龍巖市煤礦廢水重金屬成分研究

陳靜靜

（福建省華廈能源設計研究院有限公司，福建 福州 350001）

煤炭長期占據我國能源消費結構的主體地位，煤礦建設、開采、洗選、加工、廢舊煤窯和礦山開閉等引發礦區一系列的水環境問題。煤炭安全綠色開采已成為新時代的主題，環保部門也越來越重視煤礦區的水環境問題。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。不同地區的煤礦，重金屬成分存在著差異，污染環境的程度也不同，因此需要根據不同地區的具體情況進行環境保護和廢水治理。

龍巖市位于福建省西部，是福建省煤炭主要生產基地之一，全市五縣、一市、一區中，五個縣（市、區）有可采的煤炭資源。近年來，龍巖市的原煤開采、煤電、煤化工等工業產生許多的工業廢水，煤礦廢水就是其中之一。龍巖市的煤炭開采區周邊大部分是農田，監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行分析，為龍巖市在環境保護中對礦井水的排放監控和礦井周邊的土壤調查、治理提供數據支持。

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的輔助設備、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（優級純）、鹽酸（優級純）、高氯酸（優級純）。從國家環境保護部標準樣品研究所購買的鐵、錳、鋅質控樣品以及鐵、錳、銅、鋅、鉛、鎘標準溶液。

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 鐵、錳的測定 火焰原子吸收分光光度法》（GB11911-1989）測定鐵、錳；《水質銅、鉛、鋅、鎘的測定 原子吸收分光光度法》（GB7475-1987）測定銅、鋅；國家環境保護總局編《水和廢水監測分析方法》（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 標準曲線的繪制

將配置好的標準溶液用原子吸收分光光度計直接測量，相關數據如表1～表6。

表1 鐵標準曲線數據

表2 錳標準曲線數據

表3 銅標準曲線數據

表4 鋅標準曲線數據

表5 鉛標準曲線數據

表6 鎘標準曲線數據

4 試驗結果

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，結果如表7～表11。

表7 A煤礦礦井廢水監測結果

表8 B煤礦礦井廢水監測結果

表9 C煤礦礦井廢水監測結果

表10 D煤礦礦井廢水監測結果

表11 E煤礦礦井廢水監測結果

4.2 質控樣的測定

為保證監測結果的精密度和準確度，用直接法分析鐵、錳以及鋅的質控樣，分析結果如表12～表14。

表12 鐵質控樣測定結果

表13 錳質控樣測定結果

表14 鋅質控樣測定結果

5 結果與討論

鐵、錳、鋅質控樣的測定結果均在質控樣濃度范圍內，說明本次監測結果具有準確性。以上監測結果表明，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查和治理時，應該重點考察這三種重金屬元素，在煤礦廢水排放監控和廢水污染防治時，應主要以鐵、錳、鋅三個元素為監控對象。統計結果如表15。

表15 重金屬檢測結果分析

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。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；去除大量的金屬離子可以利用多級序批聯合處理裝置，聯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，應采用常規處理-超濾工藝處理，結合ClO2氧化和高嶺土吸附，對高礦度廢井水進行深度處理。

6 結語

礦區廢水主要包括冶煉廢水、礦區徑流和尾礦庫溢流等，未經處理的礦井廢水進入當地的水環境中，對礦區周邊的生態環境造成嚴重影響。煤炭在開采過程中排放的礦井廢水，大多數為酸性水，并且含有大量的懸浮物，超過國家規定的排放標準。因此，礦井廢水必須經過處理，達標后才能進行排放，否則，環保部門將依法予以經濟制裁或限令停產整頓。為了減少水污染，可以通過重金屬礦井水的治理，現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，國內在吸附劑、高分子有機絮凝劑方面的研究創新比較少，種類比較簡單，處理效果較差，因此應當多改進吸附劑和處理系統方面。綜合利用礦井廢水，不僅可以節約水資源，避免對水環境造成污染，而且可以實現礦井水水資源的綜合管理、合理利用、節能減排、綠色環保、造福社會的目的，在改善礦區生態環境、緩解礦區供水不足、滿足生產生活用水需求方面也起到重要的作用。