廢棄露天礦山地下水多環(huán)芳烴污染生態(tài)治理技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：廢棄露天礦山；地下水；多環(huán)芳烴；污染生態(tài)治理；皂角苷

中圖分類號：X523 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

多環(huán)芳烴（PAHs）作為一類具備高度危害性的有機(jī)污染物，因其致癌、致畸、致突變的特性而備受關(guān)注。排放量隨工業(yè)化和城市化的加速而不斷增加，對環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。廢棄露天礦山是指在采礦過程中采用露天開采的礦山，在采礦活動結(jié)束后不再進(jìn)行開采和生產(chǎn)，形成的廢棄區(qū)域。作為一種特殊地理環(huán)境，其地下水系統(tǒng)因礦山開采產(chǎn)生的廢棄物和尾礦中含有的高濃度PAHs而極易受到污染。同時.由于開采過程破壞地形地貌和植被，加劇了PAHs進(jìn)入地下水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于地下水在居民生活、工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)田灌溉等方面的重要性，廢棄露天礦山地下水PAHs污染問題亟待解決。因此，眾多學(xué)者對該生態(tài)修復(fù)方法進(jìn)行研究。

董欣竹等研究高級氧化技術(shù)修復(fù)方法，該方法通過氧化手段修復(fù)地下水中的污染物，雖然該方法可以實(shí)現(xiàn)較高的污染物降解率，但該方法在地下水修復(fù)時需要耗費(fèi)大量時間；孫勇等研究基于過硫酸鹽修復(fù)技術(shù)，該方法通過在水中添加過硫酸鹽完成修復(fù)工作，雖然修復(fù)效率較高，但對水體中的萘、芘等物質(zhì)的修復(fù)能力較弱。

為此，文章研究廢棄露天礦山地下水多環(huán)芳烴污染生態(tài)治理技術(shù)，采用不同化學(xué)試劑對地下水進(jìn)行修復(fù)，以提高地下水質(zhì)量。

1地下水多環(huán)芳烴污染生態(tài)治理方法研究

1.1工程概況

該市級礦山公園是一處石灰?guī)r礦區(qū)，經(jīng)過長期的開采活動形成了四十多個大型礦坑，并導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境受到一定程度的污染。為保護(hù)城市地下水資源，2012年礦區(qū)內(nèi)礦山全部關(guān)閉。礦山關(guān)閉后，礦區(qū)對周邊地下水質(zhì)量造成嚴(yán)重破壞。

1.2礦山地下水多環(huán)芳烴污染分析

1.2.1水樣采集

按照當(dāng)?shù)氐叵滤飨颍瑥纳嫌沃料掠斡行虻夭杉说叵滤c表層沉積物樣本，總共設(shè)置采樣點(diǎn)18個，上、中、下游各6個采樣點(diǎn)。所有采集的地下水樣本均使用1L的棕色玻璃瓶進(jìn)行儲存，并妥善放置在4℃的冷藏環(huán)境中備用。

（1）水樣處理：采用EPA 525.2方法預(yù)處理水樣。具體過程為：首先通過0.45μm濾膜過濾，隨后添加回收率指示物。在此基礎(chǔ)上利用二氯甲烷萃取水樣，并通過二氯甲烷和正己烷的混合液進(jìn)行洗脫與濃縮氮吹。最后，將處理后的水樣置于燒瓶中，以備后續(xù)測試。

（2）水樣分析：通過Agilent 7890A/5975C氣相色譜質(zhì)譜儀測試地下水樣中的16種PAHs，這16種PAHs分別為Nap、Acy、Ace、Flu、Phe、Ant、FIA、Pyr、BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、InP、DaA、BgP。采用內(nèi)標(biāo)法和多點(diǎn)校正曲線完成PAHs定量分析。

1.3地下水多環(huán)芳烴污染修復(fù)材料研究

1.3.1修復(fù)材料設(shè)計(jì)

分別采用皂角苷（Saponin）、TX-100化學(xué)表面活性劑以及Brij-35非離子表面活性劑作為水樣污染修復(fù)材料。其中，皂角苷能高效洗脫多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物。TX-100通過降低界面張力，提升污染物溶解度，實(shí)現(xiàn)有效去除。Brij-35則通過與污染物相互作用，改變?nèi)芙舛群头稚⑿?，達(dá)到去除目的。這些表面活性劑在水樣污染修復(fù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1.3.2修復(fù)材料性能測試

在修復(fù)材料性能測試過程中，將皂角、TX-100化學(xué)表面活性劑以及Brij-35非離子表面活性劑每種各取25 mL，隨后加入經(jīng)處理后的廢棄露天礦山地下水樣中。這些樣本隨后被密封并置于恒溫振蕩器中，在200r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩長達(dá)24小時。震蕩結(jié)束后，樣本被靜置2小時，然后在4000r/min的條件下離心20分鐘。接下來，取離心后溶液中的上清液進(jìn)行過濾，并在比色管中加入5mL甲醇和1mL上清液，稀釋至10mL后混勻并靜置。最后，利用熒光光譜儀測量溶液的熒光強(qiáng)度，通過該數(shù)據(jù)來分析不同表面活性劑對各類PAHs的溶解效果。

2試驗(yàn)分析

2.1地下水多環(huán)芳烴污染情況評估

2.1.1多環(huán)芳烴污染含量與組成分析

分析全部采樣點(diǎn)地下水中PAHs含量最大值、最小值以及平均值情況，以此評估礦區(qū)多環(huán)芳烴污染含量，分析結(jié)果見表1。

通過表1可知，研究區(qū)地下水樣本中，所有16種PAHs單體均被檢出，檢出率達(dá)到100%。在檢測的樣本中，16種PAHs的總含量平均值為366.56ng·L^-1，顯示出中等程度的污染水平。

其中，萘、菲、熒蒽、芘、（艸+屈）的污染水平相對較高，而其他污染物的檢出量相對較低，為改善這一問題，應(yīng)采用有效的修復(fù)方法，提高地下水質(zhì)量。

2.1.2多環(huán)芳烴污染濃度分布研究

分析在研究區(qū)各個采樣點(diǎn)的多環(huán)芳烴污染整體濃度，以評估污染物是否蓄積，分析結(jié)果見圖1。

通過圖1分析可知，地下水PAHs濃度在不同采樣點(diǎn)差異顯著。上游濃度較低，中游和下游逐漸升高。這可能是因?yàn)閺纳嫌蔚较掠挝廴驹丛黾樱业叵滤魉俾瑢?dǎo)致PAHs堆積，進(jìn)而濃度上升。

2.2修復(fù)材料生態(tài)治理效果分析

應(yīng)用不同濃度的活性劑對地下水進(jìn)行修復(fù)，分析不同活性劑濃度對地下水PAHs中的芘（Pyr）、（艸+屈）（Chr）、菲（Phe）、萘（Nap）、熒蒽（FIA）表觀溶解度，以此評估每種修復(fù)材料的生態(tài)治理能力，分析結(jié)果見圖2。

分析圖2可知，隨著活性劑濃度的增加，這些PAHs的溶解度普遍上升。其中，皂角苷能夠有效地將地下水中的芘、菲和萘等PAHs污染物從水相中溶解，并通過吸附、包裹或絡(luò)合等方式將其固定在修復(fù)材料上，從而實(shí)現(xiàn)了污染物的有效去除。這一過程顯著提升了地下水污染的生態(tài)修復(fù)能力，使得皂角苷成為處理這類污染物的優(yōu)選材料。相比之下，TX-100雖然對熒蒽的溶解度表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，但在處理其他PAHs時效果有限。這可能是因?yàn)門X-100與不同PAHs之間的相互作用機(jī)制存在差異，導(dǎo)致對某些污染物的溶解效果不如皂角苷。而Brij-35的整體溶解效果相對較弱，盡管在處理熒蒽時略高于其他污染物，但總體而言修復(fù)效率不如前兩者。因此，皂角苷在地下水PAHs修復(fù)中展現(xiàn)出較強(qiáng)的生態(tài)治理能力。

3結(jié)束語

為了有效治理廢棄露天礦山地下水多環(huán)芳烴污染，文章采用化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)地下水修復(fù)通過對不同修復(fù)材料的研究和應(yīng)用，通過添加皂角苷、TX-100和Brij-35三種活性劑來降解和去除地下水中的PAHs污染物。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著活性劑濃度的增加，各種PAHs的表觀溶解度普遍呈現(xiàn)上升趨勢。其中，皂角苷活性劑在去除芘、（艸+屈）、菲和萘?xí)r表現(xiàn)出色，表觀溶解度明顯高于其他兩種活性劑。相對而言，TX-100活性劑對熒蒽的溶解效果稍好，但對其他PAHs的溶解能力較弱。Brij-35活性劑對多環(huán)芳烴的溶解效果普遍不如前兩者。因此，綜合考慮各種因素，皂角苷活性劑因其較高的溶解能力和對多種PAHs的有效去除，成為廢棄露天礦山地下水多環(huán)芳烴污染生態(tài)治理的優(yōu)選材料。