滤作用后对灰场场区及周边地区的浅层地下水影响不大，与实际情况相吻合。同时也说明土柱淋滤实验是一种模拟污水渗入过程、确定包气带防护能力的有效手段。

关键词：土柱淋滤实验；氟化物；ｐＨ；

环境污染

中图分类号：Ｘ５２３ 文献标识码：Ａ

Ｌｅａｃｈｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ａｓｈ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ａＰｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　ｏｎ　Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　Ｆｌｕｏｒｉｎｅ　ＰｏｌｌｕｔｉｏｎＷＡＮＧ　Ｙａ－ｎａｎ，ＸＩＡＯ　Ｃｈａｎｇ－ｌａｉ，ＬＩＵ　Ｔｉｎｇ，ＬＩＡＮＧ　Ｘｉｕ－ｊｕａｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｌｕｏｒｉｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｏｉｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏ－ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ

ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｌｅａｃｈｅｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｌｕｏｒｉｄｅ　ｉｏｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｃｈａｎｇｅ　ｒｕｌｅ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｆｉｅｌｄ　ｈａｓ　ｐｏｏｒ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｏ　ｆｌｕｏｒｉｎｅ．Ｔｈｅ　ａｓｈ　ｉｎ　ａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅｆｉｅｌｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｆｉｌｔｒａｔｅ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｈａｓ　ｌｉｔｔｌｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｉｎ　ａｓｈ　ｓｔｏｒａｇｅ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄ－ｊａｃｅｎｔ　ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｌｓｏ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄｏｆ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｅｒａｔｉｏｎ　ｚｏｎｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｆｌｕｏｒｉｄｅ；ｐＨ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ

收稿日期：２０１２－１２－０５

基金项目：国家“十一五”科技支撑项目（２００７ＢＡＢ２８Ｂ０４－０３，２００６ＢＡＢ０４Ａ０９－０２）；吉林省科技攻关项目（２００８０５４３，２０１００４５２

）；高等学校博士点

基金项目（２００８０１８３００４４）；国家潜在油气资源产学研用项目专题（２０１００３３１－ＯＳＲ０１－７）。

作者简介：王雅男（１９８９－），女，硕士研究生，主要从事地下水科学与工程研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｙｎ８９２３＠１６３．ｃｏｍ。

通讯作者：肖长来（１９６２－），男，教授，博士生导师，主要从事水资源与水环境、地下水方面的教学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｘｃｌ２８２２＠１２６．ｃｏｍ。

０　引　

言

我国是世界上地方性氟、砷中毒分布较广、受害较重的国家之一［１］。近年来，随着电力工业的迅速发展，氟污染问题成为人们关注的问题之一。目前相当一部分燃煤是以高氟煤为原料，在其利用过程中，煤中的氟以气氟、水氟、渣氟的形式扩散到周围环境［２］。同时，灰渣也是电厂灰场污染物的主要来源。粉煤灰的堆放占用大量土地，且遇水容易使粉煤灰中的元素渗透到土壤，使土地盐碱化影响农业生产和生态环境［３］。

尤

其在降雨的影响下，灰场灰渣受到淋滤作用，会不同程度地释放有害元素对周围的水环境产生一定影响，进而通过食物链危害人体健康。氟是人体必需的微量元素，氟的存在对骨齿的生

０４节水灌溉·２０１３年第５期长发育有较大的影响，特别是可以预防龋齿的发生［４］。过量的氟会影响内分泌功能，对甲状腺、肝脏等器官会有影响，高氟环境中表现最明显的是氟斑牙的流行［５］。中国生活饮用水卫生标准氟化物不能超过１．０ｍｇ／Ｌ［６］。可见，高浓度氟无论对人类健康还是自然环境，都产生很大危害。一直以来，国内外针对氟污染问题都有一定的研究，傅嘉媛［３］等通过系统模拟实验研究了粉煤灰中有害元素在灰场正常运行条件下的浸出与迁移规律。结果表明，氟是主要污染元素之一。本文采用土柱淋滤试验法［７］对研究区贮灰场外（见图１）采样点土壤Ｄ２９，贮灰场内采样点粉煤灰灰渣Ｓ１进行淋滤，收集淋滤液并对氟离子浓度变化进行分析。并布设周边采样点Ｄ２７以及ＫＧ６等２处位置，与此处背景值比较，探讨灰场邻区及场区的水环境情况，对保护当地水资源有重要意义。图１　研究区域图Ｆｉｇ．１Ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｍａｐ１　试验材料与步骤１．１　试验材料装置试验用土Ｄ２９来自灰场邻区表土层，Ｓ１为灰场粉煤灰。实验材料取内径１１ｃｍ，高度２５ｃｍ的有机玻璃柱（土柱），其内装填３层土层，每层高度由上到下依次为２．５、１０、２．５ｃｍ。各层之间用孔径１ｍｍ的尼龙网做间隔，底部有带孔和尼龙网保证水流渗流通畅。实验装置见图２。图２　实验装置示意图Ｆｉｇ．２Ｔｈｅ　ｓｋｅｔｃｈ　ｍａｐ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ１．２　实验步骤（１）分别将２种土样用土柱装填３层，由上到下为石英砂、土样、石英砂。土样Ｄ２９高度为１０ｃｍ，重量５００ｇ

；粉煤灰灰渣

Ｓ１土柱高度１０ｃｍ，重量６００ｇ，模拟堆积密度０．８ｇ／ｃｍ３与现场实际情况相符。表面和底部均铺２．５ｃｍ的石英砂，使淋滤液匀速下渗。（２）先让蒸馏水从土柱淋滤管底部进入，排出土柱中的空

气，使全部土柱的土壤浸入水中进行饱和，待一定时间后，在土柱管上部由供水瓶对其进行淋滤，并且模拟当地的降雨量，用止水夹控制淋滤速度，２组实验淋滤量见表１，

从土柱管的侧面

用水样瓶接取渗出液，每２４ｈ接样一次。（３）用

Ｆ－１

型氟离子浓度计对所收集的淋滤液进行测

量［８］，同时测ｐＨ值、ＳＯ２－４、Ｃｌ－、ＮＯ３－Ｎ等元素，整理数据和非淋滤区的检测值对比。表１　２组实验的淋滤量Ｔａｂ．１Ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｓｅｔｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ实验材料注水量／ｍＬ间隔时间／ｈ水面下渗值／ｃｍ

Ｓ１　６８５　２４　３．３Ｄ２９　６８５　２４　４．２

２　

实验数据及分析

２．１　

土壤渗透性能的分析

土壤的渗透性能一般由渗透系数来表示，渗透系数的大小反应污水在土壤中的渗透速度，由此得知土壤的防渗性能［９］。

渗透系数的计算公式如下：

Ｋ＝Ｑ　Ｌ／Ａ　ｈ　ｔ式中：Ｋ为渗透系数，ｃｍ／ｓ；Ｑ为定时间通过土壤样品的总水量，ｍＬ；Ｌ为土柱高度，ｃｍ；Ａ为土柱的截面积，ｃｍ２；ｈ为作用于土柱的水头，ｃｍ；ｔ为试验时间，ｓ。

经过计算，算出土壤Ｄ２９的渗透系数为１×１０－６　ｍ／ｓ

，与此

处渗水试验算出的渗透系数值相符合。２．２　

实验数据的分析

氟含量及其累积量随时间变化分析（见图３

）。淋滤液氟浓

度值先下降后升高之后又下降趋于稳定值１．３ｍｇ／Ｌ

，与以前

的研究结果一致。研究粉煤灰中主要包括ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ

３

、

Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ和未燃尽炭和氟化物等［１０］。可见初始阶段，

氟浓

度出现较大值，原因在于粉煤灰中可溶性氟快速溶解。随着时

图３　Ｓ１淋滤液氟浓度及累积量随时间变化曲线Ｆｉｇ．３Ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｌｅａｃｈｅｄ　ｆｌｕｏｒｉｄｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｓ１ｖｅｒｓｕｓ　ｔｉｍｅ

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