某磷石膏堆场岩溶渗漏及乌江污染影响分析

仲星颖，杨建华，董 毓，杨 倩，丁坚平

(贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003)

某磷石膏堆场位于息烽小寨坝镇北东位置，总体呈南东—北西向块状展开，面积约90万m2，填埋高程870～942m，有效库容约2 875万m3。该堆场设有初始坝1个，副坝4个、回水库1个，其中磷石膏堆积坝采用上游式筑坝法(湿排)，磷石膏堆积坝最终标高为942m，堆积坝高约77m，分为10级子坝。堆场区岀露地层为三叠系茅草铺组第一段(T1m1)灰岩，其为主要含水层。区内岩溶较为发育，水文地质条件复杂，，且地下水出露点(下降泉)较多。当湿排磷石膏堆积至高程920m时，堆场发生岩溶渗漏，导致乌江渡镇34岩溶泉污染。该泉点距堆场直线距离为11.5 km，岀露于乌江右岸，标高625m，流量为52 L/s(图1)，泉水直接排入乌江，造成乌江总磷和氟污染，严重影响了当地居民正常的生活和生产。

图1 某堆场水文地质图

1 岩溶渗漏分析［1］

1.1 岩溶地貌

根据岩石建造类型及塑造地貌的地质营力作用，区域地貌类型可分为溶蚀地貌、溶蚀—侵蚀地貌。海拔标高843～1 023.5m，山体多呈缓坡状，坡度一般小于30°，局部较陡。地形切割一般，相对高差一般为30～60m，最高达180m。堆场中部地势较低的沟谷地带，场地东、西和北面为峰丛岩溶洼地单元类型，封顶至洼地高差60～120m，洼地和落水洞呈圆形、椭圆形，常呈串珠状分布，直径10～50m。

1.2 堆场岩溶水文地质

堆场位于乌江右岸支流潮水河和养龙司的分水岭地带，汇水面积3.8 km，主要补给来源为大气降水。出露地层为三叠系下统茅草铺组(T1m)白云岩、灰岩，中统松子坎组(T2s)泥质灰岩、白云岩、页岩互层。岩溶渗漏区为F3断层及沟谷、堆场西面的WD1洼地地段和北面的T1m4－2地层及F4断裂带(包括副坝3、副坝2右坝肩)(如图1)。因此，判断堆场渗漏主要地段为:①WD1洼地的1.0万m2未作防渗处理地段的5处塌陷渗漏;②F3沟谷断层带的LDl落水洞至1#副坝地段的3处塌陷渗漏(如图1);③根据地层厚度、F3断层的断距及钻孔揭露溶洞，推测WD1地段渗漏带深度40～60m，标高865～845m，F3沟谷渗漏带深度50～80m，标高879～849m。

1.3 岩溶渗漏系统特征

堆场的岩溶渗漏为三叠系茅草铺组第四段(T1m4)白云岩、灰岩含水层中的裂隙管道类型，受F3断层控制，其渗漏途径为WD1地段→F3沟谷→洞上至青龙山串珠状洼地→养龙站→乌江34岩溶泉，其次为F3沟谷→下降泉33，见图1及表1。

2 乌江污染影响分析

2.1 污染现状

乌江已成为贵州省水污染程度最为严重的流域，突出的问题是总磷超标。乌江流域特别是乌江渡水库及其支流息烽河的氟化物和总磷均严重超标，为重度污染，乌江渡电厂生活区34号泉点污水出露点下游10多公里乌江河段已对鱼类生存造成很大影响。

为了解乌江渡水电站渗漏点(34泉)至距污染源点10km的楠木渡段的总磷、氟化物迁移转化过程，分别在枯、丰水期进行采样分析，各特征污染物浓度见表1。数据显示，枯水季污染浓度为丰水期污染物浓度3.17倍，造成这一现象的主要原因为岩溶山区河流，流量随着季节变化，枯水季迳流主 要依赖地下水补给［3］。

表2 枯、丰水期乌江总磷分布特征mg/L

2.2 特征污染物的形态

在堆放处理、处置磷石膏废渣的过程中，堆场对环境的危害主要是磷石膏中可溶磷、氟对水环境的污染。大量的磷石膏淋溶、浸泡试验表明，用不同酸度、不同固液比，以及不同的淋溶、浸泡时间，都能有效地使磷石膏中可溶磷、氟分离出来。

另外，磷石膏的微结构研究表明，可溶磷等杂质以粒状物的形态、极为不均地附着在二水石膏晶体表面上;用水洗涤磷石膏后，杂质含量明显减少;这说明水洗(包括淋溶、浸泡)可将磷石膏中的可溶磷、氟部分，甚至全部洗掉。这些研究都证明磷石膏中的可溶磷、氟极易被淋出，随着雨水的下渗迁移，形成含磷、氟污水。

2.3 特征污染物降解速率的影响分析

表1的水质监测数据显示，污染物浓度在污染点下游100m范围内:枯水季总磷浓度下降82%、氟化物降低87%;丰水季总磷浓度下降97%，氟化物下降97%。污染物浓度降解速率极快，分析造成这一特殊现象的原因:

2007年陈永松等，于交椅山堆场取磷石膏做淋溶试验得出废渣中的可溶磷、硫酸等酸性物质能被有效地淋溶、浸泡出来，而渣场磷石膏在长期堆放处置过程中，由于自然降水形成了天然淋溶、浸泡过程。导致磷石膏废渣渗滤液呈强酸性的物质为氢氟酸、磷酸及硫酸等，而氢氟酸是极易挥发性酸，废水通过34号泉流入乌江后，乌江段属于宽浅游荡性河道，类似于搅拌池的作用，有利于氢氟酸的挥发逸出，使得酸性物质的减少氟化物浓度的降低及pH值的上升［1－3］。

磷石膏中的可溶磷由磷酸引入。主要有H3PO4，H2PO4－，HPO42－，PO43－四种形态，其分布主要取决于 pH

图2

3 堆场渗漏污染治理方案建议

3.1 阻隔F3沟谷治理方案

在主库区与F3沟谷区之间用磷石膏筑一副坝，把主库区的水与F3库区阻隔开，同时不再向F3库区排磷石膏浆，监测34岩溶泉的TP、氟化物浓度，若有污染物浓度规律地下降，说明此方案能起到一定作用。该方案易于实施周期短，但雨季34泉被江水淹没不能准确反映渗漏污染状况。同时，主库区与F3库区下部均为茅草铺组第四段(T1m4)中厚层白云岩，两库之间地下是连通的，因此，只在磷石膏上部筑副坝，不能解决F3的渗漏问题。

3.2 垂直注浆帷幕工程治理方案

垂直防渗方案:①WD1洼地的1.0万m2未作防渗处理地段的注浆帷幕线(Ⅰ－Ⅰ')，长度120m，防渗高程920m，底界标高835m。②F3断层渗漏带防渗可分两步实施，首先处理LD3落水洞至1号副坝段注浆帷幕线(Ⅱ－Ⅱ')，长度550m，防渗高程940m，底界标高809m。根据治理后的效果情况，再确定是否实施向北向南延伸搭接至中三叠统松子坎组(T2s)相对隔水层。北南延伸注浆帷幕线(Ⅲ－Ⅲ')，长度500m，防渗高程940m，底标高809m。③搭接F4断层注浆帷幕高程920m以上防渗措施。

3.3 竖井加平硐截污的治理工程方案

在F3断层渗漏带堆场北面洞上挖掘竖井和平硐，截断渗漏通道，修建地下水仓，用泵打到回水输水管。LD5落水洞向北西延伸，地下溶洞(溶隙)埋藏深度40～60m，说明地下水受F3断层控制，向北径流。

截污竖井布置在渗漏带中间，平硐垂直渗漏带布置，截住渗漏通道后，再修建地下水仓，用水泵把渗漏水(浆)打回磷石膏堆场回水输水管。设计竖井深度60m，平硐东西长度约150m。一旦截断交椅山主要渗漏通道，34泉的污染问题就可以基本解决。该方案就是渗漏通道的具体位置准确判断难度大，但可以通过平硐追索渗漏带位置，推荐使用竖井加平硐截污的治理工程方案。由于岩溶渗漏的复杂性，致使该处理方案仍存在一定的风险性。

［1］陈永松，毛健全.磷石膏中污染物可溶磷的溶出特性实验研究，贵州工业大学［J］.学报(自然科学版)，2007，36(1):109～102.

［2］丁坚平，毛健全，杨先寿，等.大干沟岩溶地下水磷污染评价［J］.贵州工业大学学报(自然科学版)，2007，36(1):99 ～102.

［3］徐爱叶，李沪，等.磷石膏中杂质及除杂方法研究综述［J］.化工科技，2010，18(6):59 ～64.

［4］贵州大学勘察设计研究院.养龙司地区地下水及地质环境调查报告［R］，2009.