礦山工程地下水污染因子識別及修復技術研究

劉志杰

（深圳市南科環?？萍加邢薰?，廣東 深圳 518100）

稀土資源是不可再生的資源，我國稀土資源較豐富，在世界稀土資源方面占據重要地位。稀土資源的穩定發展與土壤中的水體質量具有很大的關系。我國礦產資源較為豐富，然而一些不合理的礦產開發工程對水體的質量造成了嚴重的破壞。長期不合理的開采狀態，使礦區周圍的地下水形成污染，污染因子擴散嚴重[1]。地下水污染對礦區附近的土壤造成嚴重的傷害，對生態環境的平衡造成了影響。礦山工程中的化學元素不單單在土壤中累積，也會被水體中的微生物吸收分解，當化學元素積累到一定量時，對水體環境產生有害影響[2]。較低濃度的化學元素加速水中的富營養化，使水體中生長出大面積的浮萍；濃度較高的化學元素使水中的生物吸入有毒物質，造成水體生態系統失去平衡[3]。礦山工程產生的污染物中以三氮污染物居多，三氮污染物經過排出進入地層中。低濃度的氮化合物對魚鰓的氧傳遞造成了阻礙，對魚類造成了毒害，人們長期食用有毒的魚類，存在較大的安全隱患。氮化合物在一定程度上能夠促進植物的生長，然而氮含量較多時，會使藻類大量地繁殖生長，植物出現富營養化嚴重的現象。地下水污染的治理技術有很多種，例如生物修復法、離子交換法、應用膜處理法等，然而這些水污染治理技術對于水中的污染因子識別及修復存在一定的缺陷?；诖?，本文提出了礦山工程地下水污染因子識別及修復技術的研究。

1 礦山工程地下水污染因子識別及修復技術研究

隨著礦山工程地下水污染越來越嚴重，本文提出了礦山工程地下水污染因子識別及修復技術的研究，構建出識別修復流程如圖1所示。

圖1 地下水污染因子識別修復流程圖

根據圖1可知，本文通過識別地下水污染源、梅羅綜合指數法識別污染因子、采集礦山工程周圍環境信息、原位化學法修復地下水污染因子，實現對礦山工程地下水污染因子的識別及修復。

1.1 研究地下水污染源的識別

礦山工程多數為露天開采的模式，開采礦石時，在礦區形成較多的礦坑。在礦石開采的環節中，鑿巖會用到大量的水資源，大約用水854m3/d，開采礦山過程產生的大量廢水，經過工業排放與處理手段對其分解，污染物質基本不會流入到自然環境中。但是，難免會有部分廢水不經意流入土壤當中，對水體造成污染。

部分礦體中存在少量的矸石，排放中存在掉落的現象，掉落的矸石受到雨水的沖擊，會產生大量工業泥水，在地勢低洼處，礦石泥水沉淀至土壤中形成大量污染。在暴雨沖擊下，泥水在矸石場底部沉積，矸石場底部地層風化裂隙的發育速度較快，經過風化的裂隙進入含水層中，形成污染。巖石在開采過后會產生一部分無用的巖石，包括圍巖等，堆放在廢石場中，在雨季經過大量的雨水沖刷形成淋溶水。正常降雨的條件下，不會輕易形成淋溶水，只有在長期沖刷下才能形成。一旦形成淋溶水對地表的巖漿巖發育十分不利，流經尾礦庫逐步轉化為尾礦庫廢水，對礦山的地下水污染十分嚴重。

礦山工程中的廢水經過井下排水裝置排放到礦井水處理站中進行處理，再將處理站的水抽至生產水池中，用于礦山工廠的生產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入土壤中，與水資源接觸導致污染因子分布擴散。

1.2 梅羅綜合指數法識別污染因子

梅羅綜合指數法是識別水體中污染因子較為有效的方法，對水質中的各個污染因子的指標進行動態識別與建立關聯，篩查出主要的污染因子，建立水體中不同的污染因子指標與污染程度之間的關系式：

其中，p表示不同污染因子的回歸系數；ε表示常量系數；f表示污染程度指數；a表示污染因子的變化量。其次，對于污染因子進行標準化預處理：

式中，Zi表示采樣點為i時，地下水污染標準化指標；xi表示地下水污染的標準濃度值；xm表示在水污染標準值時的平均值；σ表示在不同污染程度下的方差值。對污染因子的標準化預處理結束后，建立不同程度水污染下的關聯度。污染因子在水體中具有線性相關度，對水污染因子的方差值進行對比，采用梅羅綜合指數進行分析識別，獲取到的污染因子指標結果如表1所示。

表1 污染因子指標識別結果

根據表1可知，不同水污染指標對于地下水的污染程度不同，對污染因子進行識別處理，能夠清晰地掌握水體中污染因子的各項指標，方便下文對于地下水污染因子的修復工作。

1.3 采集礦山工程周圍環境信息

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，在對地下水污染因子進行修復之前，采集礦山工程的周圍環境信息至關重要。

對礦山的地下水污染情況進行深入的了解，將礦山的實際情況以及開采方案進行調查，采集礦山環境與生態之間的聯系，降低修復污染以后的二次污染的可能性。根據衰減處理技術對礦山周圍地區的植被、地層條件以及礦山的整體構造特征進行采集處理，對周圍其他地區存在的水體污染進行數據預處理。建立環境信息評價體系，對地下水污染的特征及修復后的特征進行預測。

確定了礦山周圍的整體環境信息，根據多方位的指標數據，最終確定修復礦山工程地下水污染因子的修復方法。

1.4 原位化學法修復地下水污染因子

根據上述對礦山工程地下水污染源及污染因子的識別研究，對識別到的污染因子進行修復分解，降低對礦山周圍環境的影響。常見的地下水污染修復技術包括異位修復、滲透反應墻技術，能夠有效地修復水污染情況，然而這兩種傳統的修復方法修復過程較為復雜，且需要的輔助設備較多，加大了處理地下水污染的成本。本文采用原位化學還原技術對礦山工程地下水污染因子進行修復處理。

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，水體內的污染因子隨著水體一起被抽出，由于污染物質具有吸附特性，容易吸附在水層的介質中，轉移的速度較慢，在抽取中可以添加一些活性劑加速污染物質的轉移。隨著地下水的流動，水中的污染物質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。

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造與性質。利用微生物對化學物質的降解，消耗污染水體的化學物質。將水體中的污染因子通過化學反應轉化為二氧化碳和水。

污染因子的不同，植物的吸收作用也不同，通常情況下，一種植物能夠對多種污染因子起到吸收作用。將受到礦山工程污染的水區域均勻注入活性反應物質，對未被吸附的污染因子進行固定，選取的反應物質需要具備安全性，與污染因子發生反應后產出的化學物質對環境及水資源沒有害處。原位化學還原技術對于污染因子的修復處理整體過程較為簡單，能夠在原地對污染因子進行修復處理，修復技術的整體成本較低。選取的活性物質在水體中能夠阻止產生其余的污染物質向外遷移，在一定程度上阻止了污染范圍的擴大。

2 實驗分析

2.1 實驗準備

為了驗證本文提出的礦山工程地下水污染因子識別及修復技術的有效性，將本文提出的方法與傳統的等離子修復污染因子方法進行對比。實驗選取湘中某銻礦工程開采礦區，該礦區總面積約為25.45km2，居住人口約為1.8萬人，大部分居民是廠礦企業的職工及家屬。

將礦區按照地理位置進行劃分，分為南礦區與北礦區，南礦區含有三條河流，流向資江。礦區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為主，少量的地下水經過斷層排泄。礦區內的主要污染源為銻礦場以及尾礦庫，對周圍環境造成了嚴重的污染，甚至對居民的飲水問題形成了安全隱患。

在礦區內設置多個地下水監測點，包括污染源監控點以及污染擴散監測點。根據地表的第一含水層變化，找出對周圍植被的影響，確定污染因子的種類與來源。根據地下水的移動特性，布設渣堆固定監測點，全方位地監測地下水污染源。利用梅羅綜合指數法，確定污染因子指標與污染程度之間的關系，得出關系式后對污染因子進行標準化預處理，根據采集到的礦區周圍地質環境信息，利用原位化學還原技術修復地下水污染因子。

2.2 對比分析

將兩種識別修復方法修復后的地下水污染因子的指標值C進行對比，結果如表2所示。

表2 兩種方法修復污染因子的指標值對比

根據表2可知，本文提出的地下水污染因子識別及修復方法的修復指標值較傳統方法相比存在較大的差異，超標率相對較低。因此，本文提出的方法對于污染因子的識別與修復更加有效。

3 結語

本文對礦山工程地下水污染因子的識別及修復技術進行了研究，對地下水污染因子的來源及處理方法進行了探索。經過與傳統等離子修復污染因子方法的對比實驗可知，本文提出的識別修復方法對于污染因子的修復率較高，超標率較低，但是，本文提出的方法根據礦山工程的不同，實驗結果可能存在一定的誤差。在未來的研究中，可以對多種類型的礦山工程地下水污染因子進行采樣研究。