《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Impact of fly ash from Koradi thermal power plant on groundwater quality in Nagpur, Maharashtra
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A.S. Boche|S.H. Rathod|V.K. Unnikrishnan|R.K. Mahadule|R.M. Belekar•通过水化学分析和痕量金属分析对KTPP附近的地下水质量进行了评估。•多个监测点的砷和氟含量超过了BIS和WHO规定的饮用水标准。•污染指数（HP
A.S. Boche|S.H. Rathod|V.K. Unnikrishnan|R.K. Mahadule|R.M. Belekar
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通过水化学分析和痕量金属分析对KTPP附近的地下水质量进行了评估。
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多个监测点的砷和氟含量超过了BIS和WHO规定的饮用水标准。
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污染指数（HPI、HEI和镉含量）表明地下水污染严重。
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PCA、HCA和ANOVA分析确定了与飞灰相关的污染热点区域。
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结合LIBS和ICP-MS分析方法，提升了地下水污染评估的准确性。
引言
燃煤热电厂会产生大量飞灰，这些飞灰通常被堆放在灰场或填埋场。从这些处置场所渗出的可溶性盐类和微量元素会对地下水资源构成严重威胁，尤其是在那些依赖地下水作为饮用水和生活用水的社区。许多研究都指出，热电厂周围的地下水中重金属和主要离子的含量偏高（Aslam等人，2024a）。大多数热电厂使用的都是含灰量较高的低品质煤炭，因此产生了大量的飞灰。印度每年的飞灰产量从2018年的约1.69亿吨上升至2020年的1.84亿吨，这凸显出废物管理方面的严峻挑战（Keskin等人，2024）。
位于那格浦尔附近、由马哈拉施特拉邦电力公司运营的科拉迪热电厂是造成这一问题的重要源头之一。在煤炭燃烧过程中，煤炭中的矿物质会发生熔化、分解和重结晶等变化，从而形成飞灰和底灰，二者比例通常为80:20。较轻的飞灰颗粒会被输送到灰场。在那里，底灰通常会与水混合成浆液，然后通过管道输送到大型灰场进行处置。随着时间的推移，溶解在灰烬中的砷、铅、汞、铜、铬和锌等重金属会渗入周围的土壤和地下水中。渗出程度取决于水的pH值、温度、灰烬成分以及金属的化学形态等多种因素。这种渗出会逐渐降低地下水质量。热电厂附近的当地社区往往极度依赖地下水用于饮用、农业和饲养牲畜，因此容易受到重金属污染带来的潜在危害。
近年来的研究主要集中在飞灰的特性分析、利用方式、土壤污染、生态影响以及渗出行为等方面。例如，Naskar和Sharma（2025）指出了燃煤热电生产所导致的飞灰污染这一全球性问题，并强调了其带来的广泛环境和生态影响。Luo等人（2024）研究了与燃煤热电厂相关的元素渗出和土壤污染问题。Swain等人（2026）探讨了飞灰在农业领域的应用及其环境影响，而Upadhyay等人（2025）则研究了水生植物在暴露于飞灰污染后的生理应激反应。Dippong等人（2025）通过污染指数和多元分析方法，对罗马尼亚Valea Viseu河的水体和沉积物污染状况进行了评估，结果表明该水域存在严重的金属污染和生态风险（Dippong等人，2025；Dippong和Resz，2022、2024；Mihali和Dippong，2023）。为了更好地将本研究置于现有知识体系之中，表1中对一些具有代表性的关于飞灰导致地下水污染的研究进行了对比分析。
如表1所示，以往的大多数研究要么专注于飞灰的特性分析，要么侧重于地下水质量评估，或者单独研究污染指数。尽管已有大量关于热电厂周边地下水污染的研究，但将LIBS和ICP-MS等先进光谱技术、水化学解析、多元统计分析以及人类健康风险评估相结合的研究仍然较少，尤其是在科拉迪热电厂周边地区（Jain等人，2025）。因此，本研究旨在：（a）评估KTPP周边地下水的物理化学性质和元素组成；（b）利用ICP-MS和LIBS技术研究潜在有毒元素的空间分布情况；（c）通过Piper、Gibbs、PCA和HCA分析方法，确定影响地下水质量的主要水文地质因素和人为因素；（d）评估饮用受污染地下水可能带来的人类健康风险。本研究采用的综合分析框架，能够比以往的研究更全面地了解飞灰导致的地下水污染问题。
章节摘要
研究区域
本研究在印度那格浦尔地区的科拉迪地带，即KTPP及其相关灰场周边开展。研究区域涵盖了附近的多个村庄，包括马哈杜拉、凯里、马斯阿拉、卡萨拉、新卡萨拉、科拉迪、瓦雷冈、苏拉德维、坎普蒂以及其他周边居民点。从地理上看，该区域位于北纬21.0°至21.5°之间，东经79.0°至79.5°之间，面积约为57.8平方公里。该地区属于热带气候，
KTPP灰场附近飞灰的化学成分分析
通过对KTPP周边灰场收集的飞灰进行ICP-MS分析，对其化学成分进行了测定，结果见表2。主要氧化物分析显示，这些飞灰主要由二氧化硅、氧化铝和三氧化二铁组成，不同灰场的这些成分浓度存在差异（Alterary和Marei，2021a）。具体而言，二氧化硅的含量在20.32%到53.18%之间，氧化铝的含量在15.93%到35.33%之间，而三氧化二铁的含量则在2.56%到
结论
本研究通过水化学分析、痕量金属检测、污染指数分析、多元统计方法以及健康风险评估，全面分析了印度马哈拉施特拉邦科拉迪热电厂周边地区的地下水质量。研究结果显示，多个地下水样本中的砷、氟、镍和铝含量均偏高，其中多个地点的砷和氟含量超出了BIS和WHO规定的安全标准。经过计算
作者贡献说明
A.S. Boche：研究工作。 S.H. Rathod：概念设计、研究工作。 V.K. Unnikrishnan：正式数据分析。 R.K. Mahadule：正式数据分析。 R.M. Belekar：监督工作、论文撰写与修改。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者RM Belekar感谢Anusandhan国家研究基金会（ANRF）（前身为SERB）以及印度政府科技部提供的资金支持。资助编号为EEQ/2022/000228。
