巴彦淖尔市乌拉特中旗矿区地下水资源金属污染特征分析.pdf
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1、第42 卷第5期2023年10 月水环境摘要:随着矿区开采量的增加,矿区地下水资源存在严重的重金属污染问题。针对这一问题,本研究针对矿区地下水资源金属污染特征展开分析,并设计了相应的修复措施。在检测巴彦淖尔市乌拉特中旗一处铀矿的地下水水质后,利用SPSS17.0软件分析检测到的数据。然后利用内梅罗污染指数评价方法,确定水样内不同金属元素的污染情况。经检测可知:水样内存在镭、铅、针、锰、汞、镉、钻、铬、铜、镍、锡等金属元素,且这些元素的污染指数并未超出安全范围。而水样内的锌、砷元素均达到污染标准,特别是砷元素在丰水期、平水期以及枯水期均存在中度污染现象。针对金属元素的污染特征,将铁屑作为修复材料
2、,向水样中添加铁屑,去除水资源内超标的锌和砷两金属含量。经实验验证可知:添加1.5g铁屑后锌和砷两金属去除率最高均可达到9 0%以上,而在5mL/min流速下,两金属元素的去除率均可以达到最高。关键词:地下水资源;金属污染;修复措施;锌元素;砷元素;丰水期;枯水期中图分类号:X832文章编号:10 0 1-36 44(2 0 2 3)0 5-0 135-0 8Analysis of Metal Pollution Characteristics of Groundwater Resourcesin Wulat Middle Banner Mining Area of Bayannur City
3、LI Jun-qin,CHEN Xiao-shuang,LIU Yang,JING Jin(Bayannur Wulat Middle Banner Environmental Monitoring station,Wulat Middle Banner,Inner Mongolia 015300,China)Abstract:With the increase of mining amount,there are serious heavy metal pollution problems in groundwater resources ofmining area.In view of t
4、his problem,this study analyzed the metal pollution characteristics of groundwater resources in themining areas,and designed corresponding remediation measures.After testing the groundwater quality of a uranium mine inWulat Middle Banner,Bayannur City,SPSS17.O software was used to analyze the detect
5、ed data.Then the Nemerow pollutionindex evaluation method was used to determine the pollution of different metal elements in water samples.The test showed thatthere were radium,lead,polonium,manganese,mercury,cadmium,cobalt,chromium,copper,nickel,tin and other metalelements in the water sample,and t
6、he pollution index of these elements is not beyond the safe range.However,the zinc andarsenic elements in the water samples all reached the pollution standards,especially the moderate pollution of arsenic in the wetseason,normal season and dry season.According to the pollution characteristics of met
7、al elements,iron filings were used asremediation materials,and iron filings were added to water samples to remove excessive zinc and arsenic content in waterresources.The experimental verification showed that the maximum metal removal rate of zinc and arsenic can reach above 90%after adding 1.5g iro
8、n filings,and the removal rates of both metal elements can reach the highest at the flow rate of 5mL/min.Keywords:Groundwater resources;metal pollution;repair measures;zinc element;arsenic element;wet season;dry season四川环境SICHUANENVIRONMENTD0I:10.14034/ki.schj.2023.05.019巴彦淖尔市乌拉特中旗矿区地下水资源金属污染特征分析李俊琴
9、,陈晓爽,刘杨,井瑾(巴彦淖尔市乌拉特中旗环境监测站,内蒙古乌拉特中旗0 1530 0)文献标识码:AVol.42,No.5October 2023引言随着经济的高速发展,相关生产活动对矿产资需求,我国对矿产资源的开采量逐渐增加。然而,过度开采会对地下水环境造成不良影响 2-3,7源的需求量在持续增加。为满足正常制造业生产的收稿日期:2 0 2 2-0 8-15基金项目:国家自然科学基金(8 12 7 3139)。作者简介:李俊琴(19 8 2-),女,内蒙古乌拉特中旗人,毕业于内蒙古农业大学草业科学专业,硕士研究生,高级工程师,研究方向为生态环境保护。例如一些矿区的过渡开采,使地面出现塌方,
10、且隔136层受到破坏,导致污水更容易渗人到地下水中,造成地下水的污染。其中金属污染是矿区地下水污染的主要类型之一。受到金属污染的地下水,是导致人体中毒和植被死亡的罪魁祸首,会给人类和生态环境带来的巨大危害。例如2 0 10 年,徐州旗山煤矿矿井水铁、锰严重超标,受污染水体近10 0 0 万m,威胁饮水安全,影响周围约30 万人的生产生活。地下水是水资源的重要组成部分,是为人们提供饮用水的源头之一,因此需要对其采取合理的治理手段。在现阶段,地下水水污染治理问题已经取得了初步的成效 4 6 。在治理过程中,需及时对矿区周围地下水进行采样,获取地下水污染情况,并提出合理的修复措施,以此来保障矿区周围
11、人们日常生活的用水安全 7-8 。当下现有的矿区地下水资源修复措施相对较多,大多矿区主要通过物理修复、化学修复、生物修复,这几种形式实现水资源修复。目前,在针对地下水污染特征的研究中,已有相关学者针对矿区地下水污染问题展开分析。有学者分析了矿区表土金属空间污染特征 9 。该方法能够分析矿区地下水多种金属污染特征,但仅能够针对土地表面污染分析,对于地下水体深度污染的分析不够全面。也有学者分析了洞庭湖区表层沉积物重金属污染特征 10 ,该方法可精准分析水资源内的重金属污染,但该方法并未有效提出合理的修复措施。因此,本文针对巴彦淖尔市乌拉特中旗某铀矿区地下水资源金属污染特征展开分析,并设计了相应的修
12、复措施,希望能够有效改善矿区地下水资源质量。1矿区地下水资源金属污染情况研究1.1研究区概况乌拉特中旗位于祖国正北方、巴彦尔市东北部,全旗总面积2.3万km,总人口11.2 万,与蒙古国有18 4km的边境线,拥有常年开放的国家陆路口岸一甘其毛都,是内蒙古向北开放的重要“桥头堡”。乌拉特中旗资源富集、潜力巨大,其中巴彦淖尔市乌拉特中旗某铀矿区是一个典型的矿区,该矿区位于乌拉特中旗昂根苏木店格巴以西。该地区主要岩体在岩石地球化学特征上具有一定的共性,都具有高钾、高碱、铝过饱和的S型花岗岩特征,形成的构造背景为华北板块北缘与西伯利亚板块南缘同碰撞结束一后碰撞开始的构造转换期,其岩浆很可能来源于中新
13、元古代渣尔泰山群变质岩的部分熔融。这一特征对铀成矿十分有利。区域范四川环境围内出露地层较为简单,主要为新太古界乌拉山群、色尔腾山群。地貌为沙化草地,地质构造复杂,褶皱、断裂都很发育,因此形成了较多的矿产资源。因昂根苏木店格巴地区地下水的排泄处于半封闭状态,导致地下水的交替过程非常缓慢,多以蒸发排泄为主,使得地下水中的铀元素被不断浓缩,长久以来形成铀矿。该铀矿以花岗岩型为主,主要产于石炭纪罕乌拉岩体和三叠纪乌和尔图岩体等花岗岩体及其内外接触带中,受断裂蚀变带、糜棱岩化带控制,以硅质破碎带、硅质脉型铀化为主,具体如图1所示。且研究区地域辽阔,气候差异很大,具有高原寒暑剧变的特点,属大陆性干旱气候区
14、。年平均气温在3.0 6.8 之间,降水偏少。因此本文将巴彦淖尔市乌拉特中旗某铀矿区作为研究环境,针对该地区的地下水金属污染情况展开分析。PPt.hyP17PQhoP和热木田木查干放Z473QhnyP,+QhQhYPt,byQh冲洪积砂砾、碳右Qh我坡积物浅肉红色正长花岗岩中细粒二长花岗岩yoP灰色一灰绿色花岗闪长岩地质界线实测性质不明断层图1乌拉特中旗某铀矿地质图Fig.1 Geological map of a uranium mine in urad middle banner1.2样品采集在遵守GB/T5750.22 0 0 6 标准的前提下,在矿区内设置2 0 个位置分别采集水样,地
15、下水样品经过钻孔采集,每个水样样品采集5kg,采集到的样品密封后置于采样瓶内并编号。1.3水样检测为更全面获取矿区地下水资源金属污染情况,本文首先对矿区水质进行检测。测定水质的pH值、金属含量等内容。将12 份水样样品静置10 min,之后吸取每份样本中5mL的水放置于试管中,开始水质检测-12 ,采用相关常量检测仪,测定水样内的金属含量。采用图2 所示的流程实现水样检测。42卷Pt,byQh2QhPt,by格尔楚巴音萨拉-82QhTYPQhQb风积物硅化蚀变分布区F6366P67Pi.byQhQh-Pt.by-68QhmQh5001000m+71葵质板誉,阳橙百英片岩。若榴芸每石英片岩石英脉
16、已施工部分见矿钻孔编号5期水深记录清洗作业实施测量样品分析、保存图2 水质检测流程Fig.2Water quality testing process经检测后合理保存试验水样,并对水样进行相关分析,得到水样金属污染特征。1.4数据处理本文利用SPSS17.0软件对上述得到的水样检测数据展开统计分析,并通过Visio软件绘制相关插图。1.5石矿区地下水资源金属污染情况分析1.5.1矿区地下水资源内梅罗污染指数评价内梅罗污染指数法能够合理评估污染物对环境的污染情况,可有效反应水资源受金属的污染状态 13-15可通过下述计算得到水样的内梅罗污染指数:P,=(1)2其中,i=1,2,.,n为评价指标的
17、个数;j=1,2,m为评价相应的水质类别个数;C,为第i种污染因子的测量浓度;Y,为在j个评价标准下第i个污染因子的标准值;Fjmax为C,/Y,的最大值;F,为C,/Y,的平均值;得到的内梅罗污染指数为Pj1.5.2矿区地下水资源污染等级划分本文根据内梅罗指数计算情况,对矿区地下水表1地下水资源污染等级划分Tab.1 Classification of groundwater pollution levels综合指数P,0.70.7 P,11 P,22P,335李俊琴等:巴彦淖尔市乌拉特中旗矿区地下水资源金属污染特征分析现场勘测记录分析分,具体划分情况如表1所示。仪器设定1.6地下水资源金属
18、污染修复措施1.6.1现有修复措施分析对现有矿区地下水资源修复措施分析如下。仪器校正1.6.1.1物理修复物理修复通常包括热处理法、电动修复法等。热处理主要用于治理汞污染,较为局限。而电动修复法是指控制电的状态,使水中的重金属离子能够水样保存得到分离 16-18 ,但电动修复方式成本较大,对于污染面积较大、污染范围较广的环境并不适用。1.6.1.2化学修复化学修复知识采用化学反应达到地下水资源修复的目的,通常采用化学试剂、化学材料等内容实现,可以有效改善水质的电解性,提升水体有机质含量19 1.6.1.3生物修复生物修复是指采用真菌、微生物等生物吸取地下水中的重金属污染,使水内金属含量降低 2
19、 0 1但该技术受温度和污染物含量的影响,且费时。由于研究矿区地域辽阔,污染范围较广,气候差异很大,降水偏少,且经研究发现该矿区的采集水样内存在较多的金属元素。因此,本文采用化学修复形式,选用铁屑作为修复材料,来改善矿区地下水资源质量。1.6.2试验材料与设备本文采用铁屑作为地下水资源金属污染的修复材料,试验材料通过机械厂车间获取,取出铁屑后过2 8 目标准筛,并将其装袋备用。得到废铁屑后开始进行实验,铁屑主要化学成分含量及所需的试验设备分别如表2 和表3所示。表2 铁屑主要化学成分含量Tab.2 Main chemical components of iron filings成分碳C污染等级
20、硅Si安全警戒轻度污染中度污染重度污染严重污染137资源污染情况进行评价,并对水样污染等级进行划含量(%)2.91.1锰Mn0.7磷P0.005硫S0.003铁Fe95.22138设备序号12345671.6.3试验方法首先对所准备的铁屑进行酸洗,之后取0.5mol/L的氯化氢(HCI),将酸洗后的铁屑放入HCI中并进行搅拌,直至混合物不存在气泡,停止搅拌并采用去离子水对混合物进行清洗。在锥形瓶中进行地下水资源金属污染修复测试,将铁屑装人锥形瓶中,并在瓶内存放2 0 0 mL的水样,经反应后,对水样进行过滤,以此测定溶液的金属污染情况。2结果分析2.1地下水资源金属污染特征变化2.1.1金属污
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