陜北神木受煤礦污染水體的水質(zhì)調(diào)查與評價(jià)

梁麗華，范代娣，馬 沛，朱曉麗

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127;2.西北大學(xué) 化工學(xué)院，陜西 西安 710069)

陜北神府煤田是世界七大煤田之一，未來將建設(shè)成為國家“西電東送”電源基地和大型現(xiàn)代煤化工基地［1］。但在生態(tài)環(huán)境脆弱，水土易流失、土地沙漠化的環(huán)境中開采煤炭資源和大量開辦煤化工項(xiàng)目，必然導(dǎo)致嚴(yán)重的水環(huán)境問題。據(jù)調(diào)查，榆林每采1 t煤，就會破壞地表水2.84 t，自煤炭能源大規(guī)模開發(fā)以來，榆林地區(qū)11條主要河流有9條受到不同程度的污染，神木縣境內(nèi)一些煤礦的井下廢水，直接排入窟野河，導(dǎo)致窟野河水體中總懸浮物比開發(fā)前增加93倍，神木、府谷等6縣飲用水源的水質(zhì)已嚴(yán)重超標(biāo)［2］。但目前少有文獻(xiàn)對陜北水體進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測和評價(jià)，從而很難正確的認(rèn)識陜北煤炭開采對當(dāng)?shù)厮w造成的污染。為此作者多次赴陜北神木縣錦界工業(yè)園區(qū)調(diào)查，取得了陜北煤炭礦區(qū)水體污染的第一手資料。

在調(diào)查中作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)孛旱V附近不少水體都受到煤粉污染。一些煤礦不停向外偷排污水(圖1)，導(dǎo)致附近水體呈黑色，水中水生植物均已枯死。不少水體邊上和表面堆積著厚厚的煤泥，在煤礦開采塌陷區(qū)形成的池塘周圍覆蓋的煤粉尤為嚴(yán)重(圖2)。

圖1 煤礦廢水的偷排口

圖2 池塘邊的煤泥

筆者對工業(yè)園區(qū)內(nèi)幾處正在開采或廢棄的煤礦附近的水體進(jìn)行采樣，并對所采水樣的18項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測定，再與溝掌水源地保護(hù)區(qū)(五龍廟附近)的天然未受采礦污染的水體進(jìn)行對比。根據(jù)國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838－2002)》、水利部發(fā)布的《地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(SL63－94)、《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848－9)，對其中的水質(zhì)超標(biāo)項(xiàng)目做了統(tǒng)計(jì)，用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)方法［3］、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)方法［4］對4處水樣的污染程度做了評價(jià)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采樣深度為水面下20～30 cm，每個(gè)采樣點(diǎn)采集500 ml樣品3瓶，取平均值。

1.2 測試方法

為防止水樣放置時(shí)間過長導(dǎo)致某些參數(shù)發(fā)生變化，采用美國哈希公司的便攜式水質(zhì)測定儀(DR890)和多參數(shù)數(shù)字化分析儀(HQ30d)進(jìn)行現(xiàn)場測量，此方法經(jīng)美國環(huán)保署認(rèn)定;水樣預(yù)酸化處理后帶回實(shí)驗(yàn)室，使用原子吸收分光光度計(jì)(AA－7000 Series)測定現(xiàn)場不便檢測的 Cd和 Pb的含量;pH值使用pH試紙測定。

2 測定結(jié)果與討論

在陜北神木煤炭礦區(qū)選取了4個(gè)采樣點(diǎn):1#水源地水樣采自毛烏素沙漠造林基地五龍廟附近的濕地湖泊，為未污染的參照水樣;2#、3#水樣采自六道溝一處廢棄煤礦附近的池塘，池塘上游堆積著大量煤矸石(圖3)，下游形成大量黑色淤泥，池塘中樹木禿死(圖4)，2#水樣取自煤矸石邊，3#水樣取自淤泥上方(兩者對比可看出煤矸石對水體的直接污染和間接污染程度)，4#水樣取自西溝一正在開采的煤礦附近的小溪。4處水樣測定結(jié)果如表1所示。

圖3 池塘邊堆積著煤矸石

圖4 池塘中淤積的黑色污泥

從水樣監(jiān)測結(jié)果可看出，由于煤礦的開采及煤矸石的堆積，導(dǎo) 致 水 體 中 色度、SS、COD、NH4+－N、NO3－、SO42－、Cr6+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、Pb、Cd 元素比參照水樣都有不同程度的升高，尤其是重金屬和TP，都達(dá)到嚴(yán)重污染環(huán)境的水平。對比2#和3#水樣可以看出煤矸石下游淤泥上的水體中濁度、SS、色度、NH4+－N、NO2－、NO3－、Cr6+、Cu2+、Fe3+、Mn2+等指標(biāo)均比煤矸石直接浸泡區(qū)域的高，說明煤矸石經(jīng)過遷移轉(zhuǎn)化形成的間接污染比起直接浸泡造成的污染更加嚴(yán)重。

3 陜北神木煤炭礦區(qū)水質(zhì)評價(jià)

3.1 水質(zhì)評價(jià)方法

僅簡單分析單項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)是否超標(biāo)不能滿足對整個(gè)水體進(jìn)行綜合評價(jià)，為了更確切的了解煤炭礦區(qū)水體的污染水平，需對所測水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行定量評價(jià)。上海同濟(jì)大學(xué)的徐祖信提出的水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評估結(jié)果與實(shí)際情況基本一致，評估結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性［5］。因此采用這種方法對煤炭礦區(qū)污染水體進(jìn)行評價(jià)，包括單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的河流總體水質(zhì)評價(jià)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法。

3.2 煤炭礦區(qū)污染水體的評價(jià)結(jié)果

3.2.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)結(jié)果

根據(jù)單因子水質(zhì)指數(shù)的計(jì)算方法［3］，對煤炭礦區(qū)的4處水樣進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)評價(jià)結(jié)果，1#水樣的 TP、COD濃度較高，主要原因是采樣的濕地湖泊中長有大面積浮萍，在死亡后將 COD、TP釋放到水中，同時(shí)可能受到當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)施肥的影響，因此 TP、COD濃度較高。2#水樣 TP、COD、Cd均污染較為嚴(yán)重，3#水樣 SS、TP、Cr6+、COD和 Cd均達(dá)到Ⅳ －Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)，污染程度較高，4#水樣的懸浮物、Cr6+、Pb元素濃度較高，污染較大。

3.2.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)結(jié)果

僅用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)不能得出水樣的綜合污染狀況，不利于水樣之間進(jìn)行比較，因此采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)［4］對煤炭礦區(qū)4個(gè)水樣進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表 6，可見 1#、2#水樣為Ⅱ類水，3#、4#水樣符合Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)。其中3#水樣污染最為嚴(yán)重，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為3.561，這也和采樣時(shí)觀察到的現(xiàn)象一致。總得來說，單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)能較好地反映4個(gè)水樣中各個(gè)水質(zhì)參數(shù)的污染狀況，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)能給每個(gè)水樣一個(gè)綜合評分，并將水樣劃分為一定的級別，有利于水樣之間進(jìn)行比較，但是綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)法對于水質(zhì)的反映也有偏差，如1#水源地的水樣和2#煤矸石邊上的水樣差別較大，但是卻同為 Ⅱ類水，標(biāo)識指數(shù)也相差不大。

表1 陜北受煤矸石污染及未污染水樣監(jiān)測結(jié)果

表2 煤炭礦區(qū)4處水樣的單因子水質(zhì)指數(shù)評價(jià)結(jié)果

表3 煤炭礦區(qū)4處水樣的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語

(1)陜北煤炭礦區(qū)水體受煤粉污染較為嚴(yán)重，水體中色度、SS、COD、NH4

+－N、NO3－、SO4

2－、Cr6+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、Pb、Cd元素比參照水樣都有不同程度的升高，尤其是重金屬 Cr、Cd、COD和 TP，都達(dá)到嚴(yán)重污染環(huán)境的水平;

(2)煤矸石經(jīng)過遷移轉(zhuǎn)化形成的間接污染比起直接浸泡造成的污染更加嚴(yán)重;

(3)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)結(jié)果顯示:1#水樣的 TP、COD濃度較高，2#水樣 TP、COD、Cd均污染較為嚴(yán)重，3#水樣 SS、TP、Cr6+、COD 和 Cd污染程度較高，4#水樣的 SS、Cr6+、Pb元素濃度較高;

(4)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)結(jié)果顯示:1#、2#水樣為Ⅱ類水，3#、4#水樣符合Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)。其中3#水樣污染最為嚴(yán)重，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為3.561;

(5)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)能較好地反映4個(gè)水樣中各個(gè)水質(zhì)參數(shù)的污染狀況，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)有利于水樣之間進(jìn)行比較，但是綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)法對于水質(zhì)的反映有偏差。

［1］劉志仁.陜北能源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)法律對策研究.干旱區(qū)資源與環(huán)境.2009.23(1):p.18－23.

［2］姬雄華，張曉梅.陜北煤炭企業(yè)環(huán)保責(zé)任與發(fā)展對策.商情.科學(xué)教育家.2010(5):p.142－143.

［3］徐祖信.我國河流單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)方法研究.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005.33(3):p.321－325.

［4］徐祖信.我國河流綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)方法研究.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005.33(4):p.482－488.

［5］解瑩，李敘勇，王慧亮，李文贊.灤河流域上游地區(qū)主要河流水污染特征及評價(jià).環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào).2012.32(3):p.645－653.