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内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析

王甜甜 靳德武 杨建

王甜甜, 靳德武, 杨建. 内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析[J]. 煤田地质与勘探, 2021, 49(5): 45-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.005
引用本文: 王甜甜, 靳德武, 杨建. 内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析[J]. 煤田地质与勘探, 2021, 49(5): 45-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.005
WANG Tiantian, JIN Dewu, YANG Jian. Heavy metal pollution characteristics and source analysis of water drainage from a mine in Inner Mongolia[J]. COAL GEOLOGY & EXPLORATION, 2021, 49(5): 45-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.005
Citation: WANG Tiantian, JIN Dewu, YANG Jian. Heavy metal pollution characteristics and source analysis of water drainage from a mine in Inner Mongolia[J]. COAL GEOLOGY & EXPLORATION, 2021, 49(5): 45-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.005

内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析

doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.005
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41907264

国家重点研发计划课题 2016YFC0501104

国家重点研发计划课题 2017YFC0804103

详细信息
    第一作者:

    王甜甜,1991年生,女,河南漯河人,博士,助理研究员,从事环境地质与水文地质研发工作. E-mail: wangthpuedu@126.com

    通信作者:

    靳德武,1966年生,男,陕西蓝田人,博士,研究员,博士生导师,从事煤矿防治水技术研发工作. E-mail: jindewu@cctegxian.com

  • 中图分类号: TD745

Heavy metal pollution characteristics and source analysis of water drainage from a mine in Inner Mongolia

  • 摘要: 确定矿井水中重金属污染程度及主要来源,对矿井水的再利用及矿区生态环境保护具有重要的理论意义。以内蒙古某矿区为研究对象,采集地表水、第四系潜水、承压水及矿井水水样49组,检测水体中Zn、Pb、Fe、Mn、As、Cu、Cd、Cr、Hg、Se 10种重金属浓度,分析矿井水中重金属污染特征及超标情况,利用HPI模型定量评价重金属污染程度,并综合数理统计、不同类型水样重金属浓度箱形图及煤/顶板重金属浸出试验,分析矿井水重金属主要来源。结果表明:内蒙古某矿矿井水中Zn、Pb、Fe、Mn、As 5种重金属浓度值超标,其中Fe和Zn的超标率高达100%;7个矿井水样中6个矿井水的HPI值大于临界值100,矿井水重金属污染程度较高;矿井水中的Pb、As主要来源于采煤及运输机械油类物质泄漏,Mn主要来源于Ⅲ含地下水,Fe、Zn主要来源于Ⅲ含地下水及煤层中含Fe、Zn矿物的溶滤。该结论将为矿井水中重金属污染防治提供基础与依据。

     

  • 图  研究区综合水文地质柱状图

    Fig. 1  Comprehensive hydrogeological histogram of the study area

    图  水样类型及采样点位置

    Fig. 2  Location and groundwater type of samples

    图  矿井水重金属超标率

    Fig. 3  Over-standard rate of heavy metals in mine water

    图  各类型水样Fe、Mn、Zn质量浓度箱形图

    Fig. 4  Fe, Mn, Zn concentration box-plot of different types of water samples

    表  1  矿井水中重金属质量浓度

    Table  1  Heavy metal concentration of mine water

    重金属 标准限值 不同取样点矿井水重金属质量浓度/(mg·L-1)
    01工作面 01工作面密闭 05工作面1 05工作面2 中央水仓 西翼轨道大巷 地面水沟
    Zn ≤1 4.750 3.990 1.970 6.040 6.070 1.360 5.780
    Pb ≤1×10-3 0.051 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3
    Fe ≤0.3 1.120 0.922 4.070 36.020 4.381 1.003 15.910
    Mn ≤0.1 0.150 0.130 0.170 0.270 0.070 0.090 0.140
    As ≤0.01 < 0.001 0.001 0.029 0.052 0.033 0.019 0.022
    Cu ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3 ≤1×10-3
    Cd ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3
    Cr ≤5×10-2 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3 ≤5×10-3
    Hg ≤1×10-3 ≤5×10-5 ≤5×10-5 ≤5×10-5 ≤5×10-5 ≤5×10-5 ≤5×10-5 ≤5×10-5
    Se ≤0.01 ≤5×10-4 ≤5×10-4 ≤5×10-4 ≤5×10-4 ≤5×10-4 ≤5×10-4 ≤5×10-4
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    表  2  典型重金属污染指数(HPI)计算结果

    Table  2  Calculation results of typical Heavy-metal Pollution Index(HPI)

    矿井水样 $ \sum\nolimits_{i = 1}^n {{q_i}{w_i}} $ $ \sum\nolimits_{i = 1}^n {{w_i}} $ HPI
    01工作面 96 194.74 214.33 448.81
    01工作面密闭 13 184.74 61.52
    05工作面1 50 129.88 233.89
    05工作面2 131 363.86 612.90
    中央水仓 53 524.24 249.72
    西翼轨道大巷 32 242.89 150.43
    地面水沟 61 886.49 288.74
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    表  3  矿井水中5种重金属间的Pearson相关系数

    Table  3  Pearson coefficients among five heavy metals from mine water

    项目 Zn Pb Fe Mn As
    Zn 1
    Pb 0.496 1
    Fe 0.873* -0.98 1
    Mn -0.54 0.224 0.043 1
    As 0.376 0.899** -0.055 0.627 1
    注:*表示在p=0.05水平上显著相关;**表示在p=0.01水平上显著相关。
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    表  4  不同类型水样中重金属质量浓度统计

    Table  4  Statistical table of heavy metal concentration 单位: mg/L

    取样层位 统计项 Zn Pb Fe Mn As
    地表河流 最小值 0.01 0.001 0.08 0.05 0.001
    最大值 0.01 0.003 0.08 0.05 0.002
    平均值 0.01 0.002 0.08 0.05 0.001
    第四系 最小值 0.01 0.001 0.05 0.08 0.001
    最大值 0.04 0.003 0.14 0.49 0.004
    平均值 0.02 0.002 0.09 0.15 0.003
    Ⅰ含 最小值 0.01 0.001 0.11 0.02 0.002
    最大值 0.01 0.006 0.17 0.08 0.005
    平均值 0.01 0.004 0.13 0.05 0.004
    Ⅱ含 最小值 0.01 0.001 0.01 0.01 0.001
    最大值 0.01 0.002 0.28 0.1 0.002
    平均值 0.01 0.001 0.16 0.06 0.001
    Ⅲ含 最小值 0.53 0.001 0.02 0.01 0.001
    最大值 1.52 0.003 2.82 0.29 0.003
    平均值 1.08 0.002 0.93 0.17 0.002
    矿井水 最小值 0.01 0.001 0.92 0.05 0.001
    最大值 6.07 0.051 36.02 0.27 0.052
    平均值 3.71 0.0081 9.19 0.16 0.022
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    表  5  煤层及顶板Fe、Zn浸出结果

    Table  5  Leaching of Fe and Zn from coal and coal roof

    岩石样品 离子质量浓度/(mg·L-1)
    Fe Zn
    煤层 煤1 3.13 0.028
    煤2 2.98 0.024
    煤3 3.04 0.029
    平均值 3.05 0.027
    煤层顶板 煤层顶板1 16.90 1.100
    煤层顶板2 17.60 0.970
    煤层顶板3 17.70 1.050
    平均值 17.40 1.040
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-13
  • 修回日期:  2021-06-08
  • 发布日期:  2021-10-25
  • 网络出版日期:  2021-11-06

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