石煤矿遗留矿洞涌（渗）水重金属污染调查与评价

2022-09-17肖亚琼钟振宇陶子乐滔

湖南有色金属 2022年4期

肖亚琼，钟振宇，陶子乐滔

（1.湖南省环境保护科学研究院，湖南长沙 410000；2.水污染控制技术湖南省重点实验室，湖南长沙 410000）

石煤矿在历史上是重要的化石燃料，丰富了居民日常生活的能源结构［1］。但是，随着我国能源结构持续优化，大量石煤矿已经停止开采并被遗弃［2］。石煤矿的开采造成大量地表径流水下渗或地下水外渗形成矿涌（渗）水［3］。同时，石煤矿伴生多种重金属元素［4］。因此，石煤矿遗留矿洞的矿涌（渗）水对区域环境重金属排放可能存在较大贡献，并对区域生态环境造成负面影响。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

某石煤矿区年降水量1 432.8 mm。该区域石煤矿蕴藏量大且埋深浅［5］。当地居民平硐开挖石煤矿，形成大量遗留矿洞。大量矿涌（渗）水流入附近的水体中，严重影响当地灌溉水水质，危害农业生产安全。

1.2 样品采集与处理

根据人员访谈以及现场踏勘，选定22处矿涌（渗）水点为采样点。

1.3 分析测试

各样品主要检测项目为镉、砷、铜、镍、锌、锰。按照《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002）中规定的相应方法进行分析测试。

1.4 评价标准与方法

目前国内外大多使用指数法、模糊数学法以及因子分析法等方法对地表水体重金属污染状况进行评价分析［6，7］。但各方法都有一定的片面性，为达到全面评价的目的，有必要选择多种方法从不同角度进行综合评价分析。

1.4.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法可以直观地确定样本主要污染物［8］。以单因子指数评价为基础，可以分析出水质平均污染指数（Water Quality Index，WQI），从而评价对象污染程度，计算公式如下：

式中：n为污染指标个数；Xi表示i种污染物在样本中实测值/mg·L-1；Yi表示i种污染物评价标准值/mg·L-1。

采用平均污染指数进行水质综合评价，其分级及描述见表1。

表1 水质平均污染指数（WQI）水质分级

1.4.2 内梅罗指数法

内梅罗指数法是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数；其根据水的不同用途，拟定了相应的水质评价标准作为计算水污染指数的依据，进而计算出水污染指数值［9］。内梅罗指数的基本计算式为：

式中：Pimax为各单因子环境质量指数中最大者为各单因子环境质量指数的平均值。

内梅罗指数特别考虑了污染最严重的因子，并在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响。综合污染指数分级标准见表2。

表2 内梅罗指数水质污染等级划分

1.4.3 生态危害指数法

生态危害系数法将重金属毒性系数中各重金属参数丰度参考选用淡水参考丰度，则该方法可用于评价水体中各重金属生态危害风险水平［10］。该方法计算式如下：

式中：Cis为重金属i的实测浓度/mg·L-1；Cin为重金属i的评价参比值；Tir为重金属i毒性响应系数。

它主要反映重金属毒性水平和环境对重金属污染的敏感程度。生态危害指数分级标准见表3。

表3 生态危害指数等级划分

2 结果与讨论

2.1 矿洞涌（渗）水重金属排放特征分析

本次调查区域内各样本重金属含量统计结果见表4。

表4 各样品重金属含量统计结果

由表4可知，各样品均不同程度地检出表中所示6种重金属，且均超过相应标准限值。其中，镉、砷、铜、镍、锌、锰的最大检出值分别为28.6 mg/L、0.103 mg/L、86.2 mg/L、23.8 mg/L、188 mg/L和23.3 mg/L。变异系数的大小反映区域内水体中各重金属含量的变异程度。区域内各重金属变异系数均超过100%，属于强变异性，说明这6种重金属在区域内水体环境中分布不均匀，受到人类活动的扰动影响大。

2.2 单因子指数法评价结果及分析

根据划定的水质平均污染指数分级标准，6种超标因子的计算结果见表5。

表5 水质平均污染指数（WQI）评价结果

由表5可知，本调查区域评价为重度污染的样本有6个样本，严重污染的样本有15个。调查区域内96.4%的样本均超过重度污染，说明调查区域矿涌（渗）水受到重金属污染的现象极为显著。通过综合对比各污染因子在样本中标准差、污染程度以及频率分布等，可以发现本调查区域中各污染因子污染影响排序（由高至低）为镉、镍、铜、锌、锰和砷。