【摘 要】
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四川是磷化工产业高度发达地区,成都平原范围内堆放了大量的磷石膏,由于缺乏防渗设施或者防渗设施不到位,磷石膏堆体在雨水的冲刷作用下会产生大量高浓度含磷的强酸渗滤液。磷石膏渗滤液一旦流出进入周围土壤和地表水,便可能渗透到地下含水层,对人类赖以生存的地下水资源造成威胁。为有效防止磷石膏渗滤液磷对地下水造成污染,本课题从以下四个方面展开研究:选取典型的磷石膏堆放场地,通过现场勘察,对研究区附近的含水层介质
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“磷石膏堆场与农业源复合作用下磷在地下水中的迁移转化及源解析”（No.41977170）；
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四川是磷化工产业高度发达地区,成都平原范围内堆放了大量的磷石膏,由于缺乏防渗设施或者防渗设施不到位,磷石膏堆体在雨水的冲刷作用下会产生大量高浓度含磷的强酸渗滤液。磷石膏渗滤液一旦流出进入周围土壤和地表水,便可能渗透到地下含水层,对人类赖以生存的地下水资源造成威胁。为有效防止磷石膏渗滤液磷对地下水造成污染,本课题从以下四个方面展开研究:选取典型的磷石膏堆放场地,通过现场勘察,对研究区附近的含水层介质进行采集和相关理化性质分析;通过静态实验探究含水层介质对磷石膏渗滤液特征水质指标的吸附性能,并结合表征手段探明其吸附机理;利用室内模拟柱迁移实验探究不同条件下磷石膏渗滤液磷在含水层介质中的迁移规律和形态变化特征;建立一维解析模型对地下水中磷的迁移进行预测。主要研究结论如下:（1）钙质砂对磷的吸附性能随着污染液p H的升高而增强,普通砂则反之。F-浓度对钙质砂和普通砂的吸磷性能产生的影响较小,当F-浓度升高时,两种砂对磷的吸附量均出现了轻微的下降。这是因为钙质砂中含有的Ca2+和F-生成Ca F2沉淀影响了对磷的吸附,F-和PO43-形成了竞争吸附关系从而抑制了普通砂对磷的吸附。SO42-浓度对钙质砂的吸磷性能几乎没有影响,吸附量保持在90 mg/kg左右;而当SO42-浓度上升时,普通砂对磷的吸附量下降较为明显。原因是钙质砂中所含的Ca2+易与PO43-发生化学反应,进而缓解了SO42-对PO43-的竞争吸附作用,而普通砂则由于SO42-浓度的升高增加了介质表面的负电荷,使PO43-与普通砂之间的静电斥力变大。此外,高浓度的SO42-抢夺了部分吸附位点,导致对磷的吸附效果变差。（2）准二级动力学模型和Freundlich、Henry等温线模型能较好地描述钙质砂对磷的吸附过程,表明其吸附以化学吸附为主,吸附机制较复杂。准一级动力学模型和准二级动力学模型均能较好的模拟普通砂对磷的吸附过程,且吸附更满足Henry等温吸附模型,表明普通砂对磷的吸附是一个复合吸附过程,且以分配吸附为主。由SEM、EDS、XRD表征结果可知,吸附后钙质砂和普通砂的反应产物主要是Ca（PO3）2,且普通砂表面产物较少,表明钙质砂以化学吸附为主,而普通砂则以物理吸附和化学吸附相结合。（3）在砂柱中输入有限的污染液,各取样孔处磷浓度均是先升高后降低,并且离进水口越远,出现的相对浓度峰值越低,峰值出现的时间越靠后。污染液初始p H值越低,磷在钙质砂中的迁移能力越强,在普通砂中的迁移能力越弱;污染液初始磷浓度越高,磷在钙质砂和普通砂中的迁移能力越强;地下水流速越快,磷在钙质砂和普通砂中的迁移能力越强。相同条件下,钙质砂柱各取样孔处的磷相对浓度峰值高于普通砂,且峰值出现时间较晚,说明两种砂对磷石膏渗滤液磷的迁移都有一定的阻滞作用,且钙质砂的阻滞作用更强。对不同砂柱中磷的形态进行分析,发现在一个月范围内,两种砂所吸附的磷不会随时间而产生形态上的变化。（4）利用一维溶质运移解析模型对研究区地下水中磷的迁移进行模拟,模拟结果表明:磷石膏堆场发生渗滤液泄漏时,200 m范围内,磷在钙质砂含水层中迁移4600 d后浓度几乎衰减为0,在普通砂含水层中则需要2700 d左右,表明磷在两种含水层介质中衰减速度都较慢,在钙质砂中完全衰减需要更长的时间。在1000 d范围内,磷在钙质砂含水层中最远能迁移130 m,而在普通砂含水层中最远可以迁移200 m,表明磷在普通砂含水层中迁移能力更强,迁移距离更远。磷石膏渗滤液的泄漏对周围地下水环境会造成广泛而持久的磷污染,因此强烈建议加强磷石膏堆场的防渗措施,制定风险防范应急预案,保障污染场地附近居民的用水安全。
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