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煤矿山废水的湿地净化研究

牛望  
【摘要】: 煤矿山废水污染是煤矿区普遍存在的主要环境问题之一,随着我国经济不断发展,产煤量不断增大,以矿坑水为主的煤矿山废水的排放量也在不断增多。这些煤矿山废水中往往含有大量的重金属、悬浮物、氟等污染物质,或是高矿化度、高酸度,具有很大的污染性。目前,相当一部分矿坑水未经处理便直接排放,常年的直接排放不仅要缴纳巨额排污费,还严重破坏了农耕环境、污染了水体,同时也对水资源造成极大浪费。而另一部分矿坑水虽经处理,但多采用传统的修建污水处理厂等方法,存在着成本高、占地大、二次污染、不能与自然环境相融和等问题。河南省是我国的产煤大省,每年的煤矿山废水排放量很大,现有的治理效果和治理方案尚不能满足建设环境友好型和资源节约型社会的要求。因此,加强对净化煤矿山废水的思路与方法的探索,实现煤矿山废水的资源化,有着重要的意义。 从生态地质学的角度来看,污染就是人为活动对元素自然分布状况的干扰,是人对自然生态系统结构的破坏。依据这一观点,解决煤矿山废水污染的思路应该是人为的改变煤矿山地质环境系统的结构,协助系统加速有毒有害组分的自然沉积过程,使来自于地下的元素尽快回到地下,矿化埋藏。但是,从目前国内外对煤矿山废水净化的研究和实践来看,采用的方法多是传统的污水处理工艺即人工构建各种形式的“反应釜”,投放人工试剂与污染物进行化学反应,使某种有害组分的存在形态发生改变,以达到降低或消除污染危害的目的。这种做法有可能会带来一系列的负面影响,例如新的产物可能成为新的污染物,带来二次污染问题,甚至由于人工试剂的加入,改变生态系统原有的物质组分比,导致更为复杂的生态负效应。为此,人们尝试利用湿地等天然方式来处理废水,避免上述弊端的出现。然而,在利用湿地净化废水特别是煤矿山废水方面,还有着诸多问题亟待解决,例如,在评价湿地净化能力的方法上存在许多不足,依赖长期的监测资料,少有对湿地净化效果进行预测的方法;而在湿地设计时,往往多着眼于水力学参数和化学指标,对于影响净化效果的关键因素例如植物、底泥等,具体的技术指标较少,对有关硫的研究更少,另外也缺乏对已有研究成果和方法的整合。从根本上说,正是由于对湿地生态系统结构的生态地质学研究不够,才导致了湿地净化废水研究方面的欠缺。 针对以上问题,本文以系统思想为指导,首先从生态地质学的原理出发来构建研究思路,将煤矿山废水问题的产生看成是人为地质营力对元素自然分布过程和状态的干扰,进而提出通过构建湿地,将物理、化学和生物作用整合起来,使之相互协同,加速污染物质的沉积埋藏,使废水得以净化。基于以上认识,选择位于河南的大峪沟煤矿区进行人工湿地净化煤矿山废水的研究,在野外调查与取样测试的基础上,对湿地生态系统的要素和结构进行分析,首次对湿地植物和底泥等的污染物吸纳能力特别是对硫的吸纳能力进行了较为细致的研究,将多学科加以整合,提出了评价天然湿地净化能力的新方法并初步应用。然后,根据目标污染物的性质及其在湿地内的生物地球化学循环特点,提出了湿地扩大改造的工程设想,并对扩大改造后的湿地净化能力进行了预测。本次研究的具体内容和结论如下: 1.对煤矿山废弃物污染的生态地质学本质进行了阐述,在煤矿区内,采煤活动将埋藏在地下的各种元素迅速搬运到地表,参与现代地球表生的物质、能量循环系统。输移到地表的“古物质”对现代天然水土运动和生物活动造成强烈的干扰和冲击,各种元素分布的新格局影响了人们的正常生产和生活。 2.根据对污染本质的分析,提出了基于地质学思想的解决思路,煤矿山废水污染是人干扰原有的自然循环,将地下的物质带到地表,那么,对煤矿山废水污染的治理就应该是人借助自然的力量,加速原有的自然循环,将地表的物质尽快埋藏到地下,让其从哪里来,就回到哪里去。先将含有污染组分的废水尽可能“隔离”,限制在排放口或稍远离人口密集区的低洼地段,即水流的局部汇区,不让其向外扩散,进而利用物理、化学、生物的综合手段即湿地进行处理。 3.在对大峪沟湿地展开包括流量、水质、底泥和植物等在内的生态地质调查的基础上,计算出了大峪沟湿地植物对各元素的吸纳总量和大峪沟湿地各元素底泥固持量,同时,提出了评价湿地净化能力的新方法,并据此计算出了大峪沟湿地在现状条件下,具有的对各种元素的自净能力。 4.确定了待处理的目标污染物——硫酸根离子,然后依据对湿地去硫机理的分析,提出了湿地改造的设想,最后对改造后湿地的净化能力进行了预测,结果表明,经过改造后,预计整个湿地除硫量将比现在增加22.818~30.212吨,年去除SO_4~(2-)总量可达到307.495~477.165吨,届时,原来的煤矿山废水有望将由微咸水变为淡水,实现资源化利用。


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