耿 偉，付海陸，劉 偉，龐 偉，曾愛斌，官寶紅

(1.中鐵隧道集團(tuán)有限公司杭州公司，浙江 杭州 310030；2.中國計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院，浙江 杭州 310018；3.杭州萬向職業(yè)技術(shù)學(xué)院 健康與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系，浙江 杭州 310023；4.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

新建杭州-黃山高鐵客運(yùn)專線途經(jīng)浙西-皖南山區(qū)，隧道建筑長度占比高達(dá)52.66%，掘進(jìn)過程中產(chǎn)生大量棄渣。天目山隧道(長12.013 km)是全線最長隧道，進(jìn)口段毗鄰“兩江一湖”(新安江-富春江-千島湖)國家級風(fēng)景名勝區(qū)，隧道棄渣堆場對于周圍地表水環(huán)境的影響值得關(guān)注和研究。

隧道棄渣造成的不利環(huán)境影響包括占用大量土地，破壞土地資源(尤其是耕地和林地資源)，誘發(fā)水土流失和泥石流災(zāi)害，阻塞河道、妨礙行洪排澇，淋溶有害物質(zhì)污染土壤等[1-2]。目前的研究多數(shù)關(guān)注渣場設(shè)計(jì)[3-4]、水土保持[5-6]以及棄渣的資源化利用(如用作路基和建筑材料等)[7-8]等，而較少研究渣場淋溶物質(zhì)對水體和土壤的影響[2]。

劉煌等[9]研究發(fā)現(xiàn)歌樂山隧道棄渣場周圍的土壤受到棄渣中的Pb、Cr、Cd和Zn等重金屬污染。天目山隧道地質(zhì)屬揚(yáng)子地臺東南緣黑色巖系，包括荷塘組、藍(lán)田組、休寧組等。宋明義[10]和錢建民等[11]發(fā)現(xiàn)該地荷塘組黑色巖系金屬元素富集較多，其中As、Cu、Pb、Cd、Zn和Cr等重金屬含量較高。劉偉和耿偉等[12-13]之前關(guān)于天目山隧道施工環(huán)境和施工廢水的相關(guān)研究中也發(fā)現(xiàn)本地巖層中富含一定重金屬。重金屬很難被降解，在生物體會發(fā)生遷移、轉(zhuǎn)化和蓄積，對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[14-15]，有必要深入研究棄渣中重金屬的溶出釋放特性。天目山隧道渣場毗鄰生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)，其所在地水系豐富、山體匯水密集。國內(nèi)尚未報道如此特殊地理、地質(zhì)條件下渣場對周圍水環(huán)境的影響。本文研究天目山隧道渣堆前山體匯水、渣堆擋墻泄水以及下游河流水質(zhì)變化，重點(diǎn)探究棄渣重金屬成分并開展浸出試驗(yàn)，分析渣場對下游水環(huán)境的影響。

1 天目山隧道3#渣場簡介

天目山隧道3#棄渣場位于屏門鄉(xiāng)金陵村DK 202+840～DK 203+640右側(cè)700 m，占荒地約39畝，運(yùn)距1.4 km，容渣量約為36萬方。棄渣場地處剝蝕中低山區(qū)，屬于天目山山脈，灌木雜草叢生，基巖多裸露，自然山坡坡度一般10°～70°不等。棄渣場的地層巖性主要為寒武系下統(tǒng)荷塘組、震旦系上統(tǒng)皮園村組、震旦系上統(tǒng)藍(lán)田組、震旦系上統(tǒng)雷公塢組。棄渣場溝底小溪雨季流水，季節(jié)性明顯，地表水的徑流方向?yàn)樾掳步?、富春江和千島湖。

2 渣場對周圍水體的影響

棄渣場取水點(diǎn)示意圖如圖1，分別取渣場前后以及泄水所入河流上、下游4處水樣。采用高錳酸鹽指數(shù)測定水樣COD(GB 11892-89)；采用鉬酸銨分光光度法測定總磷(GB 11893-89)；采用水楊酸分光光度法測定氨氮(GB 7481-87)；采用重量法測定水樣懸浮物(GB 11901-89)；水樣微波消解后采用電感耦合等離子體光譜儀測定水樣中重金屬濃度(HJ 700-2014)。由于渣場位于千島湖庫區(qū)上游，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)水質(zhì)參照地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

注：W1-渣場前山體匯水；W2-渣場擋墻泄水；W3-河流上游水；W4-河流下游水

水樣呈弱堿性(pH=7.80～8.03)，酸堿度變化不大，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(圖2)。高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。山體匯水中氨氮(NH3-N)和總磷(TP)質(zhì)量濃度分別為2.23 mg/L和2.01 mg/L，高出標(biāo)準(zhǔn)限值；而擋墻泄水中二者的質(zhì)量濃度分別降為0.84 mg/L和0.21mg/L，均滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說明堆場具有一定的過濾和截留作用。河道上游水體中NH3-N和TP均超標(biāo)，在下游水體中二者具有一定程度的下降，說明河道具有一定的自凈能力，但下游水體中NH3-N仍超標(biāo)，TP滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。山體匯水中懸浮物(SS)質(zhì)量濃度達(dá)到804.20 mg/L，經(jīng)渣場過濾截留后下降為188.20 mg/L，SS去除率達(dá)到76.60%。河道上游的SS為656.32 mg/L，經(jīng)過泄水孔后，質(zhì)量濃度上升為760.14 mg/L，可能的原因是渣場泄水進(jìn)入河道后引起水體紊流，導(dǎo)致SS質(zhì)量濃度上升。

注：W1-渣場前山體匯水；W2-渣場擋墻泄水；W3-河流上游水；W4-河流下游水

水樣中重金屬濃度分析結(jié)果如圖3。水體中的砷(As)、鉻(Cr)和銅(Cu)的質(zhì)量濃度低于檢出限，山體匯水中鎘(Cd)質(zhì)量濃度超標(biāo)，下游水樣中鉛(Pb)質(zhì)量濃度超標(biāo)，汞(Hg)的質(zhì)量濃度則遠(yuǎn)高出標(biāo)準(zhǔn)濃度。山體匯水中Cd的質(zhì)量濃度為0.008 mg/L，經(jīng)過渣場后其濃度低于檢出限，說明渣堆對于Cd有較好的截留固化作用。而渣體擋墻泄水中的Pb、鎳(Ni)和Hg則較山體匯水中的質(zhì)量濃度高，說明棄渣中可能存在這些重金屬元素的溶解從而釋放到水體中。其中，山體匯水中Hg的質(zhì)量濃度為0.035 mg/L，是Ⅲ類水相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的350倍，較高的濃度可能與特殊的地質(zhì)特性有關(guān)；擋墻泄水中Hg的質(zhì)量濃度為0.063 mg/L，相比山體匯水增加了80%，是地表Ⅲ類水的630倍。河道下游水質(zhì)中的Cd、Hg和Pb較上游高，Hg和Pb質(zhì)量濃度的增加可能是因?yàn)閾鯄π顾呐湃搿?/p>

3 巖石中重金屬分析及其浸出毒性研究

對4批次的棄渣樣品采用微波消解，通過電感耦合等離子體光譜儀測定消解液中重金屬的濃度計(jì)算棄渣中的重金屬含量，結(jié)果如圖4。所有棄渣樣品中均檢測出了As、Cr、Cu、Ni和Pb五種重金屬，按其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值)由高到低排列依次為：Cr>Cu>Ni>Pb>As，其中，Cr含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值)為1139.36 mg/kg，As的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值)為10.09 mg/kg。3批次的棄渣樣品中檢測出了Cd，含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值)為0.73 mg/kg，遠(yuǎn)低于上述五種重金屬的含量。而僅在1批次的棄渣樣品中檢測出了Hg元素，說明汞的分布具有一定的不確定性。

棄渣中鉻具有較高的含量，而在擋墻泄水中則未檢出Cr，說明棄渣中重金屬元素的浸出特性對水體中重金屬濃度有重要影響。采用純水根據(jù)《固體廢物浸出毒性方法 水平震蕩法》(GB 5086.2-1997)對4批次棄渣樣品進(jìn)行了重金屬浸出毒性研究，結(jié)果如圖5。根據(jù)《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)所規(guī)定的限值，所有浸出液質(zhì)量濃度均遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值。有3批次樣品浸漬液中同時檢測出Cu和Cd，其中，Cu的最高質(zhì)量濃度為0.019 mg/L，Cd的最高質(zhì)量濃度為0.006 mg/L；只有1批次的樣品分別檢測出了As、Cr、Hg和Pb，所有批次樣品浸出液中均未檢測出Ni。而擋墻泄水中Ni的質(zhì)量濃度較山體匯水中Ni的濃度高，說明堆場的重金屬溶出環(huán)境較為復(fù)雜。整體看來，棄渣的浸出毒性較低。

4 結(jié) 論

天目山隧道3#渣場擋墻泄水中除Hg和Pb外，其他所研究的指標(biāo)均滿足Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。渣場對于NH3-N、TP、SS以及重金屬Cd有一定的截留作用。渣場中的Hg、Ni和Pb具有一定溶出，擋墻泄水中Hg的質(zhì)量濃度達(dá)到0.063 mg/L，較高的汞含量可能與地質(zhì)特性以及復(fù)雜的溶出環(huán)境有關(guān)。棄渣樣品中檢測出較高含量的Cr和Cu，而在擋墻泄水中未檢出，結(jié)合浸出毒性研究表明棄渣樣品中重金屬整體溶出性較低，渣場對周圍地表水環(huán)境的影響較小。從水環(huán)境保護(hù)角度而言，總體上渣場是安全的。但是渣場中Hg具有相對高的溶出特性，對地表水中Hg含量的影響值得進(jìn)一步關(guān)注研究。

注：W1-渣場前山體匯水；W2-渣場擋墻泄水；W3-河流上游水；W4-河流下游水；所采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 棄渣中重金屬含量

圖5 棄渣浸出液中重金屬質(zhì)量濃度