龙岩市煤矿废水重金属成分研究

陈静静

（福建省华厦能源设计研究院有限公司，福建 福州 350001）

煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位，煤矿建设、开采、洗选、加工、废旧煤窑和矿山开闭等引发矿区一系列的水环境问题。煤炭安全绿色开采已成为新时代的主题，环保部门也越来越重视煤矿区的水环境问题。一般来说，煤矿井下废水富含有机物、固体悬浮物和重金属元素，具有较高的色度。不同地区的煤矿，重金属成分存在着差异，污染环境的程度也不同，因此需要根据不同地区的具体情况进行环境保护和废水治理。

龙岩市位于福建省西部，是福建省煤炭主要生产基地之一，全市五县、一市、一区中，五个县（市、区）有可采的煤炭资源。近年来，龙岩市的原煤开采、煤电、煤化工等工业产生许多的工业废水，煤矿废水就是其中之一。龙岩市的煤炭开采区周边大部分是农田，监控与治理煤矿矿井废水尤为重要。因此选取龙岩市的五个具有代表性的A、B、C、D、E煤矿矿井水为样本，对其矿井废水中的铁、锰、铜、锌、铅、镉六种重金属成分及其含量进行分析，为龙岩市在环境保护中对矿井水的排放监控和矿井周边的土壤调查、治理提供数据支持。

1 试验仪器和试验试剂

1.1 试验仪器

AA-6300C原子吸收分光光度计及相应的辅助设备、空气压缩机、移液管、容量瓶、烧杯、5～50μL移液器、聚乙烯塑料瓶。

1.2 试验试剂

去离子水、硝酸（优级纯）、盐酸（优级纯）、高氯酸（优级纯）。从国家环境保护部标准样品研究所购买的铁、锰、锌质控样品以及铁、锰、铜、锌、铅、镉标准溶液。

2 水样采集和试验步骤

2.1 水样采集

用洗涤剂洗净并用稀硝酸浸泡的聚乙烯塑料瓶，每个矿的矿井废水采样频次为2h/次，共采样四次。将四次水样混合得到一个煤矿废水的混合样，混合样中需加入稀硝酸酸化至pH值为1～2后待分析使用[1-2]。

2.2 试验步骤

按照《水质 铁、锰的测定 火焰原子吸收分光光度法》（GB11911-1989）测定铁、锰；《水质铜、铅、锌、镉的测定 原子吸收分光光度法》（GB7475-1987）测定铜、锌；国家环境保护总局编《水和废水监测分析方法》（第四版·增补版）中第三篇第四章第七条（四）石墨炉原子吸收分光光度法（B）测定铅、镉[3]。

3 标准曲线的绘制

将配置好的标准溶液用原子吸收分光光度计直接测量，相关数据如表1～表6。

表1 铁标准曲线数据

表2 锰标准曲线数据

表3 铜标准曲线数据

表4 锌标准曲线数据

表5 铅标准曲线数据

表6 镉标准曲线数据

4 试验结果

4.1 矿井废水的测定

分别分析龙岩市的A、B、C、D、E五个煤矿的矿井废水，结果如表7～表11。

表7 A煤矿矿井废水监测结果

表8 B煤矿矿井废水监测结果

表9 C煤矿矿井废水监测结果

表10 D煤矿矿井废水监测结果

表11 E煤矿矿井废水监测结果

4.2 质控样的测定

为保证监测结果的精密度和准确度，用直接法分析铁、锰以及锌的质控样，分析结果如表12～表14。

表12 铁质控样测定结果

表13 锰质控样测定结果

表14 锌质控样测定结果

5 结果与讨论

铁、锰、锌质控样的测定结果均在质控样浓度范围内，说明本次监测结果具有准确性。以上监测结果表明，在选定的A、B、C、D、E五个煤矿中，全部的煤矿废水中含有锰，四个煤矿废水含有铁，三个煤矿废水含有锌，而铜、铅、镉均未检出，铁在矿井废水中含量较高时锰元素含量也较高。因此龙岩市在矿井周边土壤污染调查和治理时，应该重点考察这三种重金属元素，在煤矿废水排放监控和废水污染防治时，应主要以铁、锰、锌三个元素为监控对象。统计结果如表15。

表15 重金属检测结果分析

重金属矿井水大多与酸性矿井水共生，在酸性条件下，矿井水能够溶解、累积大量矿床中的重金属元素，使其含量超标。Li Pang Wang等[4]用石灰石中和处理废弃铜矿的酸性矿井废水，并在不同pH值的条件下加入NaHS使金属分批析出，成功从酸性废水中分别回收铁、铜、锌。处理高浓度重金属离子废水主要用化学沉淀法和电解法；处理低浓度重金属离子废水主要用离子交换法和膜分离技术；去除大量的金属离子可以利用多级序批联合处理装置，联合处理城市生活污水和含锌丰富的煤矿废水，硝化去磷。矿井水含有铁、锰以及放射性污染，应采用常规处理-超滤工艺处理，结合ClO2氧化和高岭土吸附，对高矿度废井水进行深度处理。

6 结语

矿区废水主要包括冶炼废水、矿区径流和尾矿库溢流等，未经处理的矿井废水进入当地的水环境中，对矿区周边的生态环境造成严重影响。煤炭在开采过程中排放的矿井废水，大多数为酸性水，并且含有大量的悬浮物，超过国家规定的排放标准。因此，矿井废水必须经过处理，达标后才能进行排放，否则，环保部门将依法予以经济制裁或限令停产整顿。为了减少水污染，可以通过重金属矿井水的治理，现阶段处理重金属矿井水的最常用方法是离子交换法和絮凝沉淀法。相对于西方国家，国内在吸附剂、高分子有机絮凝剂方面的研究创新比较少，种类比较简单，处理效果较差，因此应当多改进吸附剂和处理系统方面。综合利用矿井废水，不仅可以节约水资源，避免对水环境造成污染，而且可以实现矿井水水资源的综合管理、合理利用、节能减排、绿色环保、造福社会的目的，在改善矿区生态环境、缓解矿区供水不足、满足生产生活用水需求方面也起到重要的作用。