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AMD水-表层沉积物的重金属分布特征及其影响因素-一体化污水处理设备电镀
浏览: 发布日期:2018-01-31

  酸性矿山废水的水-沉积物界面是重金属污染物进行固液两相交换和反应的主要场所, 污染物在此进行着一系列的迁移转化过程, 包括吸附与解吸作用、沉淀与溶解作用、分配作用、离子交换作用、氧化与还原作用等.表层沉积物界面主要由风化残留矿物(石英、长石、云母)、风化产物(高岭石)和次生矿物组成.而次生矿物在影响重金属沉降的行为中扮演着非常重要的角色.次生矿物不仅具有较大的比表面积, 而且表面通常具有4种不同类型的功能基:羟基型功能基、Lewis酸位(或Bronsted酸位)、盐基(或硫基)和表面恒电荷.这些基团使得重金属在矿物表面可以发生表面配位、表面配合、表面离子交换、表面氧化还原、表面异位催化、表面沉淀、表面溶解与晶体生长等反应.这些特殊的物理化学性质使得次生矿物对某些重金属具有很强的专性吸附、共沉淀能力.因此, 表层沉积物中不同次生矿物的组合是影响水-沉积物界面重金属迁移的重要因素.

  粤北大宝山矿区从20世纪70年代开始进行大规模矿业活动, 产生的尾砂及废石主要沿着河谷排入两个由尾砂坝拦截形成的大型尾矿库(槽对坑尾砂库和铁龙尾砂库), 部分尾矿库常年被水淹没.矿石、尾砂及废石等含有大量的黄铁矿和黄铜矿等多种金属硫化物, 各种采矿活动使其与空气接触后被氧化并形成酸性废水, 同时释放出大量有毒、有害重金属离子.2005年以来, 在各级政府的支持下, 大宝山矿业有限公司投入了大量资金, 采取了一系列的矿山环境恢复治理工作, 包括对矿区排土场和堆土场的植被复绿、铁龙(李屋)尾矿排水的水质处理、排土场拦挡工程、烂泥库坝加固及清淤扩容等, 取得了一定成效.但尾矿库AMD所引发的矿山生态环境问题依然存在, 是研究AMD水-表层沉积物界面的重金属迁移特征的天然实验室.

  近年来国内大宝山重金属污染研究文献多针对重金属污染形成机制及其危害途径、治理修复技术、控制对策等展开探索, 而对重金属在水-表层沉积物的空间分布差异及其原因缺少关注.故本文以大宝山槽对坑、铁龙尾矿库为主要研究区域, 对AMD中水-表层沉积物的次生矿物共生特点及空间演化特点、重金属浓度分布差异进行详细研究, 而这些研究在对正确评估和预测AMD的污染强度及变化特征, 及如何采取治理措施方面均具有重要意义.

  2 材料与方法 2.1 研究区概况

  粤北大宝山矿是华南地区最大型的多金属硫化物矿床.大宝山矿地处广东省韶关市曲江和翁源两县的交界处, 流域范围为东经113°40′~113°43′、北纬24°30′~24°36′, 属于亚热带季风气候区, 温暖潮湿多雨, 表层岩石风化强烈.大宝山矿是一座大型铁多金属伴生矿床, 矿区主矿体上部为褐铁矿体, 中部为铜硫矿体, 下部为铅锌矿体, 并伴生有钨、铋、钼、金和银等有色金属矿和多种微量毒害元素(As、Hg、Cd、Ga、In、Tl、Se、Te、Mn、Sb、Sn等).矿山开发后, 含有铜、铅、锰、铬等数种重金属超标的污水曾经被排放到横石河水中.含有超量金属元素的污水长期灌溉农田, 造成土质被破坏, 农作物产量逐年下降, 而且威胁附近村民的健康.因此本文选取对人体健康危害较大的Pb、Cu、Mn、Cr 4种重金属进行研究.

  2.2 样品采集与处理 2.2.1 采样点选择及样品采集

  研究区包括槽对坑、铁龙尾矿库内及尾矿库酸性废水影响的下游流域(图 1), 共设计采样点10个, 分别为有3个槽对坑采样点、7个铁龙采样点(表 1).2016年3月对研究区样品进行一次性集中采集.水样在野外采集时即对其测定pH、Eh值, 用注射器吸取水样装进聚乙烯塑料瓶带回实验室.表层沉积物样品是取表层约0.5 cm厚的沉积物, 装于样品袋带回实验室.

AMD水-表层沉积物的重金属分布特征及其影响因素-一体化污水处理设备电镀

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  2.2.2 制样及仪器测试

  水样用滤膜过滤后进行Pb、Cu、Mn、Cr和SO42-浓度测定;沉积物样品带回实验室后测土壤的pH值, 待样品自然风干后研磨过200目筛, 再经王水、高氯酸和氢氟酸混酸消解后进行Pb、Cu、Mn、Cr浓度总量测定, 并取部分沉积物样品进行X射线粉晶衍射, 测定其矿物组成;使用热场发射扫描电镜(德国卡尔蔡司ZEISS SIGMA)观察矿物的微观形貌;水样中的Pb、Cu、Mn、Cr及沉积物中的Cr浓度, 由ICP-MS(美国Thermo公司生产的X2型)测定, 沉积物样品中的Pb、Cu、Mn浓度由原子发射光谱仪(AAS美国Pekin-Elmer生产的AA800型)测定;实验过程中均加入标准样、平行样和空白样控制实验数据的精度和准确度.质量控制:采用标准样品控制分析方法的精确度, 使用的标准溶液是GSB04-1767-2004(Pb、Cu、Mn、Cr);采用3次平行样分析取平均值的方法控制指标分析的精密度, 以3次分析的相对标准偏差作为分析误差.

  3 结果与分析 3.1 沉积物矿物学特征

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