磷礦山地質勘查施工及運營過程中周圍水體中TP、F-和SS的濃度變化

楊 雪 劉 春

1.貴州省地質調查院 貴州 貴陽 550000;

2.貴州地礦基礎工程有限公司 貴州 貴陽 550000

1 引言

目前,由于社會經(jīng)濟的發(fā)展,礦產(chǎn)資源的開采日趨頻繁,利用量與日俱增,在礦山資源的工程勘查和開采運輸過程中,產(chǎn)生了大量礦渣和生活固體廢物,帶來了嚴重的水環(huán)境污染問題。由于人們的日常生活中離不開水的飲用,水質污染會對人類的健康造成嚴重的影響.所以對礦山勘查和開采過程中典型污染因子的遷移和變化的研究尤為重要[1-3],對地質工程技術與環(huán)境治理技術深度融合有一定的指導作用。

基于以上理由,筆者以貴州省典型磷礦山開采區(qū)為研究對象,對其礦山開采的磷礦石中元素和周圍水體中主要污染因子（總磷、氟化物、懸浮物）進行測定和估算,同時分析比較各污染因子的相互影響,以及對水體中p H值帶來的影響,以便為磷礦山地質環(huán)境治理工作提供一些可供參考的基礎資料[4-9]。

2 材料和方法

2.1 實驗地概況

本實驗在貴州省開陽縣磷礦開采區(qū)進行,該區(qū)磷礦大多為海相沉積礦。在大量海洋古生物骨骼沉積成磷礦的同時,必然伴隨富碘、氟海洋古藻類植物死亡并賦存在磷礦中,該區(qū)域地下水有孔隙水、裂隙水和巖溶水,孔隙水和裂隙水儲量不大,出流量很小;巖溶水儲量較大,是主要的地下水種類。由于地面切割深,高差大,地表水往往上游入滲,下游出流,與地下水之間的補給關系錯綜復雜,一般難于嚴格區(qū)分,周圍有小型支流2個,流約500m匯入烏江。該采礦區(qū)于北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),春季冷空氣活動頻繁,雨日較多;夏季暖濕多雨;秋季晴朗少云,冬季干冷少雨。年均氣溫12.8℃,最冷月平均氣溫5.4℃,最熱月平均氣溫26.4℃,年均相對濕度85%,年平均降雨量1258.5mm,是我省降水量比較豐沛的地區(qū)。

2.2 采樣及分析方法

2.2.1 實驗監(jiān)測方法

本實驗設置背景斷面1個（W1）,對照斷面1個（W2）、混合斷面1個（W3）,一個監(jiān)測斷面2個（W4,W5）,衰減斷面1個（W6）,采用多點監(jiān)測法每天分早（9:00～11:00）、中（2:00～4:00）和晚（6:00～8:00）3次監(jiān)測各點位水體p H值、總磷（TP）、氟化物（F-）、總懸浮物（SS）的濃度,取測量數(shù)據(jù)的算術平均值進行分析。連續(xù)監(jiān)測一個星期。為了使采樣水質均勻,在同一監(jiān)測斷面,采取多個點的水樣進行匯合[10]。

2.2.2 實驗分析方法

該研究以采礦區(qū)河流上游100m處未被污染的河流斷面為背景值采樣點,并對其進行水質監(jiān)測分析。按照《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）上規(guī)定的方法對p H、總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）4個項目進行的分析[11],具體分析檢測方法見表2-2-1.

表2-2-1 水質分析項目檢測方法

3 實驗結果與分析

一些研究表明水中相關水質參數(shù)的變化具有相關性[1-2],同時與進入水體中的固體、液體和氣態(tài)污染物的成份有直接的關系,考慮到磷礦山施工及運輸過程中主要污染物來至于磷礦廢渣及粉塵的污染,加上磷礦石一般存在氟化物伴生的情況,同時生活污染物量相對小,所以此次主要研究對象為水體中的總磷（TP）、氟化物（F-）濃度變化,以及它們之間的相互影響情況[8-10]。

3.1 水中TP、F-、SS和濃度變化

從圖中可知,河流共設置6個監(jiān)測斷面,總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度總體呈現(xiàn)一個先升高后下降的趨勢,表明磷礦上開采運輸過程中產(chǎn)生的磷礦廢物進入水體,導致總懸浮物上升。磷礦石中一般伴生有氟化物,導致兩者之間總體變化趨勢一致,在監(jiān)測斷面（W4）這一點的濃度值均達到最大值,隨之又開始降低,但是高于背景值。這是水中動植物及微生物的作用,導致水體中含有磷和含氟等物質被轉化吸收,導致水體中的濃度明顯下降,但是由于水體本身自我凈化的作用有限,水中有磷和含氟等物質濃度高于水體自凈作用的標準限值,導致水體下游的總磷（TP）、氟化物（F-）濃度高于背景斷面中相應指標的含量。證明水體中有外源總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物等污染物質的混入,說明磷礦山勘查、開采和運輸過程,磷礦物質將會直接掉入水體中,或者以粉塵形式隨雨水流進水體中,導致水體中總磷和氟化物的濃度升高。

圖3-1 各監(jiān)測點位TP、F-和SS的濃度變化

3.2 水中TP對p H值的影響

從上圖中可知,河流共設置6個監(jiān)測斷面,p H值變化規(guī)律性不強,但是總體上的變化趨勢與總磷（TP）的變化趨勢相反,主要是因為水體污染初期大量微生物死亡,水體中物理化學作用占主導作用,磷化物經(jīng)過物理化學作用,變成磷酸鹽類物質,導致水體總體p H值下降。經(jīng)過水體的流動稀釋已經(jīng)自身凈化作用,一部分磷酸鹽轉變?yōu)榱姿徕}等微溶物質沉降到水底,污染物濃度有所下降,水中微生物活性開始升高,也就是微生物的作用此時占主導,微生物將還未沉降和反應含磷污染物進行反應轉化為其他物質,導致水體中含磷酸鹽物質減少,從而使水體中的p H值開始升高。

圖3-2 各監(jiān)測點位TP和p H的濃度變化

3.3 水中F-對p H值的影響

從上圖中可知,氟化物與p H值的變化關系,與總磷與p H值的變化趨勢是一致的,主要是氟化物屬于磷礦石的伴生物制,其變化主要受到磷化物變化的影響。即初期主要是受到物理化學作用占主導作用,中后期一部分磷酸鹽轉變?yōu)榱姿徕}等微溶物質沉降到水底,同時氟化物濃度有所下降,水中微生物活性開始升高,也就是微生物的作用此時占主導,微生物將還未沉降和反應含氟染物進行反應轉化為其他物質。

圖3-3 各監(jiān)測點位F-和p H的濃度變化

3.4 水中SS對p H值的影響

從上圖可以明顯看出總懸浮物（SS）與水體p H值整體呈現(xiàn)相反變化的趨勢,隨著SS的增加,水體的p H值呈現(xiàn)下降,這個現(xiàn)象主要是由于,水體中的的主要污染物資來源于磷礦山地質施工及開采運輸過程中,磷礦石固體廢物進入水體中,引起了水中的一系列微生物及化學物理作用,從而使p H值總體呈現(xiàn)一個先上升后下降的一個變化趨勢,詳細分析見本文3.2中各監(jiān)測點位TP和p H的濃度變化。從此項數(shù)據(jù)也可得出,做好磷礦山開采全過程的環(huán)境保護工作,預防磷礦石渣體進入水體,對于水體的保護工作至關重要。

圖3-4 各監(jiān)測點位SS和p H的濃度變化

4 小結

針對磷礦山開采場地周圍水體中總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度的布點監(jiān)測,得出以下研究結論:

（1）當前磷礦山地質施工及開采運輸會對周圍水體帶來總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度等污染物質,但是在不超過水體環(huán)境承載力的情況下,水體中的物生物及化學物理作用,即水體的自凈作用會降低污染物對自身的影響。

（2）總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度的變化呈現(xiàn)同方向變化,總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度隨著彼此升高而升高。

（3）總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度變化總體與水中p H值呈現(xiàn)反方向變化,即水體p H值隨著總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度的。

總之,此次研究盡管給貴州磷礦山開采場地質施工過程中的環(huán)境境保護工作提供了一些基礎數(shù)據(jù),但是還有待進一步的水體中污染物變化數(shù)據(jù)模型的建立,包括水體中微生物菌落的變化情況的研究,希望在后續(xù)的研究工作中拓寬研究路線和思路,同時加強礦山開采的環(huán)境治理技術的深入研究。