龍巖市煤礦廢水重金屬成分研究

陳靜靜

（福建省華廈能源設(shè)計研究院有限公司，福建 福州 350001）

煤炭長期占據(jù)我國能源消費結(jié)構(gòu)的主體地位，煤礦建設(shè)、開采、洗選、加工、廢舊煤窯和礦山開閉等引發(fā)礦區(qū)一系列的水環(huán)境問題。煤炭安全綠色開采已成為新時代的主題，環(huán)保部門也越來越重視煤礦區(qū)的水環(huán)境問題。一般來說，煤礦井下廢水富含有機物、固體懸浮物和重金屬元素，具有較高的色度。不同地區(qū)的煤礦，重金屬成分存在著差異，污染環(huán)境的程度也不同，因此需要根據(jù)不同地區(qū)的具體情況進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和廢水治理。

龍巖市位于福建省西部，是福建省煤炭主要生產(chǎn)基地之一，全市五縣、一市、一區(qū)中，五個縣（市、區(qū)）有可采的煤炭資源。近年來，龍巖市的原煤開采、煤電、煤化工等工業(yè)產(chǎn)生許多的工業(yè)廢水，煤礦廢水就是其中之一。龍巖市的煤炭開采區(qū)周邊大部分是農(nóng)田，監(jiān)控與治理煤礦礦井廢水尤為重要。因此選取龍巖市的五個具有代表性的A、B、C、D、E煤礦礦井水為樣本，對其礦井廢水中的鐵、錳、銅、鋅、鉛、鎘六種重金屬成分及其含量進(jìn)行分析，為龍巖市在環(huán)境保護(hù)中對礦井水的排放監(jiān)控和礦井周邊的土壤調(diào)查、治理提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗儀器和試驗試劑

1.1 試驗儀器

AA-6300C原子吸收分光光度計及相應(yīng)的輔助設(shè)備、空氣壓縮機、移液管、容量瓶、燒杯、5～50μL移液器、聚乙烯塑料瓶。

1.2 試驗試劑

去離子水、硝酸（優(yōu)級純）、鹽酸（優(yōu)級純）、高氯酸（優(yōu)級純）。從國家環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所購買的鐵、錳、鋅質(zhì)控樣品以及鐵、錳、銅、鋅、鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 水樣采集和試驗步驟

2.1 水樣采集

用洗滌劑洗凈并用稀硝酸浸泡的聚乙烯塑料瓶，每個礦的礦井廢水采樣頻次為2h/次，共采樣四次。將四次水樣混合得到一個煤礦廢水的混合樣，混合樣中需加入稀硝酸酸化至pH值為1～2后待分析使用[1-2]。

2.2 試驗步驟

按照《水質(zhì) 鐵、錳的測定 火焰原子吸收分光光度法》（GB11911-1989）測定鐵、錳；《水質(zhì)銅、鉛、鋅、鎘的測定 原子吸收分光光度法》（GB7475-1987）測定銅、鋅；國家環(huán)境保護(hù)總局編《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版·增補版）中第三篇第四章第七條（四）石墨爐原子吸收分光光度法（B）測定鉛、鎘[3]。

3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將配置好的標(biāo)準(zhǔn)溶液用原子吸收分光光度計直接測量，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1～表6。

表1 鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

表2 錳標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

表3 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

表4 鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

表5 鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

表6 鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

4 試驗結(jié)果

4.1 礦井廢水的測定

分別分析龍巖市的A、B、C、D、E五個煤礦的礦井廢水，結(jié)果如表7～表11。

表7 A煤礦礦井廢水監(jiān)測結(jié)果

表8 B煤礦礦井廢水監(jiān)測結(jié)果

表9 C煤礦礦井廢水監(jiān)測結(jié)果

表10 D煤礦礦井廢水監(jiān)測結(jié)果

表11 E煤礦礦井廢水監(jiān)測結(jié)果

4.2 質(zhì)控樣的測定

為保證監(jiān)測結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度，用直接法分析鐵、錳以及鋅的質(zhì)控樣，分析結(jié)果如表12～表14。

表12 鐵質(zhì)控樣測定結(jié)果

表13 錳質(zhì)控樣測定結(jié)果

表14 鋅質(zhì)控樣測定結(jié)果

5 結(jié)果與討論

鐵、錳、鋅質(zhì)控樣的測定結(jié)果均在質(zhì)控樣濃度范圍內(nèi)，說明本次監(jiān)測結(jié)果具有準(zhǔn)確性。以上監(jiān)測結(jié)果表明，在選定的A、B、C、D、E五個煤礦中，全部的煤礦廢水中含有錳，四個煤礦廢水含有鐵，三個煤礦廢水含有鋅，而銅、鉛、鎘均未檢出，鐵在礦井廢水中含量較高時錳元素含量也較高。因此龍巖市在礦井周邊土壤污染調(diào)查和治理時，應(yīng)該重點考察這三種重金屬元素，在煤礦廢水排放監(jiān)控和廢水污染防治時，應(yīng)主要以鐵、錳、鋅三個元素為監(jiān)控對象。統(tǒng)計結(jié)果如表15。

表15 重金屬檢測結(jié)果分析

重金屬礦井水大多與酸性礦井水共生，在酸性條件下，礦井水能夠溶解、累積大量礦床中的重金屬元素，使其含量超標(biāo)。Li Pang Wang等[4]用石灰石中和處理廢棄銅礦的酸性礦井廢水，并在不同pH值的條件下加入NaHS使金屬分批析出，成功從酸性廢水中分別回收鐵、銅、鋅。處理高濃度重金屬離子廢水主要用化學(xué)沉淀法和電解法；處理低濃度重金屬離子廢水主要用離子交換法和膜分離技術(shù)；去除大量的金屬離子可以利用多級序批聯(lián)合處理裝置，聯(lián)合處理城市生活污水和含鋅豐富的煤礦廢水，硝化去磷。礦井水含有鐵、錳以及放射性污染，應(yīng)采用常規(guī)處理-超濾工藝處理，結(jié)合ClO2氧化和高嶺土吸附，對高礦度廢井水進(jìn)行深度處理。

6 結(jié)語

礦區(qū)廢水主要包括冶煉廢水、礦區(qū)徑流和尾礦庫溢流等，未經(jīng)處理的礦井廢水進(jìn)入當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境中，對礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。煤炭在開采過程中排放的礦井廢水，大多數(shù)為酸性水，并且含有大量的懸浮物，超過國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，礦井廢水必須經(jīng)過處理，達(dá)標(biāo)后才能進(jìn)行排放，否則，環(huán)保部門將依法予以經(jīng)濟制裁或限令停產(chǎn)整頓。為了減少水污染，可以通過重金屬礦井水的治理，現(xiàn)階段處理重金屬礦井水的最常用方法是離子交換法和絮凝沉淀法。相對于西方國家，國內(nèi)在吸附劑、高分子有機絮凝劑方面的研究創(chuàng)新比較少，種類比較簡單，處理效果較差，因此應(yīng)當(dāng)多改進(jìn)吸附劑和處理系統(tǒng)方面。綜合利用礦井廢水，不僅可以節(jié)約水資源，避免對水環(huán)境造成污染，而且可以實現(xiàn)礦井水水資源的綜合管理、合理利用、節(jié)能減排、綠色環(huán)保、造福社會的目的，在改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、緩解礦區(qū)供水不足、滿足生產(chǎn)生活用水需求方面也起到重要的作用。