酸性 矿山 排水对岩溶地下水的影响

第30卷第4期贵州大学学报(自然科学版)Vol．30No．42013年8月JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences)Aug．2013文章编号1000－5269(2013)04－0128－04酸性矿山排水对岩溶地下水的影响———基于特征污染物Fe、Mn、As等的对比＊朱玲1，吴攀1*，袁旭2，李学先1(1．贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳550003;2．贵州省农产品质量安全监督检验测试中心，贵州贵阳550003)摘要:本文以贵州省兴仁县交乐村猫石头水库下游受酸性矿山废水污染的水体以及岩溶地下水为研究对象，通过当地农田沟渠改道前后水体特征污染物Fe、Mn、As等的变化特征，阐述矿山酸性水体对岩溶地下水水质的影响。结果表明，天然溪沟对酸性矿山水水体的自净明显，而溪流改造工程导致矿山酸性水体快速向下游扩散。受酸性矿山水污染的岩溶地下水经过一系列的水体自我修复作用，污染程度有一定的减缓，但仍高于相应的区域背景值。而沟渠改造切断酸性矿山水与岩溶地下水系统的水力联系后，经过较短时间的地下水体的自我修复，其所有重金属含量均可还原到区域背景值。关键词:酸性矿山废水;岩溶地下水;重金属;交乐中图分类号:X523文献标识码:A以“江南煤海”著称的贵州省作为我国重要的储煤基地，随着“西电东送”“西能东输”大开发政策的推进，贵州的煤矿得到了极大的开发，推动着贵州经济的蓬勃发展，但随之而来的是日益严峻的环境污染问题［1］。特别是煤矿整合过程中大量小煤窑被迫关停炸封，在风化淋滤作用下多数煤矿废弃老窑和废渣产生的废水(即酸性矿山废水，简称AMD，低pH、高Fe、Mn等重金属为特征)进入环境，导致矿区周围及废水流经区域水土环境质量不断下降［2，3］。对于喀斯特地区，AMD还极易通过岩溶管道渗入地下进而污染岩溶地下水水质［4］，给当地居民的饮水安全带来风险。因此，研究AMD对岩溶地下水影响是非常必要的。同时喀斯特地区岩溶水作为天然的HCO－3缓冲系统对酸性物质(AMD)具有一定的中和能力［5］，并影响污染物质的迁移。本文以贵州兴仁交乐高砷煤矿区下游一岩溶系统为例，研究岩溶地下水受纳酸性矿山废水时几种特征污染物(Fe、Mn、As)的污染特征，以及不再受纳酸性废水后岩溶地下水的自我恢复能力，以期为预测和评估酸性矿山排水对岩溶水的影响提供依据。1研究区概况兴仁县交乐高砷煤矿区是我国典型的高砷煤矿区域之一。多年前，地方政府禁止开发和使用高砷煤矿，但废弃的矿山酸性废水未经处理，常年的排放已经导致矿区下游猫石头水库严重酸化［6］。水库已失去饮用水功能，目前作灌溉水源。水库下游随地表水混合后沿落水洞进入地下，流经一段距离后出露于双龙潭，最后与毕基寨支流汇合后流向下游［4］(图1a)．2010年当地政府实施了农业综合开发高标准农田建设示范项目，对猫石头水库下游的溪流采取了溪流改造措施:在猫石头水库下游区域修建人工渠，将废水引流至人工渠内，最后与毕基寨支流汇合后流向下游(图1b)．酸性废水不再沿落水洞进入地下，与双龙潭岩溶水失去直接的水力联系。2采样与测试方法2012年12月在研究区采集17个水样，所采水样均包含矿山酸性水及其下游水体、还有区域内的溪流水和岩溶地下水。其中，采矿区水体:1－5、9、10号样点;溪流:6号样点;地表支流:8、13、14、*收稿日期:2013－04－03基金项目:国家自然科学基金项目(41263001)作者简介:朱玲(1987－)，女，重庆铜梁人，硕士研究生，研究方向:环境地球化学等研究工作，Email:zhuling0820@126．com．*通讯作者:吴攀，Email:pwu@gzu．edu．cn．16号样点;岩溶地下水:7、11、12、15、17号样点(图1b)．采样时现场测量常规易变参数，并用GPS测量采样点坐标和高程。测重金属的水样现场用0．45μm醋酸纤维滤膜过滤，并用超纯硝酸(HNO3)酸化至pH＜2后保存于15mL离心管(预先用1∶2的硝酸浸泡，然后用去离子水洗净，低温烘干)中，于4℃下避光保存。样品带回实验室后用ICP-OES测定溶解态重金属含量。为了便于对比研究，同时利用了本课题组2008年－2009年在该区的部分监测数据，对应的样点分布如图1a所示。(a)2008年12月采样点分布图［4］(b)2012年12月采样点分布图图1兴仁高砷煤矿区水体采样点分布图3结果与讨论3．1溪流改造前后水体中重金属的空间分布差异特征由于政府在矿区下游修建人工渠来灌溉农田，改变了原有溪流的流动路径。为了解溪流改造前后溪流及岩溶地下水中重金属(Fe、Mn、As)的变化情况。本文考察了枯水期猫石头水库流出点、人工渠下游点和双龙潭岩溶地下水出露点(对应的样品点为6、16和17号，图1b)，以及2008年同期