（采矿工程专业论文）矸石山淋溶水对地下水污染研究.pdf

摘要 概要叙述了新邱露天矿矸石山附近的环境，其煤矿剥离土及煤矸石 形成的巨大煤矸石山已有几十年的历史，本文就矸石山淋溶水附近的地 下水为研究对象，对研究区内的1 7 眼水井分别采样，并利用模糊评价和 灰色理论以及毒理学方面知识对影响区内的每个监测点位的水质进行了 评价，通过对地表水和地下水的水质评价，和对监测点地理位置的分析， 得出了此次研究的结果。在进行各种评价过程中采用了多种分析方法。 详细的介绍了于家沟地区水质的情况。确定出地下水环境质量的等级， 了解地下水水质污染状况，并分析其中的重金属及有毒有害物质可能对 人体健康、土壤造成的影响，并给出评价结果，根据所分析的结果提出 污染区地下水水质改良方案，改善矿区附近居民的饮用水质量，缓解水 资源短缺的现状。 关键词：环境质量评价：煤矸石；淋溶水；堡塑迁鲶；灰色系统分析；质 量评价 a b s t r a c t t e l lt h eo p e n c u ta n dg a n g u eo fx i nq i ue n v i r o n m e n t i t sc o l l i e r ys t r i p st h e e n o r m o u sg a n g u em o u n t a i nw h e r et h es o i la n dg a n g u ef o r m e dh a sa l r e a d y h a dah is t o r yo fd o z e n so fy e a r s t h i sa r t i c l em a k ed i s s o l v ew a t e rw h i c h n e a rt h eg r o u n d w a t e ra sr e s e a r c ho b je c t ，t os t u d yw i t hg a n g u es e v e n t e e nw e l l o fd i s t r i c ts a m p l er e s p e c t i v e l yt od r e n c h ，u t i l i z ef u z z ya p p r a i s a la n dt h eg r e y t h e o r ya n dt o x i c o l o g yk n o w l e d g et oi n f l u e n c i n ge a c hw a t e rq u a l i t yw h i c h m o n i t o r e dt h ep o s i t i o ni nt h ed i s t r i c ta n da p p r a i s i n g a p p r a i s i n gt h r o u g ht h e q u a l i t yo fw a t e rt ot h es u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e r ，a n dt h ea n a l y s i st ot h e g e o g r a p h i c a lp o s i t i o no fm o n i t o r i n gp o i n t h a v ed r a w nt h er e s u l ts t u d i e dt h i s t i m e h a v ea d o p t e dm a n yk i n d so fa n a l y t i c a lm e t h o d si nt h ec o u r s eo fg o i n g o no nv a r i o u sk i n d so fa p p r a i s a l ，t h ed e t a i l e di n t r o d u c t i o ns i t u a t i o nt ot h e d i t c hr e g i o n a lq u a l i t yo fw a t e ro ft h ef a m i l y ， d e t e r m i n et h eg r a d eo fg r o u n d w a t e re n v i r o n m e n t a lq u a l i t y ，u n d e r s t a n d g r o u n d w a t e rw a t e rp o l l u t i o ns t a t e ，a n da n a l y s eh e a v ym e t a la n dp o i s o n o u s h a r m f u ls u b s t a n c ea m o n gt h e mm i g h tt oh e a l t h ，i n f l u e n c et h es o i l p r o v i d e a n da p p r a i s et h er e s u l t ，a l l e v i a t et h ec u r r e n ts i t u a t i o no ft h ew a t e rr e s o u r c e i ns h o r t k e yw o r d s ：e n v i r o n m e n t a la u a l i t ye v a l u a t i o n ；g a n g u e ；d r e n c ha n dd i s s o l v e w a t e r ；f u z z ya p p r a is a l ；g r e yn e t w o r ka n a l y s is ；a u a l i t y e v a l u a t i o n 辽j 。t = 程技术大学硕士学位论文 n 0 1 1 绪论 1 1 煤矸石的研究概述 1 1 1 煤矸石的产生 煤矸石是煤炭开采与加工过程中产生和排放的固体废弃物，是一种 在成煤过程中与煤层伴生的黑灰色岩石。我国煤矸石主要来自于石炭系、 二叠系晚期侏罗至早白垩系等含煤地层。它是由碳质页岩、碳质泥岩、 砂岩、页岩、粘土等岩石组成的混合物。矸石的矿物成分主要是高岭土、 石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤矿排放的矸石量很大， 其排放量约为煤矿原煤产量的l5 - - 2 0 ，是我国目前排放量最大的工 业固体废弃物之一，被视为固、气、液三害俱全的“工业废料”。2 0 0 0 年全国煤矸石排放总量达1 亿多吨，约占全国工业废渣排放量的l 4 。目 前全国煤矸石的总积存量已达3 0 亿t 以上，形成矸石山15 0 0 多座，而 且排放量仍在逐年增长，矸石山几乎成为我国煤矿的“标志”。 1 1 2 煤矸石的化学组成 随着不同产地，不同层位，不同成因，不同开采方式，煤矸石的化 学组成也各异。除含有碳外，一般以氧化物为主，如s i 0 2 ，a 1 2 0 3 ，f e 2 0 3 ， c a o ，m g o ，k 2 0 等，1 9 个国家重点煤矿的3 8 个煤矸石样品的化学分析表 明，其中s i 0 2 和a 1 2 03 ，占较大比例，分别占4 0 6 5 和l 5 3 5 ， 此外还有常量组分c ，s i ，n a ，k ，c a ，m g ，s ，f e 等以及少量微量元素 p b ，b e ，c u ，m n ，a s ，z n ，c r ，c d ，n i ，b a ，s e ，h g ，f 等。 1 2 煤矸石淋溶水对地下水的污染现状研究 目前国内外采煤和洗选过程中排出的矸石大多弃置于山沟、平川一 带，大都长期堆放，利用率极低，煤矸石的大量排放和自燃以及矸石山酸 性淋溶水的超标排放等不仅使矿区生态环境日趋恶化，而且严重污染了 煤矿和周边环境的江河水体，直接影响农业、林业等生产。 煤矸石在露天堆放过程中，由于风化和雨水淋溶，促进了煤矸石中 有害重金属的活性，部分被溶解析出的有害物质随降水形成地表径流进 入水体或渗入土壤，从而污染了水源及其附近土壤。煤矸石中淋溶析出 的金属元素有c d 、p b 、h g 、c r 、a s 、c u 、z n 、a i 、c a 等，它们的排放 与转移会对接纳水体造成污染。而c d 、p b 、h g 、c r 、a s 等重金属离子 辽宁工程技术大学硕士学位论文 n o 2 毒性非常大，能在环境中蓄积于动植物体内，对人体健康产生长远的不 良影响，会引起急、慢性中毒，造成人体肝、肾、肺等组织的伤害。严 重时会对人体的三大系统造成伤害，甚至能够导致畸形、癌变和死亡。 另外，自燃矸石山释放出大量的s 0 2 、c o 、h 2 s 、n o x 气体进入空气并 随着雨水降落到地表，形成酸雨使土壤酸化或盐化，导致了矿区乃至周 边环境水体的污染。如加拿大酱对部分矿山酸性水的产生和持续时间进 行调查，发现有的矿山在煤矸石库关闭几百年后仍然大量渗漏酸性排水。 到1 9 8 8 年底，一共调查了1 0 8 个废矿，其中2 1 个由于排出酸性废水， 被评为危险场地。酸性排水影响面积超过15 0 0 0 h m 2 ，处理费用惊人，仅 土地恢复费用即超过3 0 亿美元。美国俄亥俄州某矿区，受长期的风化淋 溶作用，在半月的时间内，矸石山附近水体的硫酸盐浓度增加了2 0 9 l 一。 水体的硫酸盐浓度增加了2 0 9 l 一，在我国西南、西北以及山西一些高含 硫矸石山矿区情况尤为严重。 近十年来，国外对煤矸石酸性水排放和有害元素迁移也做了卓有成 效的研究工作。a s t r o mm 实验研究了暴露于地表条件下含a i ，c o ，c r ，c u ， f e m n n i 和v 细粒硫化物的氧化作用和金属的迁移。b e n v e n u t i 研究了 废弃矿区采矿废弃物引起的重金属污染。k o o n e r 对比研究了在水溶液体 系中针铁矿对铜、铅、锌的吸附行为。b l o w es 研究了加拿大某矿山尾矿 硫化物空隙水的地球化学和矿物学，不活动硫化物尾矿中胶结层的形成 及其潜在意义，并提出防止酸性排水产生的新方法。s h a w 进行尾矿氧化 淋滤实验柱实验，对不同硫化物含量的尾矿氧化产物进行矿物学研究。 余运波h ”等以山东省一些煤矸石堆为例通过学习实验研究得出：黄 铁矿的氧化导致了煤矸石堆放区相邻水体的8 0 4 “，f e ，a 1 的浓度增大， 煤矸石风化生成的大量酸使淋滤液p h 值降低，在酸的作用下水中c a ”和 m 9 2 + 的浓度增大并维持在一定的水平，风化使煤矸石中的黄铁矿发生氧 化并以可溶性f e 孝l l 硫酸盐形式迁移至淋滤液中，煤矸石中富含的多种多 环芳烃能迁移到附近的水体中，对环境造成大量的有机物污染，这污 染应引起有关方面的高度重视。刘鹏“”等利用渗流力学和溶质运移理论， 定量的研究煤矸石在不同质地的土壤和降雨强度下，微量元素析出的情 况，并建立了描述微量元素在土壤一水环境系统中迁移的数学模型，通 过数值模拟，预测煤矸石淋溶微量元素在地下水中浓度的分布。刘志斌”3 辽+ 卜f 程技术大学硕士学位论文 等在对于阜新于家沟地区地下水的各种污染源和污染途径进行了深入调 查研究的基础上，进行了地下水水质分析以及煤矸石的淋溶实验和浸出 实验，获得了大量真实可靠的数据，再综合分析研究得出了煤矸石山溢 流水中的盐类是造成于家沟地区地下水污染的主要原因的结论。 1 3 环境质量评价的研究现状 1 3 1 国外研究现状 环境质量评价在国外始于2 0 世纪的6 0 年代中期，由于在2 0 世纪中 期五六十年代，世界各地出现了不同程度的公害事件，环境污染再不是 之前的潜在污染，而是直接影响到人类的生产活动和身体健康，这也促 使了环境科学的快速发展。环境质量评价虽在2 0 世纪6 0 年代开始研究 和应用，但在7 0 年代才蓬勃发展起来，人们对环境的防治从以前的消极 防止转入到积极防治。 1 3 2 国内研究现状 在我国，环境质量的评价研究在2 0 世纪7 0 年代以后才开始发展起 来，虽然起步较晚，但在评价指数系统、模式控制分析及评价理论探索 方面都有很大的进展。随后，我国的环境质量评价研究在深度和广度上 都有了很大的突破与发展。从环境要素评价发展到区域环境综合评价： 从城市环境评价到农业生态环境评价、海域环境评价、风景旅游环境评 价、工业生产环境评价等多领域的环境质量评价：从现状环境评价为主 发展到以环境影响评价为主，并涉及经济损益分析、风险评价等新内容； 在评价理论和方法上，已经不局限于一般的指数评价，还进行了主观与 客观相结合的生物学评价、卫生学评价、美学评价等广泛探索。 1 4 论文研究的内容、方法、和技术路线 论文主要通过对阜新新邱露天矿附近的于家沟地区地下水污染成因 的研究，全面查清了露天矿剥离物堆积造成的区域污染和生态破坏问题， 并对该地区的水质进行分段布点采样，用模糊数学的方法对其进行评价， 确定该区域不同地段的水质的污染级别，并提出污染防治对策和煤矸石 综合利用措施。 采用多种数学评价方法，如f u z z y 概率法评价、模糊聚类分析、灰色 聚类分析、灰色关联分析、灰色局势决策等，对于家沟地区地表水与地 下水水质进行分析并布点采样，模拟淋溶实验分析该地区水质所包括的 辽宁：e 程技术大学硕士学位论文 污染物质，选取污染比较严重的污染因子进行分析水质污染级别，并对 各评价方法进行分析比较，确定每种评价方法所适应的评价区域e ( 1 ) 对所研究区域的环境状况进行详细介绍； ( 2 ) 对该研究区的地表水和地下水进行采样分析确定其污染状况， 并对其水质进行评价： ( 3 ) 对煤矸石中淋溶水进行分析，确定其无机盐种类并作了相应的 回归分析； ( 4 ) 运用多种评价方法对该地区水质进行评价，确定该地区总体污 染级别及各个污染因子的污染水平，并介绍了煤矸石中多种重金属对人 体健康的影响及其采取的防治对策。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 研究区水污染状况与评价 新邱露天矿矸石山位于阜新市东北部1 4 公里处，新邱露天矿币南。 其煤矿剥离土及煤矸石形成的巨大煤矸石山已有几十年的历史。煤矸石 山对环境产生怎样的影响，已引起人们的极大关注。市环保局对煤矸石 山西南地区污染成因做出结论，为此，市环境监测中心站对该地区的水 质状况进行了专题立项调查与研究。 本课题在现场勘察和访问群众的基础上，共布设地下水监测点位十 七个，覆盖于家沟村。地表水监测点位三个。地下水及地表水监测点位 平面位置见图2 1 。 本研究对该区地下水质选取十二项监测因子进行分析( p h 、浊度、 硬度、硫酸根、氯化物、硝酸盐氮、硫化物、溶解性总固体、高锰酸就 指数、铁、锰、钠) ，对该区地面水选取十五项监测因子进行分析( 高 锰酸盐指数、矿物油、c o d 。，、浊度、n 0 3 n 、s 0 4 。、挥发酚、总铁、s “、 c i 、总硬度、异味、m n 、p h 、f ) 。监测分析方法按国家环保局规定的 标准分析方法，具体方法见表2 1 。 表2 1地表水及地下水监测分析方法 序号 监测项目分析方法 p h 总硬度 s o a p c l 浊度 n 0 3 一n s o d 。 溶解性总同体 高锰酸盐指数 铁 锰 玻璃电极法 e d t a 滴定法 e d t a 滴定法 硝酸根滴定法 分光光度法( 地下水) 耳视比浊法( 地表水) 硝酸根电离法 对氨摹二甲基苯胺光度法 重量法 酸性法 邻菲罗啉分光光度法( 地表水) 原子吸收法( 地下水) 甲醛陧光度法( 地表水) 原子吸收法( 地下水) 12钠原子吸收法 13挥发酚4 氨基安替比林直接光度法 14c o d 。，重铬酸钾法 15 矿物油 紫外分光光度法 16异味 文字描述法 ! ! 量堕奎主塑垄鎏一 2 3 4 5 6 7 8 9 辽宁工程技术人学硕士学位论文 n o 6 2 1 研究区概况 2 1 1 地理位置 研究区位于阜新县城东南约1 5 7 5 k m 处，行政归属于细河区长营 子镇。东邻七家子水库，南界矿务局十二厂，西近城南住宅，北接新邱 区，其面积约为1 0 k m 2 。地理坐标：东经1 2 1 。4 57 1 2 l0 4 97 ，北纬4 2 0 17 3 0 ” 一4 2 。37 4 0 ”。 2 1 ，2 气候 本区属北温带大陆性季风气候区，四季分明，雨热同期，光照充足， 冬季严寒，夏季炎热多雨，一年内常有干旱、冰雹、暴雨、霜冻的不利 天气。 具体情况如下：年平均降水量5 3 9 3 m m ，年平均气温为7 5 7 6 ， 年平均风速为1 9 m s ，年平均无霜期为15 1 天，年平均日照数为2 8 6 8 h ， 5 月份r 照时数最高长为2 8 8 h 。 年平均蒸发量为1 8 0 9 5 m m 。年平均干旱指数为1 9 6 。 综上所述，该区冬季受蒙古寒带高压控制，夏季受副热带高压影响， 山丘较多水土流失严重，全区属半干旱半湿润的过渡带。 2 1 。3 地形地貌 研究区内总体地貌属山丘和冲积平原的过渡部位，整个区域呈现东 南高，西北低的地势，东南、南为低的丘陵，西北北为细河流域的河谷， 河漫滩地貌。由于在北部有占地约5 k m 2 的人造矿山的存在，使地形更加 复杂化，这样就够成了北、东、南三面高，西北低的地势。这就决定了 整个水系的流向分为东北一西南西北；东南西北其中东南一西北，最大高 程为2 6 9 m ，最小为1 6 2 m ，其坡降为ji 。 东北一西南西北水系又分为：东北一西南，最大高程为2 5 5 m ，最小为1 9 9 m ， 其坡降为i3 ，西南西北，最大高程为1 9 9 m ，最小为1 6 2 m ，其坡降为 7 ，此水系并有诸如南湖、胜利湖等蓄水溏地的平静水塘。而西北部的 细河，其坡降为3 。 总之，尽管由于矸石山的堆积给地表造成复杂的地貌，但水系基本 清楚，由于地理条件使矸石山溢流水有充足的时间向下渗透。 2 。1 。4 植被 研究区的植被主要有：树木、草地和农作物。本区的树木属于华北 辽宁工程技术大学硕士学位论文 植物区系和内蒙植物区系的针叶林，阔叶林以及混交林。 林下草本覆盖度为3 0 - 5 0 ，灌木主要有山杏、胡枝子、黄柳、榛子、 花木兰、锦鸡儿、沙棘等。草群最大密度为1 0 0 0 棵m 2 ，其草群高度为 2 0 4 0 c m 。林草的存在对保持水土、改善生态起着重要作用。 2 1 5 土壤 该区的土壤主要分部于西南、西北部，面积约1 0 k m 2 。其中耕土层 以褐黄色耕型坡洪积潮棕壤为主。土壤层最大为1 5 m 厚，孔隙度为 4 4 4 8 ，土层持水量3 0 - 4 0 ，以团块结构和紧实度强为特点。整体覆盖 层渗透性能好。 2 1 a 水文和水文地质 细河在研究区西北侧流过，该河发源于阜新县东北骆驼山西坡，全 长1 0 6 k m ，年平均径流量0 15 亿m 3 。 由于此河处于上游，所以河谷较窄，流速较大，水质较好，该研究 区也是细河流域的东南发源地，其水源季节性很强。该区除细河外还有 季节性的于家沟河以及胜利南湖两个季节性水库构成该地区的地表水系 该水系以及其它更短暂的季节性径流其水量严格受大气降水的控制，也 就是与气候密切相关，排泄方式除部分注入细河蒸发和民畜、灌溉用外， 主要以下渗方式补给第四纪潜水层。 该区地表覆着新生代第四纪全新统冲积地层，其岩性从上到下大致 为耕土、亚砂土、细砂层、粗砂层、砂砾层、基岩风化层，该段厚度约 3 1 0 m ，自东南向西北加厚。在上述覆盖层的底部即下深3 8 m 为地表以 下第一个含水层即该区的潜水层，主要分部于西南西北部，多发育在河 道冲沟两侧及水库周围呈宽带状，其厚度为2 - 5 m ，由东南向西北加厚， 含水层的岩性多以粗砂、砂砾层和基岩石风化层为主，该层单位涌水量为 15 - 2 0 1 s m ，水位标高在1 6 5 1 8 5 m 之间，渗透系数为2 0 0 3 0 0m 日，潜水 流向为东南西北，水力坡度为0 2 0 5 ，迳流速度较快，条件较好。该 水体来源于大气降水及地表水体，其排泄方式除部分民畜、灌溉及工业 企业用外，以向下含水层渗透为主。该水体为主要研究对象。 2 2 研究区的地表水质污染现状与评价 研究区的地表水质包括南湖、胜利水库和细河。南湖位于研究区域 东侧，该湖是由于新邱露天矿煤矸石堆积堰塞而成，湖水没有出口，为 辽宁j 二程技术大学硕士学位论文 死水湖，湖水由聚集周围雨水得到补充。胜利水库位于研究区域中心， 有一季节性小河为其补充水源。细河位于研究区域的西北部。 为了判断研究区内地表水对地下水污染的影响，找出地表水与地下水 污染的相关系，我们对研究区域内的地表水一细河、南湖、胜利水库的水 质状况进行了监测，监测结果见表2 2 ，并对监测结果进行了综合评价， 以确定地表水对地下水污染的影响。 表2 2地表水监测结果单位，m g l 高锰酸盐指数 5 5 7 4 1 7 矿物油036 c o d 。， 1 4 4 1 0 浊度 1 2 5 7 6 01 16 7 n 0 1 一n 0 2 5 0 2 52 9 ，3 5 s04”4526 8 0 2 10 3 3 挥发酚 14 8 总f e 0 7 8 60 5 9 4 1 1 0 7 s2。0 0 4 30 0 3 8 0 0 2 1 c l 2 8 8 6 15 27 1 2 6 8 4 4 总硬度 2 2 2 4 06 8 2 5 9 8 8 28 8 异味 1 1 4 m n o 2 2 5 0 0 6 8 0 18 7 p h 7 3 4 7 6 48 4 3 f一037 0 3 32 9 2 对南湖胜利水库水质评价标准选用g b 3 8 3 8 - 8 8 地面水环境质量评 价标准中的i v 类标准。 评价方法采用综合指数法，公式如下 式中 p u j d 厂了类水用途指数，m g l ； c h 类污染物的实测浓度，m 朗； 三r 一污染物对应类水用途的标准，m g l 。 p h 的计算方法： ( 2 1 ) 口h ：旦丝( 2 。2 ) 3 c c 。 式中：夏一一评价标准最高值和最低值的平均值，m g h c 。，一一评价标准的最高值或最低值，m g l a ! 塑：竖垫查奎堂堡主堂垡堡壅 堕! ：! _ p 值的取得方法：p厄丽 ( 2 3 ) 式中： p 一一水质污染综合指数，m g l ； p o m a x 一一最大分指数，m g l ； p 1 一分指数，m g l 。 表2 - 3 南湖、胜利水库水质评价结果 单位m g l 评价因子 评价标准雨丽r 璺d 基硅耳旷 表2 - 4地表水环境质量分级标准 级别，值 说明 清洁 2 ，0相当一部分检出值超标数倍或几 从评价结果看，南湖水质属中污染水质，胜利水库属轻污染水质。 对细河水质污染现状的评价标准，我们选用g b 3 8 3 8 8 8 地面水环 境质量评价标准中的v 类标准。评价方法同南湖、胜利水库。评价因 子，增加了矿物油。评价结果见表2 5 。 表2 - 5 细河水质评价结果 c o d 。 2 55 7 6 4 n 0 4 - n2 51 17 s o o 2 5 00 4 l3 挥发酚01 14 8 f e 1 0 1 1 1 c l 2 5 01 0 7 m n 100 1 9 f 。l 。5 1 9 5 d h 6 - 9 0 6 2 评价结果表明细河水质属严重污染水质。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 n 0 1 0 2 3 研究区域地下水污染现状与评价 2 。3 。1 地下水环境背景值和污染起始值的确定 通过对研究区内地下水监测点位采集的样品组分的实验室分析( 分 析结果见表2 6 ) ，我们对研究区域地下水污染现状运用两种方法评价： 一种是对该研究区地下水的水质进行综合评价。另一种方法是对该地区 地下水生活饮用水质的评价。 表2 - 6研究区地下水水质分析结果单位，m g l 6 4 7 2 23 22 6 1 3 83 8 7 5 2 3 5 60 0 18 2 9 08 7 0 0 15 0 0 0 52 6 1 95 0 1 7 4 7 3 020 2 0 8 8 717 7 5 93 3 1 2 0 0 1 15 5 10 9 30 0 2 60 0 0 53 9 3 47 4 4 8 4 7 i 62 05 4 6 9 72 2 6 9 53 0 9 5 0 0 12 1 1 11 4 80 ，0 150 0 0 55 75 11 1 0 0 9 069 91 54 0 8 7 710 9 0 12 8 4 0 0 0 1 18 8 71 0 3 0 0 2 2 0 0 0 58 5 3 69 2 9 1 0 46 9 33 ，74 2 3 4 55 6 7 8 18 8 50 0 11 0 6 81 3 40 0 150 0 355 8 2 77 8 9 11 4 6 9 22 87 1 0 0 52 9 2 0 03 7 3 9 0 0 13 0 3 61 3 40 ，0 3 2 0 0 0 54 0 7 815 2 0 1 2 470 6 1 53 17 4 11 9 5 2 83 4 9 00 0 1 18 8 91 2 50 0 1 50 0 0 52 6 8 08 5 9 13 4 6 8 33 22 2 3 2 715 7 2 03 0 3 8 0 0 1i4 0 215 60 0 8 10 0 0 55 5 3 06 4 9 1 4 46 7 02 04 3 5 2 3 6 0 8 7 64 2 8 6 0 0 12 4 9 01 5 300 7 30 0 0 91 0 3 5 81 4 8 7 1 5 46 9 8 4 33 6 6 4 83 5 5 56 6 60 0 1 9 8 41 3 00 0 9 20 0 1 13 6 2 56 4 7 16 87 0 32 02 9 1 1213 7 ，8 52 7 ，9 0 0 0 113 4 810 60 0 15 0 0 0 55 5 1 16 2 3 1 ：互：2 2：三苎：垒1 2 ：i qz ：2 q q ：q !竺兰21 ：! 婪竺：竺! 竺：q 竺i三! ：互q 研究区域地下水环境各种监测因子的背景值和污染起始值见表2 - 7 。 背景值结果表明，该研究区地下水环境背景值低于地下水质量分类三级 标准。 表2 7地下水环境背景值和环境污染起始值单位，m g l 监测项目环境背景值 污染起始值 篇尘蠢磊雷：i 毒菇；。 浊度 1 92 8 2 3 硬度 2 3 6 6 0 3 0 9 1 64 5 0 s 0 42。871 1 2 552 5 0 cl一4923 7 5 6 52 5 0 n o ，n 15 9 1 2 37 42 0 s2001 0 0 1未检出 溶解性总固体 5 4 07 2 1 7 9 10 0 0 高锰酸盐指数 o 9 9 1 2 1 3 f e0 0 18 0 0 2 6 0 3 m n0 0 0 5 0 0 0 5 0 1 塑! ! ：j ! 竖立三二_ 二誓竺一 2 3 2 地下水水质污染程度评价 辽宁= 程技术大学硕士学位论文 ( 1 ) 地下水水质污染程度单项评价。通过对监测点位地下水污染因 子的分析，得出各污染因子的实测浓度，并与污染起始值相比对，求得 各污染因子的单项分指数，以此做为评价污染因子对地水下的污染程度。 表2 7 表明，所有评价点位的硫酸盐、总硬度、溶解性总固体、钠均超 过污染起始值。 ( 2 ) 地下水水质污染程度综合评价。根据对研究区地下水环境背景 值和环境污染起始值的确定，采用综合指数法对研究区内各监测点位的 污染程度进行综合评价，其具体方式是，用实测值与污染起始值相比对， 如果实测值超过了起始值，我们说实测值所在位置的地下水受了污染 2 1 。 污染程度综合指数计算公式为： 职= 莩熹t g 等 协4 ， 式中：c 。一一样品中某污染物的实际浓度，m g l ； c 6 ，一一该种污染物的饮用水标准，m g l ； 一一该种污染物的污染起始值，m g l ； e 岛一一调查中所有污染物饮用水标准总和，m g 1 ； ：一一某水井中地下水污染指数； j l 卜一监测的项目数。 各监测点位的地下水水质污染程度的综合评价见表2 7 。通过对照标 准对研究区内各监测点位的污染程度进行了分级，分级结果见表2 - 8 。 表2 - 8研究区地下水质污染程度综合评价结果 堑主i 型堡查奎兰塑主堂垡堡窭 坚! ：! ! 表2 - 9各监测点位地下水水质污染分级表 募裂喜舞6 4 j ? 4 、玲麓4 、15121615 ”一分布情况”、4 、17 # 4 为了进一步验证监测点位地下水质污染程度分级的准确度，我们通 过积分值法对上述点位积分分级3 。分级式为： y 口1 0 m = ! l 二一 表2 1 0 研究区监测点位地f 水积分值状况统计表 ( 2 - 5 ) 浊度 2 8 28 112 81 2 817 16 99 217 18 012 86 012 86 8 总硬度3 0 9 16 5 63 82 63 03 6 1 83 34 3 1 94 34 54 6 s o d 2 。1 2 55 4 45 52 12 82 71 63 65 12 63 13 93 0 c l 7 5 6 517 73 93 06 31 2 12 4 3 54 4 1 119 35 0 3 9 3 n 0 3 1 4 2 3 7 4 9 2 6 57 07 6l1 45 86 27 15 03 2 47 72 9 6 溶解性 总蒯体 高锰酸 盐指数 7 2 1 7 97 94 23 13 56 12 23 5 4 7 2 66 74 97 1 1 2 112 61 1 87 41 0 78 28 28 87 07 18 51 0 39 3 f e0 0 2 6l5 89 115 810 715 87 4l5 8 2 9 3 22 6 15 8l5 8 m n0 0 0 5 91 9 19 19 19 ，19 19 19 15 04 1919 1 n a19 8 31 3 l1 9 71 - 8 74 2 7 2 9 1 2 0 4 1 3 42 7 65 18 1 8 12 7 51 5 7 s o0 0 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 1 9 1 绝对值 1 0 6 3 88 0 47 5 18 2 0 8 4 5 6 1 2 8 6 7 6 4 85 2 11 0 118 6 413 9 4 m 值 9 0 27 5 86 6 57 3 57 5 26 1 2 7 3 8 6 4 8 4 9 3 6 9 47 7 58 4 8 由求的值得分级表，见表2 - 1 1 。 表2 1 1 地f 水水质分级污染指数 笠堡型坌逼鎏猩廑 1 未污染 9( 1 ) 2轻污染 9 2 0 ( 2 ) 3中等污染 2 0 3 0( 3 ) 4轻重污染 3 0 - 4 0( 4 ) i罡重星塑 三! ! ! ! 1 2 3 3 地下水中主要污染因子的排序 造成地下水污染的诸因子对地下水污染具有不同的贡献值。如果把 研究区内各监测点位某一污染因子的分指数i 减1 后加和起来，此值表 辽宁工程技术大学硕士学位论文 现为某一污染因子在所有监测点位上超标倍数的代数和 引，即： 喜一 陋s ， 其中： 为点位数。 结果见表2 1 2 ，该值的大小反映了某污染因子在研究区地下水污 染过程中所起作用的大小。 表2 1 2 主要污染因子筛选状况 从上表中的w ：值可以看出，研究区地下水污染主要是由无机盐类引 起的。 2 3 4 研究区生活饮用水水质评价 以上通过地下水水质污染程度综合评价，对各监测点位水质污染状 况进行了分级，它反映了各监测点位的水质污染程度。但污染后地下水 是否还可以作为饮用水源，必须用生活饮用水卫生标准进行综合评价， 以判段监测点位地下水井是否失去饮用价值。在用生活饮用水卫生标准 评价前，我们首先对研究区的所有监测点位的水质进行了质量评价，以 大致圈定饮用水的适用范围。 地下水质量评价以地下水水质调查分析资料和水质监测资料为基 础，分为单项组分评价和综合评价两种【4 】。 计算公式如下： p t i i ( 2 - 7 ) 式中：p ；，一1 类水用途指数，m g l ： “一一i 污染物对应，类水用途的标准，m g l ； c ，一一f 污染物的实测浓度，m g l 。 参加评价因子为p h 、浊度、硫酸盐、路化物、硝酸盐、硫化物、溶 解性总固体、高锰酸盐指数、铁、锰、钠、总硬度。评价标准依据 g b t 1 8 4 8 9 3 地下水质量标准。本标准没有规定的项目，采用欧洲 经济共同体提出的饮用水水质标准。评价范围为研究区内所有地下水 监测点位。评价结果见表2 13 和2 一1 4 。综合评价结果表明：6 撑、7 # 、8 # 、 10 样、1 2 # 、15 存、17 # 点位水质是好的，可以继续饮用。9 # 、1 1 撑、13 # 、 1 4 撑、1 6 撑点位水质以受到污染，不宜饮用。 表2 一l3 研究区生活饮用水水质评价指数结果 监测项 评价 监测点位 目 标准万彳广8 4 歹i 了1 1 * 1 2 “1 3 1 4 # 15 4 1 6 417 # 浊度 茎31 0 60 ，6 6 0 6 6 0 ，5 01 2 30 9 3 0 5 0 1 0 60 6 61 4 30 6 61 2 6 总硬度s4 5 01 111 6 52 4 4 2 ，0 6 1 7 53 3 71 9 11 4 43 3 01 4 41 3 81 35 s 0 4 2 。12 5 01 0 40 8 42 191 6 4 1 6 92 8 41 2 70 8 91 7 41 4 71 1 6 1 5 3 c l 茎2 5 0015 0 7 1 0 9 10 4 40 2 31 170 ，7 8 0 6 32 4 4 0 1 4 0 6 9 0 0 7 n 0 3 - ns2 0 1 18 16 61 5 3 1 4 20 9 4 1 8 7 1 7 5 1 5 22 140 3 31 3 90 3 6 惹篙暮_ 1 0 0 0 。，s ，s s z ，s 。，。t ，s ，。：。，。，s ，s 。， 耋誓璧 茎， 。z ，。，s 。，。a s 。s 。t z 。s z 。s ，。a ，。，s 。s ， f e 曼0 3 o 0 50 0 8 0 0 500 70 0 50 11 o 0 5 o 2 70 2 4o 3 10 ，0 50 0 5 m n茎0 10 0 50 0 5 0 0 5 0 0 50 3 5 0 0 5 0 0 5 0 0 50 0 90 11 0 0 50 0 5 n a 曼2 0 1 3 l1 9 71 8 74 2 72 9 1 2 0 41 ，3 42 7 65 181 8 1 2 7 51 5 7 p h6 5 8 0 2 80 2 0 0 3 40 51 0 5 7 0 5 8 0 4 4 0 6 70 8 0 0 5 20 4 7 o 5 7 s 2 不检00 0000000000 p ；值 1 111 6 12 0 3 3 2 72 7 2 2 7 61 ，6 02 1 64 0 4 1 4 82 141 3 0 表2 14 生活饮用水水质评价分级情况 里! 些垫查盔堂堡主兰堡笙壅 型! ：! 1 3 煤矸石中无机盐类对地下水污染影响试验研究 3 1 对煤矸石淋溶试验和浸出试验步骤 ( 1 ) 实验材料 实验用煤矸石采自于家村北、新邱露天矿、煤矸石山。 选取四类有代表性的煤矸石样品： l # 样品：煤矸石山底层、高度风化煤矸石( 风化岩石、风化煤矸石 及粘土矿物混合物) 。 2 撑样品：煤矸石山表层、半风化岩石( 不含煤质的半风化岩石) 。 3 # 样品：煤矸石山表层、半风化煤矸石( 灰黑色、含煤质的矸石) 。 4 社样品：煤矸石山表层高度风化煤矸石( 风化岩石、风化煤矸石及 粘土矿物混合物) 。 采样方法：在煤矸石山上采用“蛇形布点法”，每类样品确定1 0 个 采样点位，10 个样品混合后用“四分法”缩分，带回室内破碎成粒度小 于l0 r a m 的颗粒备用。 ( 2 ) 实验方法 a 煤矸石中无机盐类淋溶试验 模拟自然降水对煤矸石中无机盐类的淋溶作用，在】0 0 0 m l 简式分液 漏斗底部铺设两层定量滤纸，然后装入2 0 0 m m 厚( 1 0 0 0 克) 煤矸石样品， 轻轻摇动，使其紧实。模拟自然降雨，采用间歇式淋溶方式，每次加去 离子水5 0 0 m l ，液层厚度1 2 0 m m ，分液漏斗下面用三角瓶接收溶出液。 测定溶出液中的总硬度、硫酸盐、硝酸盐、锰、铁、钠、氯化物、p h 。 监测分析方法与地下水分析方法相同。实验装置见图l 一2 。 b ，煤矸石中无机盐类浸出试验 称2 5 0 克煤矸石样品，置于2 5 0 0 m l 试剂瓶中，加去离子水2 5 0 0 m l ， 固：水为1 ：1 0 。不定期振摇，浸泡1o o 小时，将上清液用定量滤纸过滤， 测定滤液中的总硬度、硫酸盐、硝酸盐、锰、铁、钠、氯化物、p h 、硫 化物、溶解性总固体、高锰酸盐指数、浊度。 本研究项目共累计取得地下水分析实验数据和煤矸石水溶物分析实 验数据8 4 3 个。研究方法上重现场调查、重分析化验、采用综合剖析的 方法对新邱煤矸石山西南地区于家沟的各种污染源和污染途径进行了深 辽宁工程技术大学硕士学位沧文n 0 i7 入的调查研究、试验和实验室分析，在获得大量真实的、可靠的实验数 据的基础上，得出了煤矸石山溢流水中盐类污染是造成于家沟地下水污 染之成因的结论。 图3 1 模拟淋溶水装置 图3 2 地下水水质污染稗度分级示意图 辽宁：程技术大学硕十学位论文 3 2 煤矸石中无机盐类淋溶试验结果 3 2 1 煤矸石中无机盐类对地下水污染影响 煤矸石中无机盐类淋溶试验结果见表5 一l 、表5 2 和表5 3 。结果表明，煤矸石山底层 高度风化煤矸石( 1 8 样品) 初次淋溶液中总硬度高达2 1 7 0 m g l 超出生活饮用水卫生标 准g b 5 7 4 9 8 53 8 2 倍。初次淋溶液中硫酸盐浓度高达1 5 0 0 m g l ，超出生活饮用水卫生 标准5 倍。硝酸盐浓度为6 1 8 2 m g l ，以氮计不超标。锰浓度为o 4 0 2 m g l ，超出生 活饮用水卫生标准g b 5 7 4 9 8 53 0 2 倍。钠浓度为8 1 0 ，5 m g m 。淋溶液中铁及氯化物均未 检出f 表3 1 、3 2 、3 3 中所列数据按检测下限1 ，2 报出) 。 1 4 样品淋溶液的p h 值大部分偏 碱性。 煤矸石山表层半风化岩石( 2 # 样品) 初次淋溶液中总硬度为6 5 5 m g l ，超出生活饮 用水卫生标准g b 5 7 4 9 8 5o 4 6 倍。初次淋溶液中硫酸盐浓度为3 8 7 m g l 超出生活饮用 水卫生标准g b 5 7 4 9 8 50 5 5 倍。硝酸盐浓度为4 4 0 6 m g l ，以氮计不超标。2 # 样品初次 淋溶液中锰浓度较高，达1 5 4 6 m g l ，超出生活饮用水卫生标准g b 5 7 4 9 8 51 4 4 6 倍。 初次淋浴液中钠浓度为4 3 8 8 m g l 淋溶液中铁及氯化物均未检出。2 # 样品淋溶液的p h 值 大部分偏酸性。 煤矸石堆表层半风化煤矸石( 3 样品) 初次淋溶液中大部分无机盐类浓度较低，标 准g b 5 7 4 9 8 5 规定的浓度限值。3 社样品初次淋溶液中钠浓度为5 3 5 3 m g l ，铁及氯化物均 未检出，只有锰浓度较高，为o 2 9 4 m g l ，超出生活饮用水卫生标准g b 5 7 4 9 8 51 9 4 倍。3 撑样品淋溶液的p h 值大部分偏碱性。 上述结果表明，煤矸石中无机盐类雨淋下滤后，会对地下水总硬度、硫酸盐、锰、钠、 p h 产生污染影响。特别是煤矸石山底层高度风化煤矸石( 1 群样品) 初次淋溶液中总硬度、 硫酸盐、锰、钠都远超出生活饮用水卫生标准g b 5 7 4 9 8 5 ，这是由于表层煤矸石中无 机盐类淋溶后，向下层煤矸石中渗漏，在下层煤矸石中积累起来，最后溶液进入地下水， 对地下水产生污染 6 】。 表3 2 结果还表明，2 群样品( 煤矸石山表层半风化岩石) 初次淋溶液中锰含量较高， 这是因为这种岩石富含可溶性锰，也说明煤矸石山附近地下水锰污染主要来自于风化岩 石。 冀主三塑垫查盔兰堡_ 圭堂堡堕塞 堕! ：! ! ! ! ! 塑! 鲤! 塑 6 0 07 2 0 8 4 09 6 01 0 8 0 函矿 夏矿 茬耋