某堆存鋼渣對地下水的影響調(diào)查

馬大平 夏向偉 劉 龍

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司）

隨著社會經(jīng)濟和城市化的快速發(fā)展，長江周邊水環(huán)境惡化的問題日益突出。馬鞍山市作為長江經(jīng)濟帶重大國家戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境保護工作為黨中央、國務院高度重視。習近平總書記多次對長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境保護工作作出重要指示，強調(diào)推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展，理念要先進，堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，把生態(tài)環(huán)境保護擺上優(yōu)先地位，以不破壞生態(tài)環(huán)境為前提，共抓大保護，不搞大開發(fā)，思路要明確，建立硬約束。

馬鞍山市內(nèi)有一處1958年就開始堆填的鋼渣堆場，對其進行調(diào)查，分析其是否對地下水產(chǎn)生影響，以便為切實保護該區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量和可能的環(huán)境治理提供依據(jù)。

1 工作區(qū)與工作方法

通過前期資料收集、歷史遙感影像解譯、野外調(diào)查，明確該堆場堆填始于1958年，1962—1966年、1970—1972年短暫停堆，1972年復堆至2015年，堆填范圍清晰。圈定工作區(qū)后通過物探勘查、鉆探、現(xiàn)狀監(jiān)測等手段，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析地下水現(xiàn)狀及其影響。

2 調(diào)查研究

2.1 地質(zhì)、水文條件

該區(qū)域地層屬于揚子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)，平原區(qū)均為第四系松散層覆蓋，丘陵地帶出露侏羅系下統(tǒng)鐘山組（J1z）砂巖。在大地構(gòu)造的分區(qū)上屬于揚子準地臺（Ⅲ）下?lián)P子臺坳（Ⅲ2）沿江拱斷褶帶（Ⅲ22）安慶凹斷褶束（Ⅲ22-2）內(nèi)，根據(jù)以往地質(zhì)資料，堆存區(qū)域位于寧蕪向斜的西翼，在堆存區(qū)西側(cè)的馬鞍山處有2組斷裂通過，近期無活動跡象。

該區(qū)域松散巖類孔隙水補給來源主要為大氣降水，其次為基巖水徑流或越流補給、地表水入滲；地下水總體流向為由西南向東北徑流，地下徑流滯緩，地下水水位、水質(zhì)、水量受當?shù)厮臍庀髼l件控制，一般7—9月為主要降水入滲期，9—10月地下水水位達最高值，以后水位逐漸降低，至次年4月水位最低，地下水位年變幅2～3 m，主要排泄方式為蒸發(fā)，其次為局部河段的常年排泄。

2.2 地球物理勘探

高密度電法物探與地質(zhì)雷達物探結(jié)果表明，廢渣埋藏深度均在5～7 m，局部超過10 m；圖1上部中間區(qū)域（以圓環(huán)為中心的區(qū)域）、右下方凹進的區(qū)域以及左下方凹進的區(qū)域均為視電阻率較低的廢渣集中區(qū)，這同時也是電磁波幅值異常區(qū)。

2.3 鋼渣成分檢測與確認

結(jié)合堆存區(qū)所堆埋固體廢物的溯源情況，初步判斷該區(qū)域所堆埋的固體廢物主要為轉(zhuǎn)爐和電爐鋼渣。為驗證該判斷，在該區(qū)設(shè)置了17個固體廢物采樣點位，每個采樣點位采集2份不同深度的固體廢物樣品，共計采集34份樣品。選擇10個特征樣品進行X熒光光譜無機定性掃描分析，結(jié)果見表1。

表1顯示，堆存的固體廢物CaO含量均較高，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%。將該樣品成分分析結(jié)果與相關(guān)行業(yè)所產(chǎn)生的鋼渣成分進行比較，判斷該區(qū)域所堆存的主體固體廢物為鋼渣。

2.4 三維地質(zhì)模型的建立與鋼渣填埋量的估算

本次的三維地質(zhì)建模主要涉及的模塊為Boreholes、2D Scatter Piont、TINS和Solids等。Boreholes模塊主要用來管理鉆孔數(shù)據(jù)，鉆孔數(shù)據(jù)將用來建立TINS、實體和三維有限單元格。2DScatter Piont模塊對二維散點進行插值分析，可以結(jié)合鉆孔、物探數(shù)據(jù)等資料生成層面數(shù)據(jù)。TINS即不規(guī)則三角網(wǎng)格，它的主要功能是將工作區(qū)域進行三角剖分，并將插值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到具體的節(jié)點。Solids是構(gòu)建地層三維實體的模塊，在不規(guī)則的三角網(wǎng)格建立后，通過一系列操作構(gòu)建實際地層的三維立體模型，可以在任意方向切割剖面。

本次在遙感測量、物探勘查、地質(zhì)鉆探勘查的基礎(chǔ)上，利用GMS軟件中的三維地質(zhì)模型模塊，建立工作區(qū)的三維地質(zhì)模型。項目區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面見圖2，三維地質(zhì)體側(cè)向俯視圖見圖3。

本次通過三維建模，查詢工業(yè)固廢地質(zhì)實體屬性，獲得工業(yè)固廢填埋量為126.3萬m3；通過網(wǎng)格剖分計算法，得出工業(yè)固廢填埋量為125.3萬m3，二者差值為1萬m3，占網(wǎng)格剖分計算法估算量的0.8%，2種算法的誤差較小，可以接受。

2.5 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測與調(diào)查［1-9］

本次共設(shè)置潛水水位監(jiān)測井21個；第二含水層（微承壓水）的水位監(jiān)測井13個。主要監(jiān)測點布置在重點工作區(qū)內(nèi)，在項目區(qū)的上游選擇合適的位置作為項目區(qū)第一含水層（潛水）及第二含水層（微承壓水）地下水背景值。另外在堆場南北支流的上游、兩支流交匯處各布置一組地表水監(jiān)測點，查清地表水水質(zhì)的變化情況。

本次建設(shè)地下水監(jiān)測井根據(jù)《重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查樣品采集保存和流轉(zhuǎn)技術(shù)規(guī)定》中地下水采樣井建設(shè)的要求進行建設(shè)，建井選擇的井管為內(nèi)徑60 mm的硬聚氯乙烯（UPVC）管，采用卡扣進行連接，未使用粘合劑。濾水管選用縫寬0.5 mm的割縫篩管，并在濾水管外包裹和固定2～3層40目鋼尼龍網(wǎng)，以減少篩管堵塞。沉淀管長設(shè)置為50 cm，且濾水管底部采用管堵密封。地下水采樣井填料從下至上依次為濾料層（粒徑1～2 mm石英砂）、止水層（膨潤土或膨潤土漿）、回填層（膨潤土）。

本次洗井采用貝勒管，一井一管，清洗廢水進行收集處置。成井洗井達直觀判斷水質(zhì)基本達到水清砂凈程度（即基本透明無色、無沉砂），且pH值、電導率、濁度、水溫等參數(shù)穩(wěn)定（連續(xù)3次監(jiān)測數(shù)值浮動在-10%～+10%），或濁度小于50NTU。

采樣方法按《水質(zhì)·采樣方案設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（GB 12997—91）、《水質(zhì)采樣·樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》（GB 12997—91）。分析方法按《生活飲用水標準檢驗方法》（GB 5750—2006）執(zhí)行。

研究對本次采集的地下水與地表水監(jiān)測相同的指標，即pH值、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、鉬、揮發(fā)性酚類、耗氧量、氨氮、硫化物、鈉、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氰化物、氟化物、碘化物、汞、砷、硒、鎘、鉻（六價）、鉛。地下水樣品的pH值見表2，第一含水層水樣檢測結(jié)果見表3，第二含水層水樣檢測結(jié)果見表4。

注：亞硝酸鹽、硝酸鹽均以N計。

注：亞硝酸鹽、硝酸鹽均以N計。

表2、表3顯示，區(qū)域內(nèi)的地下水pH值較高，為11.41～12.24，顯著高于對照點水樣的pH值（7.87）；總硬度指標顯著高于對照點，初步分析系堆埋的鋼渣中所含的氧化鈣在降水作用下形成的淋濾液導致第一含水層pH值升高，此外鈣離子的形成導致總硬度升高。對比《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—2017），從pH值和總硬度看，水樣為Ⅴ類水；從其他指標看，水樣基本滿足Ⅲ類及以上水質(zhì)標準。

表2、表4顯示，區(qū)域內(nèi)的地下水pH值高于背景值；其他指標基本滿足《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—2017）Ⅱ類及以上水質(zhì)標準。

經(jīng)過調(diào)查分析，區(qū)域內(nèi)的污染物濃度在第一含水層中沿地下水流向上的變化規(guī)律為先上升、后下降。導致這一結(jié)果的原因是堆存區(qū)附近支流處，第一含水層與地表水體的水力聯(lián)系密切，能夠發(fā)生較為強烈的水力交換，一部分污染物由此處排泄至地表水體；污染物在第二含水層中的變化規(guī)律總體不明顯，但在上部隔水層（粘性土）較薄的區(qū)域，第一含水層與第二含水層之間有一定的水力聯(lián)系，有少量的污染物會進入第二含水層，從而導致濃度升高。

3 結(jié)論

通過三維建模，獲得的鋼渣填埋量為126萬m3左右，對地下水能夠產(chǎn)生不同程度的污染，填埋區(qū)內(nèi)第一含水層（潛水）的地下水pH值較高，分布在11.41～12.24，顯著高于對照點水樣的pH值（7.87）；總硬度指標顯著高于對照點，初步分析系堆埋的鋼渣中所含的氧化鈣在降水作用下形成的淋濾液導致第一含水層pH值升高，此外鈣離子的形成導致總硬度升高。對比《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—2017），從pH值和總硬度看，水樣屬Ⅴ類水質(zhì)；其他指標基本滿足Ⅲ類及以上水質(zhì)標準。第二含水層中的鋼渣區(qū)地下水流向下游的監(jiān)測井，因而pH值高于背景值；其他指標基本滿足Ⅱ類及以上水質(zhì)標準。