楊 雪 劉 春

1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院 貴州 貴陽(yáng) 550000;

2.貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司 貴州 貴陽(yáng) 550000

1 引言

目前,由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,礦產(chǎn)資源的開(kāi)采日趨頻繁,利用量與日俱增,在礦山資源的工程勘查和開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程中,產(chǎn)生了大量礦渣和生活固體廢物,帶來(lái)了嚴(yán)重的水環(huán)境污染問(wèn)題。由于人們的日常生活中離不開(kāi)水的飲用,水質(zhì)污染會(huì)對(duì)人類的健康造成嚴(yán)重的影響.所以對(duì)礦山勘查和開(kāi)采過(guò)程中典型污染因子的遷移和變化的研究尤為重要[1-3],對(duì)地質(zhì)工程技術(shù)與環(huán)境治理技術(shù)深度融合有一定的指導(dǎo)作用。

基于以上理由,筆者以貴州省典型磷礦山開(kāi)采區(qū)為研究對(duì)象,對(duì)其礦山開(kāi)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(jìn)行測(cè)定和估算,同時(shí)分析比較各污染因子的相互影響,以及對(duì)水體中p H值帶來(lái)的影響,以便為磷礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作提供一些可供參考的基礎(chǔ)資料[4-9]。

2 材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)地概況

本實(shí)驗(yàn)在貴州省開(kāi)陽(yáng)縣磷礦開(kāi)采區(qū)進(jìn)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(shí),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(chǔ)量不大,出流量很小;巖溶水儲(chǔ)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(bǔ)給關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜,一般難于嚴(yán)格區(qū)分,周圍有小型支流2個(gè),流約500m匯入烏江。該采礦區(qū)于北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),春季冷空氣活動(dòng)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(duì)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(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置背景斷面1個(gè)（W1）,對(duì)照斷面1個(gè)（W2）、混合斷面1個(gè)（W3）,一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面2個(gè)（W4,W5）,衰減斷面1個(gè)（W6）,采用多點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(cè)各點(diǎn)位水體p H值、總磷（TP）、氟化物（F-）、總懸浮物（SS）的濃度,取測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值進(jìn)行分析。連續(xù)監(jiān)測(cè)一個(gè)星期。為了使采樣水質(zhì)均勻,在同一監(jiān)測(cè)斷面,采取多個(gè)點(diǎn)的水樣進(jìn)行匯合[10]。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)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(diǎn),并對(duì)其進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）上規(guī)定的方法對(duì)p H、總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）4個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行的分析[11],具體分析檢測(cè)方法見(jiàn)表2-2-1.

表2-2-1 水質(zhì)分析項(xiàng)目檢測(cè)方法

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

一些研究表明水中相關(guān)水質(zhì)參數(shù)的變化具有相關(guān)性[1-2],同時(shí)與進(jìn)入水體中的固體、液體和氣態(tài)污染物的成份有直接的關(guān)系,考慮到磷礦山施工及運(yùn)輸過(guò)程中主要污染物來(lái)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(shí)生活污染物量相對(duì)小,所以此次主要研究對(duì)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(shè)置6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度總體呈現(xiàn)一個(gè)先升高后下降的趨勢(shì),表明磷礦上開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的磷礦廢物進(jìn)入水體,導(dǎo)致總懸浮物上升。磷礦石中一般伴生有氟化物,導(dǎo)致兩者之間總體變化趨勢(shì)一致,在監(jiān)測(cè)斷面（W4）這一點(diǎn)的濃度值均達(dá)到最大值,隨之又開(kāi)始降低,但是高于背景值。這是水中動(dòng)植物及微生物的作用,導(dǎo)致水體中含有磷和含氟等物質(zhì)被轉(zhuǎn)化吸收,導(dǎo)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(zhì)濃度高于水體自凈作用的標(biāo)準(zhǔn)限值,導(dǎo)致水體下游的總磷（TP）、氟化物（F-）濃度高于背景斷面中相應(yīng)指標(biāo)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(zhì)的混入,說(shuō)明磷礦山勘查、開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程,磷礦物質(zhì)將會(huì)直接掉入水體中,或者以粉塵形式隨雨水流進(jìn)水體中,導(dǎo)致水體中總磷和氟化物的濃度升高。

圖3-1 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位TP、F-和SS的濃度變化

3.2 水中TP對(duì)p H值的影響

從上圖中可知,河流共設(shè)置6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,p H值變化規(guī)律性不強(qiáng),但是總體上的變化趨勢(shì)與總磷（TP）的變化趨勢(shì)相反,主要是因?yàn)樗w污染初期大量微生物死亡,水體中物理化學(xué)作用占主導(dǎo)作用,磷化物經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用,變成磷酸鹽類物質(zhì),導(dǎo)致水體總體p H值下降。經(jīng)過(guò)水體的流動(dòng)稀釋已經(jīng)自身凈化作用,一部分磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徕}等微溶物質(zhì)沉降到水底,污染物濃度有所下降,水中微生物活性開(kāi)始升高,也就是微生物的作用此時(shí)占主導(dǎo),微生物將還未沉降和反應(yīng)含磷污染物進(jìn)行反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì),導(dǎo)致水體中含磷酸鹽物質(zhì)減少,從而使水體中的p H值開(kāi)始升高。

圖3-2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位TP和p H的濃度變化

3.3 水中F-對(duì)p H值的影響

從上圖中可知,氟化物與p H值的變化關(guān)系,與總磷與p H值的變化趨勢(shì)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(xué)作用占主導(dǎo)作用,中后期一部分磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徕}等微溶物質(zhì)沉降到水底,同時(shí)氟化物濃度有所下降,水中微生物活性開(kāi)始升高,也就是微生物的作用此時(shí)占主導(dǎo),微生物將還未沉降和反應(yīng)含氟染物進(jìn)行反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。

圖3-3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位F-和p H的濃度變化

3.4 水中SS對(duì)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(shì),隨著SS的增加,水體的p H值呈現(xiàn)下降,這個(gè)現(xiàn)象主要是由于,水體中的的主要污染物資來(lái)源于磷礦山地質(zhì)施工及開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程中,磷礦石固體廢物進(jìn)入水體中,引起了水中的一系列微生物及化學(xué)物理作用,從而使p H值總體呈現(xiàn)一個(gè)先上升后下降的一個(gè)變化趨勢(shì),詳細(xì)分析見(jiàn)本文3.2中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位TP和p H的濃度變化。從此項(xiàng)數(shù)據(jù)也可得出,做好磷礦山開(kāi)采全過(guò)程的環(huán)境保護(hù)工作,預(yù)防磷礦石渣體進(jìn)入水體,對(duì)于水體的保護(hù)工作至關(guān)重要。

圖3-4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位SS和p H的濃度變化

4 小結(jié)

針對(duì)磷礦山開(kāi)采場(chǎng)地周圍水體中總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度的布點(diǎn)監(jiān)測(cè),得出以下研究結(jié)論:

（1）當(dāng)前磷礦山地質(zhì)施工及開(kāi)采運(yùn)輸會(huì)對(duì)周圍水體帶來(lái)總磷（TP）、氟化物（F-）和懸浮物（SS）濃度等污染物質(zhì),但是在不超過(guò)水體環(huán)境承載力的情況下,水體中的物生物及化學(xué)物理作用,即水體的自凈作用會(huì)降低污染物對(duì)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(kāi)采場(chǎng)地質(zhì)施工過(guò)程中的環(huán)境境保護(hù)工作提供了一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù),但是還有待進(jìn)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(shí)加強(qiáng)礦山開(kāi)采的環(huán)境治理技術(shù)的深入研究。