矿山工程地下水污染因子识别及修复技术研究

刘志杰

（深圳市南科环保科技有限公司，广东 深圳 518100）

稀土资源是不可再生的资源，我国稀土资源较丰富，在世界稀土资源方面占据重要地位。稀土资源的稳定发展与土壤中的水体质量具有很大的关系。我国矿产资源较为丰富，然而一些不合理的矿产开发工程对水体的质量造成了严重的破坏。长期不合理的开采状态，使矿区周围的地下水形成污染，污染因子扩散严重[1]。地下水污染对矿区附近的土壤造成严重的伤害，对生态环境的平衡造成了影响。矿山工程中的化学元素不单单在土壤中累积，也会被水体中的微生物吸收分解，当化学元素积累到一定量时，对水体环境产生有害影响[2]。较低浓度的化学元素加速水中的富营养化，使水体中生长出大面积的浮萍；浓度较高的化学元素使水中的生物吸入有毒物质，造成水体生态系统失去平衡[3]。矿山工程产生的污染物中以三氮污染物居多，三氮污染物经过排出进入地层中。低浓度的氮化合物对鱼鳃的氧传递造成了阻碍，对鱼类造成了毒害，人们长期食用有毒的鱼类，存在较大的安全隐患。氮化合物在一定程度上能够促进植物的生长，然而氮含量较多时，会使藻类大量地繁殖生长，植物出现富营养化严重的现象。地下水污染的治理技术有很多种，例如生物修复法、离子交换法、应用膜处理法等，然而这些水污染治理技术对于水中的污染因子识别及修复存在一定的缺陷。基于此，本文提出了矿山工程地下水污染因子识别及修复技术的研究。

1 矿山工程地下水污染因子识别及修复技术研究

随着矿山工程地下水污染越来越严重，本文提出了矿山工程地下水污染因子识别及修复技术的研究，构建出识别修复流程如图1所示。

图1 地下水污染因子识别修复流程图

根据图1可知，本文通过识别地下水污染源、梅罗综合指数法识别污染因子、采集矿山工程周围环境信息、原位化学法修复地下水污染因子，实现对矿山工程地下水污染因子的识别及修复。

1.1 研究地下水污染源的识别

矿山工程多数为露天开采的模式，开采矿石时，在矿区形成较多的矿坑。在矿石开采的环节中，凿岩会用到大量的水资源，大约用水854m3/d，开采矿山过程产生的大量废水，经过工业排放与处理手段对其分解，污染物质基本不会流入到自然环境中。但是，难免会有部分废水不经意流入土壤当中，对水体造成污染。

部分矿体中存在少量的矸石，排放中存在掉落的现象，掉落的矸石受到雨水的冲击，会产生大量工业泥水，在地势低洼处，矿石泥水沉淀至土壤中形成大量污染。在暴雨冲击下，泥水在矸石场底部沉积，矸石场底部地层风化裂隙的发育速度较快，经过风化的裂隙进入含水层中，形成污染。岩石在开采过后会产生一部分无用的岩石，包括围岩等，堆放在废石场中，在雨季经过大量的雨水冲刷形成淋溶水。正常降雨的条件下，不会轻易形成淋溶水，只有在长期冲刷下才能形成。一旦形成淋溶水对地表的岩浆岩发育十分不利，流经尾矿库逐步转化为尾矿库废水，对矿山的地下水污染十分严重。

矿山工程中的废水经过井下排水装置排放到矿井水处理站中进行处理，再将处理站的水抽至生产水池中，用于矿山工厂的生产用水及采矿的消防工作中。部分矿山工程开采中没有洗矿和选矿的过程，矿石中的污染因子与土壤接触进入土壤中，与水资源接触导致污染因子分布扩散。

1.2 梅罗综合指数法识别污染因子

梅罗综合指数法是识别水体中污染因子较为有效的方法，对水质中的各个污染因子的指标进行动态识别与建立关联，筛查出主要的污染因子，建立水体中不同的污染因子指标与污染程度之间的关系式：

其中，p表示不同污染因子的回归系数；ε表示常量系数；f表示污染程度指数；a表示污染因子的变化量。其次，对于污染因子进行标准化预处理：

式中，Zi表示采样点为i时，地下水污染标准化指标；xi表示地下水污染的标准浓度值；xm表示在水污染标准值时的平均值；σ表示在不同污染程度下的方差值。对污染因子的标准化预处理结束后，建立不同程度水污染下的关联度。污染因子在水体中具有线性相关度，对水污染因子的方差值进行对比，采用梅罗综合指数进行分析识别，获取到的污染因子指标结果如表1所示。

表1 污染因子指标识别结果

根据表1可知，不同水污染指标对于地下水的污染程度不同，对污染因子进行识别处理，能够清晰地掌握水体中污染因子的各项指标，方便下文对于地下水污染因子的修复工作。

1.3 采集矿山工程周围环境信息

由于矿山工程的不同，地下水受到污染的原因与程度也不尽相同。因此，在对地下水污染因子进行修复之前，采集矿山工程的周围环境信息至关重要。

对矿山的地下水污染情况进行深入的了解，将矿山的实际情况以及开采方案进行调查，采集矿山环境与生态之间的联系，降低修复污染以后的二次污染的可能性。根据衰减处理技术对矿山周围地区的植被、地层条件以及矿山的整体构造特征进行采集处理，对周围其他地区存在的水体污染进行数据预处理。建立环境信息评价体系，对地下水污染的特征及修复后的特征进行预测。

确定了矿山周围的整体环境信息，根据多方位的指标数据，最终确定修复矿山工程地下水污染因子的修复方法。

1.4 原位化学法修复地下水污染因子

根据上述对矿山工程地下水污染源及污染因子的识别研究，对识别到的污染因子进行修复分解，降低对矿山周围环境的影响。常见的地下水污染修复技术包括异位修复、渗透反应墙技术，能够有效地修复水污染情况，然而这两种传统的修复方法修复过程较为复杂，且需要的辅助设备较多，加大了处理地下水污染的成本。本文采用原位化学还原技术对矿山工程地下水污染因子进行修复处理。

将受到矿山工程污染的地下水从地下抽至地表，主要目的是将污染的范围缩小。在抽取地下水的过程中，水体内的污染因子随着水体一起被抽出，由于污染物质具有吸附特性，容易吸附在水层的介质中，转移的速度较慢，在抽取中可以添加一些活性剂加速污染物质的转移。随着地下水的流动，水中的污染物质受到自然分解的作用，在一定程度上改变了污染因子的性质。

土壤的吸附、土壤中微生物的氧化分解都能够改变污染因子的构造与性质。利用微生物对化学物质的降解，消耗污染水体的化学物质。将水体中的污染因子通过化学反应转化为二氧化碳和水。

污染因子的不同，植物的吸收作用也不同，通常情况下，一种植物能够对多种污染因子起到吸收作用。将受到矿山工程污染的水区域均匀注入活性反应物质，对未被吸附的污染因子进行固定，选取的反应物质需要具备安全性，与污染因子发生反应后产出的化学物质对环境及水资源没有害处。原位化学还原技术对于污染因子的修复处理整体过程较为简单，能够在原地对污染因子进行修复处理，修复技术的整体成本较低。选取的活性物质在水体中能够阻止产生其余的污染物质向外迁移，在一定程度上阻止了污染范围的扩大。

2 实验分析

2.1 实验准备

为了验证本文提出的矿山工程地下水污染因子识别及修复技术的有效性，将本文提出的方法与传统的等离子修复污染因子方法进行对比。实验选取湘中某锑矿工程开采矿区，该矿区总面积约为25.45km2，居住人口约为1.8万人，大部分居民是厂矿企业的职工及家属。

将矿区按照地理位置进行划分，分为南矿区与北矿区，南矿区含有三条河流，流向资江。矿区中的地下水一般由分水岭汇聚到江中。地下水的排泄方式主要以自然流动为主，少量的地下水经过断层排泄。矿区内的主要污染源为锑矿场以及尾矿库，对周围环境造成了严重的污染，甚至对居民的饮水问题形成了安全隐患。

在矿区内设置多个地下水监测点，包括污染源监控点以及污染扩散监测点。根据地表的第一含水层变化，找出对周围植被的影响，确定污染因子的种类与来源。根据地下水的移动特性，布设渣堆固定监测点，全方位地监测地下水污染源。利用梅罗综合指数法，确定污染因子指标与污染程度之间的关系，得出关系式后对污染因子进行标准化预处理，根据采集到的矿区周围地质环境信息，利用原位化学还原技术修复地下水污染因子。

2.2 对比分析

将两种识别修复方法修复后的地下水污染因子的指标值C进行对比，结果如表2所示。

表2 两种方法修复污染因子的指标值对比

根据表2可知，本文提出的地下水污染因子识别及修复方法的修复指标值较传统方法相比存在较大的差异，超标率相对较低。因此，本文提出的方法对于污染因子的识别与修复更加有效。

3 结语

本文对矿山工程地下水污染因子的识别及修复技术进行了研究，对地下水污染因子的来源及处理方法进行了探索。经过与传统等离子修复污染因子方法的对比实验可知，本文提出的识别修复方法对于污染因子的修复率较高，超标率较低，但是，本文提出的方法根据矿山工程的不同，实验结果可能存在一定的误差。在未来的研究中，可以对多种类型的矿山工程地下水污染因子进行采样研究。