廢棄露天礦山地下水多環芳烴污染生態治理技術研究

關鍵詞：廢棄露天礦山；地下水；多環芳烴；污染生態治理；皂角苷

中圖分類號：X523 文獻標志碼：B

前言

多環芳烴（PAHs）作為一類具備高度危害性的有機污染物，因其致癌、致畸、致突變的特性而備受關注。排放量隨工業化和城市化的加速而不斷增加，對環境和人類健康構成嚴重威脅。廢棄露天礦山是指在采礦過程中采用露天開采的礦山，在采礦活動結束后不再進行開采和生產，形成的廢棄區域。作為一種特殊地理環境，其地下水系統因礦山開采產生的廢棄物和尾礦中含有的高濃度PAHs而極易受到污染。同時.由于開采過程破壞地形地貌和植被，加劇了PAHs進入地下水系統的風險。鑒于地下水在居民生活、工業生產及農田灌溉等方面的重要性，廢棄露天礦山地下水PAHs污染問題亟待解決。因此，眾多學者對該生態修復方法進行研究。

董欣竹等研究高級氧化技術修復方法，該方法通過氧化手段修復地下水中的污染物，雖然該方法可以實現較高的污染物降解率，但該方法在地下水修復時需要耗費大量時間；孫勇等研究基于過硫酸鹽修復技術，該方法通過在水中添加過硫酸鹽完成修復工作，雖然修復效率較高，但對水體中的萘、芘等物質的修復能力較弱。

為此，文章研究廢棄露天礦山地下水多環芳烴污染生態治理技術，采用不同化學試劑對地下水進行修復，以提高地下水質量。

1地下水多環芳烴污染生態治理方法研究

1.1工程概況

該市級礦山公園是一處石灰巖礦區，經過長期的開采活動形成了四十多個大型礦坑，并導致當地生態環境受到一定程度的污染。為保護城市地下水資源，2012年礦區內礦山全部關閉。礦山關閉后，礦區對周邊地下水質量造成嚴重破壞。

1.2礦山地下水多環芳烴污染分析

1.2.1水樣采集

按照當地地下水流向，從上游至下游有序地采集了地下水與表層沉積物樣本，總共設置采樣點18個，上、中、下游各6個采樣點。所有采集的地下水樣本均使用1L的棕色玻璃瓶進行儲存，并妥善放置在4℃的冷藏環境中備用。

（1）水樣處理：采用EPA 525.2方法預處理水樣。具體過程為：首先通過0.45μm濾膜過濾，隨后添加回收率指示物。在此基礎上利用二氯甲烷萃取水樣，并通過二氯甲烷和正己烷的混合液進行洗脫與濃縮氮吹。最后，將處理后的水樣置于燒瓶中，以備后續測試。

（2）水樣分析：通過Agilent 7890A/5975C氣相色譜質譜儀測試地下水樣中的16種PAHs，這16種PAHs分別為Nap、Acy、Ace、Flu、Phe、Ant、FIA、Pyr、BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、InP、DaA、BgP。采用內標法和多點校正曲線完成PAHs定量分析。

1.3地下水多環芳烴污染修復材料研究

1.3.1修復材料設計

分別采用皂角苷（Saponin）、TX-100化學表面活性劑以及Brij-35非離子表面活性劑作為水樣污染修復材料。其中，皂角苷能高效洗脫多環芳烴等有機污染物。TX-100通過降低界面張力，提升污染物溶解度，實現有效去除。Brij-35則通過與污染物相互作用，改變溶解度和分散性，達到去除目的。這些表面活性劑在水樣污染修復中發揮著關鍵作用。

1.3.2修復材料性能測試

在修復材料性能測試過程中，將皂角、TX-100化學表面活性劑以及Brij-35非離子表面活性劑每種各取25 mL，隨后加入經處理后的廢棄露天礦山地下水樣中。這些樣本隨后被密封并置于恒溫振蕩器中，在200r/min的轉速下振蕩長達24小時。震蕩結束后，樣本被靜置2小時，然后在4000r/min的條件下離心20分鐘。接下來，取離心后溶液中的上清液進行過濾，并在比色管中加入5mL甲醇和1mL上清液，稀釋至10mL后混勻并靜置。最后，利用熒光光譜儀測量溶液的熒光強度，通過該數據來分析不同表面活性劑對各類PAHs的溶解效果。

2試驗分析

2.1地下水多環芳烴污染情況評估

2.1.1多環芳烴污染含量與組成分析

分析全部采樣點地下水中PAHs含量最大值、最小值以及平均值情況，以此評估礦區多環芳烴污染含量，分析結果見表1。

通過表1可知，研究區地下水樣本中，所有16種PAHs單體均被檢出，檢出率達到100%。在檢測的樣本中，16種PAHs的總含量平均值為366.56ng·L^-1，顯示出中等程度的污染水平。

其中，萘、菲、熒蒽、芘、（艸+屈）的污染水平相對較高，而其他污染物的檢出量相對較低，為改善這一問題，應采用有效的修復方法，提高地下水質量。

2.1.2多環芳烴污染濃度分布研究

分析在研究區各個采樣點的多環芳烴污染整體濃度，以評估污染物是否蓄積，分析結果見圖1。

通過圖1分析可知，地下水PAHs濃度在不同采樣點差異顯著。上游濃度較低，中游和下游逐漸升高。這可能是因為從上游到下游污染源增加，且地下水流速慢，導致PAHs堆積，進而濃度上升。

2.2修復材料生態治理效果分析

應用不同濃度的活性劑對地下水進行修復，分析不同活性劑濃度對地下水PAHs中的芘（Pyr）、（艸+屈）（Chr）、菲（Phe）、萘（Nap）、熒蒽（FIA）表觀溶解度，以此評估每種修復材料的生態治理能力，分析結果見圖2。

分析圖2可知，隨著活性劑濃度的增加，這些PAHs的溶解度普遍上升。其中，皂角苷能夠有效地將地下水中的芘、菲和萘等PAHs污染物從水相中溶解，并通過吸附、包裹或絡合等方式將其固定在修復材料上，從而實現了污染物的有效去除。這一過程顯著提升了地下水污染的生態修復能力，使得皂角苷成為處理這類污染物的優選材料。相比之下，TX-100雖然對熒蒽的溶解度表現出一定的優勢，但在處理其他PAHs時效果有限。這可能是因為TX-100與不同PAHs之間的相互作用機制存在差異，導致對某些污染物的溶解效果不如皂角苷。而Brij-35的整體溶解效果相對較弱，盡管在處理熒蒽時略高于其他污染物，但總體而言修復效率不如前兩者。因此，皂角苷在地下水PAHs修復中展現出較強的生態治理能力。

3結束語

為了有效治理廢棄露天礦山地下水多環芳烴污染，文章采用化學手段實現地下水修復通過對不同修復材料的研究和應用，通過添加皂角苷、TX-100和Brij-35三種活性劑來降解和去除地下水中的PAHs污染物。試驗結果表明，隨著活性劑濃度的增加，各種PAHs的表觀溶解度普遍呈現上升趨勢。其中，皂角苷活性劑在去除芘、（艸+屈）、菲和萘時表現出色，表觀溶解度明顯高于其他兩種活性劑。相對而言，TX-100活性劑對熒蒽的溶解效果稍好，但對其他PAHs的溶解能力較弱。Brij-35活性劑對多環芳烴的溶解效果普遍不如前兩者。因此，綜合考慮各種因素，皂角苷活性劑因其較高的溶解能力和對多種PAHs的有效去除，成為廢棄露天礦山地下水多環芳烴污染生態治理的優選材料。