劉志杰

（深圳市南科環(huán)保科技有限公司，廣東 深圳 518100）

稀土資源是不可再生的資源，我國(guó)稀土資源較豐富，在世界稀土資源方面占據(jù)重要地位。稀土資源的穩(wěn)定發(fā)展與土壤中的水體質(zhì)量具有很大的關(guān)系。我國(guó)礦產(chǎn)資源較為豐富，然而一些不合理的礦產(chǎn)開發(fā)工程對(duì)水體的質(zhì)量造成了嚴(yán)重的破壞。長(zhǎng)期不合理的開采狀態(tài)，使礦區(qū)周圍的地下水形成污染，污染因子擴(kuò)散嚴(yán)重[1]。地下水污染對(duì)礦區(qū)附近的土壤造成嚴(yán)重的傷害，對(duì)生態(tài)環(huán)境的平衡造成了影響。礦山工程中的化學(xué)元素不單單在土壤中累積，也會(huì)被水體中的微生物吸收分解，當(dāng)化學(xué)元素積累到一定量時(shí)，對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生有害影響[2]。較低濃度的化學(xué)元素加速水中的富營(yíng)養(yǎng)化，使水體中生長(zhǎng)出大面積的浮萍；濃度較高的化學(xué)元素使水中的生物吸入有毒物質(zhì)，造成水體生態(tài)系統(tǒng)失去平衡[3]。礦山工程產(chǎn)生的污染物中以三氮污染物居多，三氮污染物經(jīng)過排出進(jìn)入地層中。低濃度的氮化合物對(duì)魚鰓的氧傳遞造成了阻礙，對(duì)魚類造成了毒害，人們長(zhǎng)期食用有毒的魚類，存在較大的安全隱患。氮化合物在一定程度上能夠促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，然而氮含量較多時(shí)，會(huì)使藻類大量地繁殖生長(zhǎng)，植物出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的現(xiàn)象。地下水污染的治理技術(shù)有很多種，例如生物修復(fù)法、離子交換法、應(yīng)用膜處理法等，然而這些水污染治理技術(shù)對(duì)于水中的污染因子識(shí)別及修復(fù)存在一定的缺陷。基于此，本文提出了礦山工程地下水污染因子識(shí)別及修復(fù)技術(shù)的研究。

1 礦山工程地下水污染因子識(shí)別及修復(fù)技術(shù)研究

隨著礦山工程地下水污染越來越嚴(yán)重，本文提出了礦山工程地下水污染因子識(shí)別及修復(fù)技術(shù)的研究，構(gòu)建出識(shí)別修復(fù)流程如圖1所示。

圖1 地下水污染因子識(shí)別修復(fù)流程圖

根據(jù)圖1可知，本文通過識(shí)別地下水污染源、梅羅綜合指數(shù)法識(shí)別污染因子、采集礦山工程周圍環(huán)境信息、原位化學(xué)法修復(fù)地下水污染因子，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山工程地下水污染因子的識(shí)別及修復(fù)。

1.1 研究地下水污染源的識(shí)別

礦山工程多數(shù)為露天開采的模式，開采礦石時(shí)，在礦區(qū)形成較多的礦坑。在礦石開采的環(huán)節(jié)中，鑿巖會(huì)用到大量的水資源，大約用水854m3/d，開采礦山過程產(chǎn)生的大量廢水，經(jīng)過工業(yè)排放與處理手段對(duì)其分解，污染物質(zhì)基本不會(huì)流入到自然環(huán)境中。但是，難免會(huì)有部分廢水不經(jīng)意流入土壤當(dāng)中，對(duì)水體造成污染。

部分礦體中存在少量的矸石，排放中存在掉落的現(xiàn)象，掉落的矸石受到雨水的沖擊，會(huì)產(chǎn)生大量工業(yè)泥水，在地勢(shì)低洼處，礦石泥水沉淀至土壤中形成大量污染。在暴雨沖擊下，泥水在矸石場(chǎng)底部沉積，矸石場(chǎng)底部地層風(fēng)化裂隙的發(fā)育速度較快，經(jīng)過風(fēng)化的裂隙進(jìn)入含水層中，形成污染。巖石在開采過后會(huì)產(chǎn)生一部分無用的巖石，包括圍巖等，堆放在廢石場(chǎng)中，在雨季經(jīng)過大量的雨水沖刷形成淋溶水。正常降雨的條件下，不會(huì)輕易形成淋溶水，只有在長(zhǎng)期沖刷下才能形成。一旦形成淋溶水對(duì)地表的巖漿巖發(fā)育十分不利，流經(jīng)尾礦庫(kù)逐步轉(zhuǎn)化為尾礦庫(kù)廢水，對(duì)礦山的地下水污染十分嚴(yán)重。

礦山工程中的廢水經(jīng)過井下排水裝置排放到礦井水處理站中進(jìn)行處理，再將處理站的水抽至生產(chǎn)水池中，用于礦山工廠的生產(chǎn)用水及采礦的消防工作中。部分礦山工程開采中沒有洗礦和選礦的過程，礦石中的污染因子與土壤接觸進(jìn)入土壤中，與水資源接觸導(dǎo)致污染因子分布擴(kuò)散。

1.2 梅羅綜合指數(shù)法識(shí)別污染因子

梅羅綜合指數(shù)法是識(shí)別水體中污染因子較為有效的方法，對(duì)水質(zhì)中的各個(gè)污染因子的指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)識(shí)別與建立關(guān)聯(lián)，篩查出主要的污染因子，建立水體中不同的污染因子指標(biāo)與污染程度之間的關(guān)系式：

其中，p表示不同污染因子的回歸系數(shù)；ε表示常量系數(shù)；f表示污染程度指數(shù)；a表示污染因子的變化量。其次，對(duì)于污染因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理：

式中，Zi表示采樣點(diǎn)為i時(shí)，地下水污染標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)；xi表示地下水污染的標(biāo)準(zhǔn)濃度值；xm表示在水污染標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的平均值；σ表示在不同污染程度下的方差值。對(duì)污染因子的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理結(jié)束后，建立不同程度水污染下的關(guān)聯(lián)度。污染因子在水體中具有線性相關(guān)度，對(duì)水污染因子的方差值進(jìn)行對(duì)比，采用梅羅綜合指數(shù)進(jìn)行分析識(shí)別，獲取到的污染因子指標(biāo)結(jié)果如表1所示。

表1 污染因子指標(biāo)識(shí)別結(jié)果

根據(jù)表1可知，不同水污染指標(biāo)對(duì)于地下水的污染程度不同，對(duì)污染因子進(jìn)行識(shí)別處理，能夠清晰地掌握水體中污染因子的各項(xiàng)指標(biāo)，方便下文對(duì)于地下水污染因子的修復(fù)工作。

1.3 采集礦山工程周圍環(huán)境信息

由于礦山工程的不同，地下水受到污染的原因與程度也不盡相同。因此，在對(duì)地下水污染因子進(jìn)行修復(fù)之前，采集礦山工程的周圍環(huán)境信息至關(guān)重要。

對(duì)礦山的地下水污染情況進(jìn)行深入的了解，將礦山的實(shí)際情況以及開采方案進(jìn)行調(diào)查，采集礦山環(huán)境與生態(tài)之間的聯(lián)系，降低修復(fù)污染以后的二次污染的可能性。根據(jù)衰減處理技術(shù)對(duì)礦山周圍地區(qū)的植被、地層條件以及礦山的整體構(gòu)造特征進(jìn)行采集處理，對(duì)周圍其他地區(qū)存在的水體污染進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。建立環(huán)境信息評(píng)價(jià)體系，對(duì)地下水污染的特征及修復(fù)后的特征進(jìn)行預(yù)測(cè)。

確定了礦山周圍的整體環(huán)境信息，根據(jù)多方位的指標(biāo)數(shù)據(jù)，最終確定修復(fù)礦山工程地下水污染因子的修復(fù)方法。

1.4 原位化學(xué)法修復(fù)地下水污染因子

根據(jù)上述對(duì)礦山工程地下水污染源及污染因子的識(shí)別研究，對(duì)識(shí)別到的污染因子進(jìn)行修復(fù)分解，降低對(duì)礦山周圍環(huán)境的影響。常見的地下水污染修復(fù)技術(shù)包括異位修復(fù)、滲透反應(yīng)墻技術(shù)，能夠有效地修復(fù)水污染情況，然而這兩種傳統(tǒng)的修復(fù)方法修復(fù)過程較為復(fù)雜，且需要的輔助設(shè)備較多，加大了處理地下水污染的成本。本文采用原位化學(xué)還原技術(shù)對(duì)礦山工程地下水污染因子進(jìn)行修復(fù)處理。

將受到礦山工程污染的地下水從地下抽至地表，主要目的是將污染的范圍縮小。在抽取地下水的過程中，水體內(nèi)的污染因子隨著水體一起被抽出，由于污染物質(zhì)具有吸附特性，容易吸附在水層的介質(zhì)中，轉(zhuǎn)移的速度較慢，在抽取中可以添加一些活性劑加速污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。隨著地下水的流動(dòng)，水中的污染物質(zhì)受到自然分解的作用，在一定程度上改變了污染因子的性質(zhì)。

土壤的吸附、土壤中微生物的氧化分解都能夠改變污染因子的構(gòu)造與性質(zhì)。利用微生物對(duì)化學(xué)物質(zhì)的降解，消耗污染水體的化學(xué)物質(zhì)。將水體中的污染因子通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

污染因子的不同，植物的吸收作用也不同，通常情況下，一種植物能夠?qū)Χ喾N污染因子起到吸收作用。將受到礦山工程污染的水區(qū)域均勻注入活性反應(yīng)物質(zhì)，對(duì)未被吸附的污染因子進(jìn)行固定，選取的反應(yīng)物質(zhì)需要具備安全性，與污染因子發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)出的化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境及水資源沒有害處。原位化學(xué)還原技術(shù)對(duì)于污染因子的修復(fù)處理整體過程較為簡(jiǎn)單，能夠在原地對(duì)污染因子進(jìn)行修復(fù)處理，修復(fù)技術(shù)的整體成本較低。選取的活性物質(zhì)在水體中能夠阻止產(chǎn)生其余的污染物質(zhì)向外遷移，在一定程度上阻止了污染范圍的擴(kuò)大。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證本文提出的礦山工程地下水污染因子識(shí)別及修復(fù)技術(shù)的有效性，將本文提出的方法與傳統(tǒng)的等離子修復(fù)污染因子方法進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)選取湘中某銻礦工程開采礦區(qū)，該礦區(qū)總面積約為25.45km2，居住人口約為1.8萬人，大部分居民是廠礦企業(yè)的職工及家屬。

將礦區(qū)按照地理位置進(jìn)行劃分，分為南礦區(qū)與北礦區(qū)，南礦區(qū)含有三條河流，流向資江。礦區(qū)中的地下水一般由分水嶺匯聚到江中。地下水的排泄方式主要以自然流動(dòng)為主，少量的地下水經(jīng)過斷層排泄。礦區(qū)內(nèi)的主要污染源為銻礦場(chǎng)以及尾礦庫(kù)，對(duì)周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，甚至對(duì)居民的飲水問題形成了安全隱患。

在礦區(qū)內(nèi)設(shè)置多個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，包括污染源監(jiān)控點(diǎn)以及污染擴(kuò)散監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)地表的第一含水層變化，找出對(duì)周圍植被的影響，確定污染因子的種類與來源。根據(jù)地下水的移動(dòng)特性，布設(shè)渣堆固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全方位地監(jiān)測(cè)地下水污染源。利用梅羅綜合指數(shù)法，確定污染因子指標(biāo)與污染程度之間的關(guān)系，得出關(guān)系式后對(duì)污染因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，根據(jù)采集到的礦區(qū)周圍地質(zhì)環(huán)境信息，利用原位化學(xué)還原技術(shù)修復(fù)地下水污染因子。

2.2 對(duì)比分析

將兩種識(shí)別修復(fù)方法修復(fù)后的地下水污染因子的指標(biāo)值C進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 兩種方法修復(fù)污染因子的指標(biāo)值對(duì)比

根據(jù)表2可知，本文提出的地下水污染因子識(shí)別及修復(fù)方法的修復(fù)指標(biāo)值較傳統(tǒng)方法相比存在較大的差異，超標(biāo)率相對(duì)較低。因此，本文提出的方法對(duì)于污染因子的識(shí)別與修復(fù)更加有效。

3 結(jié)語

本文對(duì)礦山工程地下水污染因子的識(shí)別及修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)地下水污染因子的來源及處理方法進(jìn)行了探索。經(jīng)過與傳統(tǒng)等離子修復(fù)污染因子方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，本文提出的識(shí)別修復(fù)方法對(duì)于污染因子的修復(fù)率較高，超標(biāo)率較低，但是，本文提出的方法根據(jù)礦山工程的不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在一定的誤差。在未來的研究中，可以對(duì)多種類型的礦山工程地下水污染因子進(jìn)行采樣研究。