磷矿山地质勘查施工及运营过程中周围水体中TP、F-和SS的浓度变化

杨 雪 刘 春

1.贵州省地质调查院 贵州 贵阳 550000;

2.贵州地矿基础工程有限公司 贵州 贵阳 550000

1 引言

目前,由于社会经济的发展,矿产资源的开采日趋频繁,利用量与日俱增,在矿山资源的工程勘查和开采运输过程中,产生了大量矿渣和生活固体废物,带来了严重的水环境污染问题。由于人们的日常生活中离不开水的饮用,水质污染会对人类的健康造成严重的影响.所以对矿山勘查和开采过程中典型污染因子的迁移和变化的研究尤为重要[1-3],对地质工程技术与环境治理技术深度融合有一定的指导作用。

基于以上理由,笔者以贵州省典型磷矿山开采区为研究对象,对其矿山开采的磷矿石中元素和周围水体中主要污染因子（总磷、氟化物、悬浮物）进行测定和估算,同时分析比较各污染因子的相互影响,以及对水体中p H值带来的影响,以便为磷矿山地质环境治理工作提供一些可供参考的基础资料[4-9]。

2 材料和方法

2.1 实验地概况

本实验在贵州省开阳县磷矿开采区进行,该区磷矿大多为海相沉积矿。在大量海洋古生物骨骼沉积成磷矿的同时,必然伴随富碘、氟海洋古藻类植物死亡并赋存在磷矿中,该区域地下水有孔隙水、裂隙水和岩溶水,孔隙水和裂隙水储量不大,出流量很小;岩溶水储量较大,是主要的地下水种类。由于地面切割深,高差大,地表水往往上游入渗,下游出流,与地下水之间的补给关系错综复杂,一般难于严格区分,周围有小型支流2个,流约500m汇入乌江。该采矿区于北亚热带季风湿润气候区,春季冷空气活动频繁,雨日较多;夏季暖湿多雨;秋季晴朗少云,冬季干冷少雨。年均气温12.8℃,最冷月平均气温5.4℃,最热月平均气温26.4℃,年均相对湿度85%,年平均降雨量1258.5mm,是我省降水量比较丰沛的地区。

2.2 采样及分析方法

2.2.1 实验监测方法

本实验设置背景断面1个（W1）,对照断面1个（W2）、混合断面1个（W3）,一个监测断面2个（W4,W5）,衰减断面1个（W6）,采用多点监测法每天分早（9:00～11:00）、中（2:00～4:00）和晚（6:00～8:00）3次监测各点位水体p H值、总磷（TP）、氟化物（F-）、总悬浮物（SS）的浓度,取测量数据的算术平均值进行分析。连续监测一个星期。为了使采样水质均匀,在同一监测断面,采取多个点的水样进行汇合[10]。

2.2.2 实验分析方法

该研究以采矿区河流上游100m处未被污染的河流断面为背景值采样点,并对其进行水质监测分析。按照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）上规定的方法对p H、总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）4个项目进行的分析[11],具体分析检测方法见表2-2-1.

表2-2-1 水质分析项目检测方法

3 实验结果与分析

一些研究表明水中相关水质参数的变化具有相关性[1-2],同时与进入水体中的固体、液体和气态污染物的成份有直接的关系,考虑到磷矿山施工及运输过程中主要污染物来至于磷矿废渣及粉尘的污染,加上磷矿石一般存在氟化物伴生的情况,同时生活污染物量相对小,所以此次主要研究对象为水体中的总磷（TP）、氟化物（F-）浓度变化,以及它们之间的相互影响情况[8-10]。

3.1 水中TP、F-、SS和浓度变化

从图中可知,河流共设置6个监测断面,总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度总体呈现一个先升高后下降的趋势,表明磷矿上开采运输过程中产生的磷矿废物进入水体,导致总悬浮物上升。磷矿石中一般伴生有氟化物,导致两者之间总体变化趋势一致,在监测断面（W4）这一点的浓度值均达到最大值,随之又开始降低,但是高于背景值。这是水中动植物及微生物的作用,导致水体中含有磷和含氟等物质被转化吸收,导致水体中的浓度明显下降,但是由于水体本身自我净化的作用有限,水中有磷和含氟等物质浓度高于水体自净作用的标准限值,导致水体下游的总磷（TP）、氟化物（F-）浓度高于背景断面中相应指标的含量。证明水体中有外源总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物等污染物质的混入,说明磷矿山勘查、开采和运输过程,磷矿物质将会直接掉入水体中,或者以粉尘形式随雨水流进水体中,导致水体中总磷和氟化物的浓度升高。

图3-1 各监测点位TP、F-和SS的浓度变化

3.2 水中TP对p H值的影响

从上图中可知,河流共设置6个监测断面,p H值变化规律性不强,但是总体上的变化趋势与总磷（TP）的变化趋势相反,主要是因为水体污染初期大量微生物死亡,水体中物理化学作用占主导作用,磷化物经过物理化学作用,变成磷酸盐类物质,导致水体总体p H值下降。经过水体的流动稀释已经自身净化作用,一部分磷酸盐转变为磷酸钙等微溶物质沉降到水底,污染物浓度有所下降,水中微生物活性开始升高,也就是微生物的作用此时占主导,微生物将还未沉降和反应含磷污染物进行反应转化为其他物质,导致水体中含磷酸盐物质减少,从而使水体中的p H值开始升高。

图3-2 各监测点位TP和p H的浓度变化

3.3 水中F-对p H值的影响

从上图中可知,氟化物与p H值的变化关系,与总磷与p H值的变化趋势是一致的,主要是氟化物属于磷矿石的伴生物制,其变化主要受到磷化物变化的影响。即初期主要是受到物理化学作用占主导作用,中后期一部分磷酸盐转变为磷酸钙等微溶物质沉降到水底,同时氟化物浓度有所下降,水中微生物活性开始升高,也就是微生物的作用此时占主导,微生物将还未沉降和反应含氟染物进行反应转化为其他物质。

图3-3 各监测点位F-和p H的浓度变化

3.4 水中SS对p H值的影响

从上图可以明显看出总悬浮物（SS）与水体p H值整体呈现相反变化的趋势,随着SS的增加,水体的p H值呈现下降,这个现象主要是由于,水体中的的主要污染物资来源于磷矿山地质施工及开采运输过程中,磷矿石固体废物进入水体中,引起了水中的一系列微生物及化学物理作用,从而使p H值总体呈现一个先上升后下降的一个变化趋势,详细分析见本文3.2中各监测点位TP和p H的浓度变化。从此项数据也可得出,做好磷矿山开采全过程的环境保护工作,预防磷矿石渣体进入水体,对于水体的保护工作至关重要。

图3-4 各监测点位SS和p H的浓度变化

4 小结

针对磷矿山开采场地周围水体中总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度的布点监测,得出以下研究结论:

（1）当前磷矿山地质施工及开采运输会对周围水体带来总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度等污染物质,但是在不超过水体环境承载力的情况下,水体中的物生物及化学物理作用,即水体的自净作用会降低污染物对自身的影响。

（2）总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度的变化呈现同方向变化,总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度随着彼此升高而升高。

（3）总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度变化总体与水中p H值呈现反方向变化,即水体p H值随着总磷（TP）、氟化物（F-）和悬浮物（SS）浓度的。

总之,此次研究尽管给贵州磷矿山开采场地质施工过程中的环境境保护工作提供了一些基础数据,但是还有待进一步的水体中污染物变化数据模型的建立,包括水体中微生物菌落的变化情况的研究,希望在后续的研究工作中拓宽研究路线和思路,同时加强矿山开采的环境治理技术的深入研究。