磷石膏堆场渗漏对岩溶地下水环境影响研究

摘要

磷石膏作为磷酸制取工艺过程的副产物，其堆存过程中产生的环境风险问题受到了国内外学者的广泛关注。瓮福磷石膏堆场作为贵州省最大的废弃物堆场之一，投入使用以来出现的渗漏问题给当地岩溶水环境产生严重威胁。因此本文选择瓮福磷石膏堆场及周边不同水体为研究对象，分别于丰水期（2016年5月）、平水期（2016年8月）和枯水期（2016年12月）的对地下水、地表水和磷石膏渗滤液进行了样品采集，并对易变参数(如T、pH、EC、Eh、DO等)、水化学组分（阴阳离子等）以及总磷、氟和金属含量进行了测试。利用传统水化学结合多元统计分析方法对区域水环境特征进行分析，同时对地下水水质进行评价，并利用水文地球化学模拟，以期初步揭示堆场渗漏影响下岩溶区地下水的水质演化规律。得到以下阶段性的认识：
　　（1）磷石膏渗滤液呈强酸性且盐度较高，各参数特征主要取决于湿法制磷酸以及湿法堆存工艺流程，受大气降水补给径流等外界条件的影响较小。其主要特征污染物为TP、F-、SO42-，含量分别高达：5182mg/L、2039mg/L、422mg/L，金属污染物有Fe，Mn，含量分别是41.6 mg/L，7.52 mg/L。研究区地下水在丰、平、枯三期受污染的呈酸性，未受污染的呈中性至弱碱性，地表水则呈弱碱性。地下水EC值高于同期地表水，DO值低于同期地表水，研究区水体呈氧化性。
　　（2）研究区水体主要离子为Mg2+，Ca2+，HCO3-，SO42-，约占90%。主要来源于喀斯特地质背景下的水岩反应，研究区水体主要水化学类型为Ca2+-HCO3-型，其中受污染影响下的地下水化学类型有向Mg2+-Ca2+-SO42-演化的趋势。研究区特征污染物空间分布表明，磷石膏渗滤液渗漏至地下水中为非均匀扩散，且表现出明显的方向性，这可能与岩溶区岩溶裂隙或地下岩溶通道密切相关。
　　（3）磷石膏堆场主要通过岩溶裂隙或管道渗漏对G1（发财洞）方向地下水体造成影响，没有表现出对周边地下水形成辐射状污染的特征。G10（龙井）方向主要受瓮福厂区渗漏的影响，污染程度远小于G1（发财洞）。研究区地下水绝大部分水质表现为极好和良好，G10（龙井）点地下水水质表现为差，而G1（发财洞）受污染严重。
　　（4）丰、平、枯三期地下水与渗滤液的混合比例分别为1∶0.038、1∶0.215、1∶0.575。可估算出三期发财洞的流量分别为76.5、18.6、7.7 m3/hr。丰水期渗漏过程中主要是白云岩与石膏溶解并伴随有去白云化作用，这些反应将加速地下碳酸盐岩层的岩溶发育；而渗滤液中PO43-，Fe在迁移过程中随着pH及离子浓度的变化，易形成羟磷灰石、Fe(OH)3、蓝铁矿沉淀析出。而平水期及枯水期渗漏过程中主要是白云岩、方解石的溶解加速了水岩反应，Fe(OH)3、蓝铁矿沉淀也会从地下水在析出。
　　（5）从丰水期到枯水期，方解石、白云岩所参与的水岩反应逐渐增强，污染物（SO42-、PO43-、F-）的溶解量逐渐增加，而氢氧化铁与蓝铁矿两种物质的沉淀量逐渐减少。渗漏影响下离子浓度变化主要来自于地下水的稀释作用，同时Ca2+、Mg2+浓度部分升高可能来自于渗滤液入渗加速的水岩反应，SO42-浓度的明显升高可能源于磷石膏渣的水化作用，而PO43-、F-的小幅下降可能主要由于岩溶管道中存在的物理吸附作用。

目录

第一章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

第二章 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 区域地质背景

2.3 区域水文地质概况

2.4 堆场污染的历史成因

第三章 样品采集与研究方法

3.1 取样点布设

3.2 样品采集及保存

3.3 测试指标

3.4 分析方法

第四章 磷石膏堆场渗漏对地下水的影响分析

4.1 渗滤液排放特征

4.2 水化学特征分析

4.3 污染过程分析

4.4 水质评价

小结

第五章 磷石膏堆场渗漏影响下的水文地球化学模拟

5.1 反向模拟

5.2 混合模拟

小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在问题与展望

致谢

参考文献

附录

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