火力发电厂的排灰场对土壤及浅层地下水的影响研究

 

 

The Affecting Study of Discharging Coal Dust Field of Thermal Power Plant to Soil and Shallow Phreatic Water

 

摘要

    火力发电厂排灰场的粉煤灰对土壤和浅层地下水均有影响，其对浅层地下水影响的大小，主要取决于排灰场土壤的类型及污染物的种类和浓度。从模拟试验结果可知，土壤对砷、氟、六价铬的吸附能力远小于汞和铅。

 

Abstract

The ash powder coal in discharging field of thermal power plant shill effect soil and shallow ground water. The ertent of effect depended on the types of soil in local area and kinds and concentration of pollutes. The resutes have take out by imitative experiment. It is able to absorption of Hg and Pb in the soil lager than As, Cr⁶⁺ and F.

 

 

关键词：粉煤灰（coal dust)、排灰场(discharging coal dust)、渗透试验(permeability test)、

吸附分配系数(adsorbed distribution coefficient)

 

 

 

1. 绪言

    火力发电厂的粉煤灰通常是经水力加压后，用管道输送到排灰场的，因此，粉煤灰中的部分污染物质必然会溶解于水中。由于排灰场废水除了表面蒸发和排入地面水系外，尚有部分渗入地下，所以，为了摸清排灰场废水对土壤及浅层地下水的影响，以某发电厂排灰场为试验场地，进行了现场采样、勘查及室内模拟试验。

 

2. 采样、勘查及测定

2.1 采样

    试验用水在原有的排灰场溢水口取得，并测定了水中的铅、砷、六价铬、氟、汞、硬度及pH值，测定结果如表1所示。

 

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2.2 勘查

    在原有排灰场附近新的排灰场址，选定一个典型清晰的土壤剖面，将表面至浅层地下水之上的土壤分为四层，采集土壤样品。土壤的分层是根据现场肉眼初步判断进行分类的。在采集土壤样品的同时，还测量了各类土壤的厚度。

 

2.3 土壤样品的分类及测定

    测定四层土壤的粒组与级配（将土层从上至下编号为：1、2、3、4号），并根据测定结果将土壤分类，分类的同时，还测定了各层土壤的容重、含水量以及铅、砷、六价铬、汞、氟的含量和硬度、pH值。测定结果如表2、表3及表4所示。

 

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3.  模拟试验：

3.1 渗透试验

    渗透试验的目的是为了求得土壤的渗透系数。渗透系数的大小，一方面可反映污水在土壤中的渗透速度，并可以由此推断浅层地下水受污染的时间；另一方面也可验证土壤类别的分析结果，并以此得知土壤的防渗性能。

 

3.2 土柱试验

    其目的是为了观察电厂排灰场废水中的各种污染物质在土壤中的迁移分布规律。吸附分配系数是表示污染物质在土壤中迁移分布规律的主要指标之一。

 

3.3 试验装置及过程

    选择内径14cm，长度为100cm的有机玻璃管一根，底部衬以10cm厚的碎石，防止泥土堵塞出水口，然后按1:4.5的厚度比例，将各类土壤按测得的容重和原有的层次分布，依次装入柱内。在填装土柱时，尽可能模拟原有土层的结构。经测定，土柱的容重为：2.3929g/cm³，与原有土层的容重基本相同。土柱的总高度为70.9cm(1号为16.7cm，2号为18.9cm，3号为14.4cm，4号为20.9cm)，试验水头为82.9cm，采用常水头试验方法。

    将在排灰场溢水口所取水样作为试验用水，为了缩短试验时间，又人为地使水样中各种污染物的浓度适当增高，因此，试验用水中各种污染物的最后配制浓度如表—5所示。

 

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为了使模拟试验更具有代表性，采用昼夜连续试验法。试验共进行了11.9458天（1,032,120秒），流经土柱的总水量为71.5L，流量约为250ml/h。

    在试验过程中，每隔二小时，对从土柱流出的水取样，进行各种污染物质的测定，以观察土柱的吸附状况。试验结束后，将土柱每隔5～6cm取一个样品，进行各种污染物的测定，以观察污染物在土柱中的分布及蓄积状况。

 

3.4 试验结果

3.4.1 渗透试验结果

    渗透系数计算公式如下:

 

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3.4.2 土柱试验结果

    将水样与土样的分析结果输入计算机进行了各种类型的曲线拟合（指数曲线、双曲线、多项式曲线、logistic曲线、Gompertz曲线等）及一元线性回归，并对拟合结果进行了拟合优度检验和显著性检验。如果其中有些分析结果符合多类曲线形式，并经检验具有显著性时（例如土柱的砷含量分布），则进行各种曲线之间的拟合优度比较，选择拟合优度最佳的曲线类型。曲线拟合结果如表6、7所示。

 

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3.5   结果分析

3.5.1 根据渗透试验结果可知，排灰场址的土壤类别为亚粘土，属于中等透水层，此结论与土壤分析结果(如表2所示)基本相符，说明本次试验的模拟程度较好。根据计算结果，还可推算出排灰水渗入到浅层地下水大约需要9.5年。

 

3.5.2 排灰场址的土壤pH值均在8.5左右，属于盐土。

 

3.5.3 由表6可见，经土柱的物理化学作用后流出的水中，砷、六价铬、氟呈logistic曲线上升形式，其中：砷含量从试验194h后开始急剧上升，直至278h后渐趋稳定，根据曲线趋势，可推断出土柱将要在312h后基本饱和；六价铬含量从试验156h后开始迅速上升，直至270h后渐趋于平稳，根据推算，土柱将在310h后基本饱和；氟含量从90h开始迅速上升，直至186h后渐趋于平稳，212h后土柱基本饱和。硬度呈指数曲线下降形式，其含量一开始为最高，然后迅速下降，50h以后下降速度减缓，直至150h后渐趋于平稳，说明试验用水将土柱中的钙、镁离子大量淋溶下来，直至试验用水的硬度和土柱的硬度达到一个新的平衡点为止。汞含量呈一元线性回归直线上升形式，直至试验结束尚无弯曲的趋势，说明土壤对汞的吸附能力很强；至于铅含量始终仅能检测出微量，说明土柱中铅的含量远未达到饱和状态，这些现象也可从表8中铅、汞的分配系数大小看出来。

 

3.5.4 由表7可见，土柱经过一段时间的物化作用后，土壤中蓄积了部分污染物质，但不同高度的土层蓄积的数量不同，但总的来说，含量分布为从高到低。铅、砷含量呈双曲线下降形式，汞呈一元线性回归直线下降形式，氟在各土层中均匀分布。根据各土层中砷的含量分布状况，可见土柱已有饱和的趋势；铅含量虽然也呈双曲线，但比砷含量曲线陡得多，而且最高浓度与最低浓度相差近300倍，因此，远未达到饱和状态。汞含量尚未达饱和状态，这与水的分析结果相符；氟含量已达到饱和，因此，各土层的氟含量分布均匀。

    综上所述，可见土壤对各种污染物均有吸附能力，尤其是对铅、汞等重金属有很强的吸附能力。粉煤灰对浅层地下水的污染程度主要取决于土壤渗透系数的大小，渗透系数越小，防渗透能力就越强。如果浅层地下水上的土层厚度在3m以上，则通常渗透系数在0.3m/d以下即可满足要求。当然，在有条件的情况下，应尽量将排灰场建在粘土或重压粘土的地区为好。

    如果排灰场使用年限已到，而又未及时复土绿化，则仍然会有污染浅层地下水的可能性存在。此外，排灰场的土壤已被重金属污染，不宜栽种庄稼和果树，只能进行绿化。因此，水力输灰应尽可能改为气力输送，并将粉煤灰加以综合利用，这是消除土壤及浅层地下水污染的最有效的途径。