审查
，卷:17(8)伊朗马赞达兰省齐拉布选煤厂水质和沉积物重金属污染研究
阿里Esmaeili＊
伊朗德黑兰Ghadir矿业和工业开发公司矿山和采矿勘探部
摘要
本文研究了Zirab选煤厂(ZCCP)周围水体和沉积物中重金属的浓度、来源和分选情况。为此目的，从Sheshrudbar(作为背景)Cherat和Talar河以及ZCCP和排水系统收集了11个水和沉积物样本。一般情况下，ZCCP的主要水类型为Ca2+- so42 -;而在Cherat河和Talar河，以及ZCCP流域分别为Ca2+-HCO3-、Ca2+- SO42-(HCO3-)和Ca2+-HCO3-(SO42-)。高金属负荷试验中试水样及其直接排水系统;而在ZCCP之前采集的样品则归类为低金属水。Cd、Cu和As的富集程度最高的区域是在ZCCP周围，以及中等污染(Cu和As)和极端污染(Cd)的流域。根据修正后的污染程度，将河流沉积物划分为非常级低的污染程度，而中西区及排水系统则属于中至高度污染。序次提取分析结果表明，ZCCP前后的大部分金属呈双峰分布，主要以残留分数形式存在于硅酸盐界和硫化物界。而在ZCCP样品中，随着有机结合分数的增加，金属有三种模式。金属迁移系数表明，Cd、As和Cu具有较高的迁移率，在水溶性和可交换性组分中均有较高的出现率。
关键词:
重金属污染;序列提取分析;煤炭清洁;流动性因素;源识别
简介
煤炭在发电、钢铁生产、水泥制造和交通运输中发挥着重要作用，也是液体的来源燃料世界生产。大约占钢铁产量的70%，占世界的38%以上能源分别与冶金煤和动力煤有关。
然而，煤炭开采和净化可能导致土地退化、地形变化、环境污染、生态恶化和人类活动等重大环境危害健康问题。另一方面，重金属在液体和固体介质中的化学形式可强烈影响其流动性、毒性和生物利用度。当金属排入河流环境时，它们在沉积物和水柱之间发生分配。金属的进一步分配发生在沉积物化学组分中，金属形态在水柱中与不同的配体[1］．
伊朗是中东地区最大的煤炭生产国，每年生产111万吨煤精矿，已探明储量为11.5亿吨;其中约72%为烹饪煤，其余为动力煤。Alborz(~17%)、Kerman(~8%)和Tabas(~75%)是伊朗主要的煤田，分为东部、中部和西部三个区。阿尔布尔兹煤田中部适用煤层有卡莫兹、基亚萨尔、戈利兰和卡尔桑，焦煤是主要开采对象。开采煤由于灰分含量高，不适合伊朗钢铁公司使用。为了提高煤质，必须去除煤中的矿物质。这可以通过物理和化学过程在Zirab选煤厂(ZCCP)完成。该过程每年产生约70万立方米废水和40万吨废水浪费积累在浪费排土场和尾矿坝。Zirab选煤厂位于谢拉特河旁，该厂的污水直接或间接排放到谢拉特河中。本研究采用序贯提取法评价了锡拉特河中砂场的金属污染状况及沉积物中金属的分配情况。
文献综述
2018年6月，为评估Cherat河和Talar河通过煤炭清洗过程的污染，设计了11个采样点，具体如下:一个样本采集自Sheshrudbar河，作为背景样本，放置于清煤厂(WB)上游，三个样本采集自Cherat河(W1、W2和W5)，三个样本采集自尾矿坝(WP1、WP2和WP3)，两个样本采集自工厂排水系统(W3和W4)，两个样本采集自Talar河下游(W6和W7)。
水样采集于1升聚乙烯瓶中。所有样品瓶在10%硝酸中浸泡，使用前用去离子水冲洗三次。装瓶前用地表水冲洗两次。收集了两组水样，一组用于测定主要阴离子和阳离子，另一组用于重金属分析[2］．用于重金属分析的水样通过0.45 μ m Millipore膜过滤器过滤。过滤后的样品用浓超纯硝酸酸化至pH<2保存，4℃保存于250ml聚乙烯瓶中。用便携式数字pH计和电导率仪原位测定水样的电导率和pH值。用火焰光度计测定Na和K的浓度，用EDTA滴定法测定Ca和Mg的浓度，用莫尔法测定Cl的浓度，用浊度法测定硫酸盐的浓度，用HCl滴定法测定碳酸氢盐的浓度地球化学设拉子大学实验室。添加的阳离子和阴离子变化平衡(CBE±10%)证明了数据的准确性。
沉积物样品用聚乙烯铲从河床和尾矿坝上部3-5cm处采集，用塑料袋包装，运输至实验室时放入冰盒(4°C)冷藏。在室温(25-30℃)下干燥，分析总有机碳(TOC)，然后进行筛分，选择小于0.63μ的部分进行化学分析。采用红外光谱法测定TOC。采用筛分(2-0.063 mm)和比重计(<0.063 mm)相结合的方法进行晶粒尺寸和结构分析。采用序贯提取法对3种沉积物样品进行了化学成分的测定物种并预测这些元素在污染沉积物中的迁移率和生物利用度。最后，采用电感耦合等离子体质量法对沉积物和水样中的重金属进行了分析光谱法(ICP-MS)在澳大利亚Amdel实验室进行。按照同样的程序(Amdel实验室，澳大利亚)制备和分析国际参考材料消解和空白，对大多数元素的分析误差估计小于10%。
采用SPSS软件对水样和泥沙样的测量参数进行统计分析。在使用Kolmogorov-Smirnov方法进行统计分析之前，研究了数据集的概率分布。可以看出，数据集中大部分参数呈现非正态分布。采用层次聚类分析(HCA)对两个数据集中的站点进行分类。采用欧氏距离为区间的群间联动方法，以最大幅值1为变换进行标准化[3.］．
表1给出了饮用水中元素最大污染水平(MCL) (EPA, 2018)、饮用水质量指南(WHO, 2017)的均值、最大值、最小值、中位数、变异系数和标准差以及世界河流中各理化参数元素的平均自然含量和水样中金属含量的描述性统计数据。水温在18.5 ~ 23.3℃之间。河水的pH值在7.18到8.27之间，属于中性到碱性。电导率(EC)从365到1350µs/cm不等，平均为781µs/cm。所有样品的EC值均低于世界卫生组织饮用水标准(1500µs/cm)。总溶解固体含量(TDS)为306 ~ 1078 mg/l，平均值为729 mg/l。尾矿坝排水中TDS超过WHO指标值(1000mg /l)。EC和TDS的变异系数(CV)均大于20%，说明可能存在人为因素。
主要阳离子的平均浓度(mg/l)表明Ca2 +>毫克2 +> Na+> K+在河流中，而在中关站排放的废水中，Ca含量有变化趋势2 +> Na+>毫克2 +> K+．阴离子的平均值(mg/l)按HCO的递减顺序排列3.->所以42－> Cl->有限公司3.2－在河流样品中，而在ZCCP中，它转变为SO42－> HCO3.-> Cl->有限公司3.2－．由于在洗煤过程中使用氢氧化钠，以及氧化硫酸盐矿物的存在，尾矿坝中的硫酸盐和钠离子非常高(Moore和Esmaeili, 2012)。所有水样中的氯离子、钠离子、钾离子、镁离子和碳酸盐离子均低于指导值。分析样品3和5中的硫酸盐和碳酸氢盐离子分别超过了世卫组织的指导值。在选煤厂内外观察到这些参数的高浓度。
在Piper Diagram上绘制了meq/l中主要的阴离子和阳离子。结果表明，水样被分类为碳酸氢钙(Ca2 +-HCO3.-)在Sheshrudbar河(背景区)和Cherat河，而硫酸钙(Ca2 +所以42－)在ZCCP排水系统和塔拉河中发现。来自ZCCP的水样落在富含硫酸盐的区域。通过将ZCCP排水与Cherat河的水逐渐混合，也证明了图表的菱形截面[4］．
调查沉积物样品中金属含量沿S、P、TOC和粒度的统计汇总见表2。基于粒度分析和USDA分类，中关村流域沉积物样品主要由细粒(粘土和粉砂)组成，属于粘土壤土。
然而，来自塔拉河和谢拉特河的沉积物样本分别被置于壤土和沙壤土类别中(图4a)。沉积物呈中性至弱中碱性，pH值为6.2 ~ 9.1(平均为7.7)。从ZCCP的输出中收集的TS3样品的pH值最高。沉积物中有机碳总量在3.5 ~ 33%之间，平均14.1%。与pH值相似，较高的TOC值出现在工厂的排水和下游。植物远端TOC的平均含量为5%，而植物周围TOC的平均含量为25%，表明ZCCP废水中有机质含量极高。
主要元素和微量元素(mg/kg)变化较大，Al为56,3000 ~ 69,500;Fe, 24,300 - 59,823;As, 9.6 - 29.7分;Cd, 0.1 - 3.1;Cr, 54 - 124.1;Cu, 24.2 - 69.5;Co, 10.8 - 28.4;Mn, 605 - 1377;Ni, 33.0 - 75.4;Pb,16.3 ~ 27.54; Zn, 70.0 – 113.0; P, 100 – 842; S, 350 – 13,486. Coefficient of variation (CV) was used as an index for spatial variability trace elements.低CV表明元素浓度相对于高CV的相对稳定性，这表明存在外部因素;地质或人为[5］．
结论
沉积物中Si、Al、Pb、Zn的浓度变化CV<20%。这表明这些金属的浓度在采样点保持相当稳定，铝是计算污染指数的一个很好的归一化器(CV=8%)。S、Cd、P、Cu、As、Co、Mn、Ni、Fe和Cr的变异系数最大(CV>20%)。
参考文献
- 亚伯拉罕G，帕克R.重金属污染物在Tamaki河口:城市发展和增长的影响，奥克兰，新西兰。环境科学学报，2002;
- Baran A, Tarnawski M.通过顺序提取和生物测定法对污染沉积物中重金属迁移和毒性的评估。生态毒理学,2015;24(6):1279 - 1293。
- 王晓燕，王晓燕，王晓燕，等。环境矿物学地球化学意大利撒丁岛的废弃蒙特维乔-因古尔托苏矿区。Reche Min. 1999;534:21-28。
- 党哲，刘超，黑杰梅，等。与煤矸石自然风化作用有关的重金属迁移。环境调查，2002;118:419-426。
- 张志强，张志强，张志强，等。酸性矿井水的水文地球化学特征水污染在印度的Makum煤田。中国地质大学学报(自然科学版)，2010;
