生态环保视域下煤矿区水环境污染治理技术研究.pdf

第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期：；责任编辑：郭海霞 ：基金项目：河南省重点研发计划项目（）作者简介：卢爱君（），女，河南济源人，工程师，年毕业于中国计量大学，研究方向为无线通信技术。引用格式：卢爱君 生态环保视域下煤矿区水环境污染治理技术研究 能源与环保，（）：，（）：生态环保视域下煤矿区水环境污染治理技术研究卢爱君（河南省济源生态环境监测中心，河南 济源 ）摘要：煤矿开采给社会带来经济效益的同时对其周边水环境也造成严重破坏，为改善此问题，提出针对性的污染治理技术。首先，通过矿井水成分划分污染类型，利用水动力化学生物耦合策略明确水环境污染成因；然后，分析煤矿区水环境总容量，计算二维浅水水流与对流扩散方程的守恒公式，使用过程线趋势差值法获取水环境污染通量，呈现煤矿区水环境污染水平；最后，就待治理区域实际情况，设计物理处理、水动力控制、原位处理与抽出处理 种技术，实现高质量水环境污染整治目标。实验分析表明，所提技术能有效改善煤矿区整体水质，具备极强的适用性与可靠性。关键词：生态环保；煤矿区水环境；污染控制；治理技术；水动力控制法中图分类号：文献标志码：文章编号：（）（，）：，；，；，：；不同地区煤炭资源赋存情况差距较多 ，水文地质条件复杂，长时间的煤矿开采给生态环境造成严重冲击。煤矿开采会产生矿井水，水环境污染是其中最核心的部分 。相关资料显示，仅 年我国煤矿区域的矿井水总量达到 亿，矿井水呈现高悬浮物、高盐等特点。西部某些矿区矿井水中还含有少量镉、汞等对人体有害的物质 。现阶段，国家生态环境部门严格监督矿井水质量，必须满足污水处理标准后方可排放，环境污染问题在一定程度上得以缓解，但仍旧面临技术成本高的问题 。面向水环境污染治理问题，不同地区治理模式差异较大。例如，我国多数将水环境治理与水土资源的开发利用相融合，美国、日本分别采用集中治理 年第 期能源与环保第 卷与分散治理实现水环境防治。有学者提出针对于煤矿区场地地下水的污染中采用地下水污染精准探测技术 ，地下水特征污染物智能识别、监测预警技术与装备的研发，煤矿区地下水污染源头控制、过程阻断、末端修复等关键技术与工艺。在对水环境污染治理过程中，引入了信息化、数字化技术，利用计算机数据处理技术分析水环境污染数据，提供污染程度预警、污染信息管理等服务，给水污染治理提供便利 。但多数的水环境污染治理过程繁杂、成本高，难以满足现有的生态环保需求。本文以生态环保视域为基准，设计出不同水污染环境下高效可靠的污染治理技术。探寻待处理区域水环境污染类型与成因，计算该地污染水体通量，利用物理处理、水动力控制等技术完成期望水环境污染治理目标，并通过实例分析充分验证了所提技术的可用性。所研究内容的创新点是计算水环境污染通量，该通量表示单位时间中流经某单位面积的属性量。明确水环境污染类型后，通过计算水体污染物通量，能更精准地描述煤矿区水环境污染程度，改善煤矿区整体水质。煤矿区水环境污染分析煤矿区水环境生态问题较为严重，矿井水污染是由于矿井水排放与煤炭洗选废水排泄引发的。煤矿区水污染类别可按照矿井水的构成成分实施划分，包含常见的酸性矿井水、高硫酸盐矿井水、高氟矿井水等类别。污水排入水体后，水体浑浊度较高，悬浮物数量激增，改变了水体物理性质。若酸、碱污水排入水体，水体 值会产生变化，此类属于化学性污染。现阶段，从矿区实际环境入手，采用增加停留时间、减小径流速和增加渗流率等措施，可以将煤矿区水环境的污染物质保留下来，并对其进行转化和降解处理。融合水动力化学生物等多种耦合策略，对煤矿区水环境污染产生的持留效果直接进行生化过程、氧化还原、吸附、解吸等操作；同时土壤氧化还原能力以及水停留时间都会改变水文的周期性，梳理矿井水污染原因，从源头与污染体等方面采取对应措施。水环境污染通量计算明确水环境污染类型后，通过计算水体污染物通量，能更精准地描述煤矿区水环境污染程度。通量表示单位时间中流经某单位面积的属性量 。计算前，首先需明确煤矿区水环境总容量，记作：入水量 排污区面积增长量（）将二维浅水水流与对流扩散方程的守恒解析式描述为：（）（）（）（）式中，为守恒物理量；（）为 轴方向的污水量；（）为 轴方向的污水量；为守恒律。水体污染物通量计算中，流量数据大多源自监测部门的真实测量材料，没有实测资料时依照水位流量进行推导，污染物浓度有真实测量信息可直接使用，无真实测量信息运用过程线趋势差值法计算 。将污染物通量推导公式记作：（）（）（）式中，（）为瞬时流量；（）为瞬时浓度。因为在实际操作中不能得到持续的瞬时流量和污染物浓度信息 ，可将式（）改写为：（）式中，为固定时段污染物流量均值；为固定时段污染物浓度均值；为计算时段；为污染物流量误差；为污染物浓度误差；为样本个数。基于生态环保视域的煤矿区水环境污染治理技术实现通过以上过程能准确掌握煤矿区水环境现状及其污染程度，依照当地实际情况，使用不同类型的水污染治理技术，因地制宜地实现高质量水污染治理 。煤矿区水污染治理技术包含物理处理法、水动力控制法、原位处理法与抽出处理法。下面对种治理技术进行详细分析。物理处理法物理处理法是采用物理策略对受污染水质实施治理的一种策略，涵盖如下几种模式。（）屏蔽法。此方法是在煤矿区地下创建各类物理屏障，可利用压力往水体下方灌注灰浆，在污染水体周边构成一道防护墙 ，密闭遭受污染的水体，避免污染物再次蔓延扩散。屏蔽法仅在解决小范围的含毒且降解难度高污染物时方可适用，大多状况下仅将其作为水环境污染防治初期采用的临时性处理方法。（）被动采集法。此方案是在煤矿区水源附近挖一条较深的沟道，在沟道中安置采集系统 ，收集水面漂浮污染物，降低后续污染处理难度。该方法通常治理较轻的污染物，可应用于煤炭洗选废水处理中。年第 期卢爱君：生态环保视域下煤矿区水环境污染治理技术研究第 卷 水动力控制法水动力控制是人为更改水力梯度，分离被污染水体和干净水体。依照井群系统安置模式的差异 ，水动力控制又被划分成上游控制与下游控制 种策略。上游模式是在受污染水体上游安设注水井，给含水层灌入清水，在此注水井处构成 个分水岭，阻挡上游干净水体往下流动，然后在下游安置一排抽水井，抽出受污染水体，防止污染往下方蔓延，并在上游再架设一排收水井，抽出干净水并传输至下游进行水流灌注。水动力控制法无法确保永久地剔除水污染物，通常为 种污染初期的临时性解决方案。原位处理法原位处理法是煤矿区水环境污染防治中的热门话题，在建立少量地表处理设备前提下，能在降低治理开支的同时大幅度降低污染物的暴露程度。依照煤矿区水污染特征与实际情况，运用高效微生物菌剂抑制有害物体 。详细做法为：摸清水质状况后，对沿线排污支流进行前期预处理，降低重污染物的排放数量。在待处理水域内投放高效微生物菌块，在水体内利用生物石床加快水体与生物菌块的生物反应，实现水体净化。抽出处理法抽出处理法是应用范围最广、使用时间最久的水体污染处理技术，能依照污染物类别与治理费用进行合理搭配 ，大概被分成吸附法、氧化还原法、厌氧消化法等。值得注意的是，抽出受污染水体时，构建井群系统是最为重要的。处理后的水体去向有种：直接投入使用；用来浇灌，浇灌目标是稀释受污染水体，冲刷含水层，增强水循环流动速率，降低水污染治理时长。实验分析依照 地表水环境质量标准 有关规定，本文使用高锰酸盐、氨氮 个指标衡量水质污染水准，总磷、总氮来衡量水质营养水平，通过 个指标评价所提技术下水环境污染治理的有效性。其中，个指标分别为矿区水环境污染信息指标、水环境年均污染指数指标、类水质标准值指标和受污染水体化学需氧量指标。实验采用污染指数法评估水质情况，该方法是每个污染指标分指数依照不同权重计算得到。使用熵权权重法创建权重，运算过程为：()（）式中，为污染物 在第 年的污染指数；为污染物 在第 年的真实浓度，为污染物 的评估标准。以 矿区为例，水体污染物信息源自当地水利管理局，以 年的水质数据为例，个指标当前污染治理策略下年均实测浓度值见表 。将当前政策作为所提技术的对比目标，使用 平台对二者进行实验分析，运用熵权污染指数法得到二者近 年的年均总污染指数，结果如图 所示。表 年 矿区水环境污染信息 年份高锰酸盐氨氮总磷总氮 图 水环境年均污染指数对比 由图 可知，种方法下总体污染指数均呈现下滑趋势，证明该地煤矿区水环境质量在逐年优化。但相同现实背景下，本文方法的总污染指数要低于当前策略，显示出更强的水体污染整治力度，治理成效更好。这是因为本文方法可依照不同的实际环境，提出极富针对性的防治措施，灵活性更强。种方法下高锰酸盐、氨氮、总磷与总氮指标与类水质标准比值的变化趋势如图 所示。将 作为比值临界值，证明污染治理效果较好，证 年第 期能源与环保第 卷明治理技术有较大的提升空间。从整体来看，随着时间流逝，种水质指标比值均有所减少，煤矿区水环境污染得以遏制。本文方法评估指标和类水质标准之间的比值更小，高锰酸盐与氨氮含量已经控制在类水质标准以上，即便总磷与总氮含量比值下降速率缓慢，但也比当前策略更具可靠性，以此证明本文方法污染防治效果更优。图 四种指标年测真实值和类水质标准比值对比 下面使用化学需氧量（，）指标评价方法适用性，表示采用化学方法监测水样内需要氧化的还原性物质量，是一个测定有机污染物的参数。以 年 月煤矿区水环境污染信息为例，验证当前政策与本文方法下不同月份 浓度削减率，结果见表 。表 受污染水体化学需氧量指标削减率 月份本文方法 当前政策 由表 可知，本文方法对 的改善成效远远好于当前政策，浓度削减率一直保持领先，能够在较短时间范围内达到规定水质标准，为实现高效率煤矿区水环境污染治理发挥应有作用。结论为改进煤矿区水环境污染治理效率低、投资金额高等问题，提出一种生态环保视域下煤矿区水环境污染治理技术。所提方法全方位分析了污水形成机理，综合地质条件和环境问题的内在关联，采用物理处理、水动力控制、原位处理和抽出处理技术完成水环境有机修复，帮助煤矿区处理水污染问题，所研究内容的创新性是计算水环境污染通量，更精准地描述煤矿区水环境污染程度，改善煤矿区整体水质。通过实验得到如下结论。（）总体污染指数均呈现下滑趋势，证明该地煤矿区水环境质量在逐年优化，本文方法具有较强的水体污染整治力度，治理成效更好。（）本文方法评估指标和类水质标准之间的比值更小，污染防治效果更优。（）本文方法对化学需氧量指标的改善效果较好，能够在较短时间范围内达到规定水质标准，为实现高效率煤矿区水环境污染治理发挥应有作用。我国煤矿区水环境污染治理技术还在不断发展中，各种类型市场逐步开放，需不断根据煤矿区的发展对方法优化，从而真正准确地为煤矿区水环境污染治理技术提供依据。在后续研究中，可以充分考虑治理技术不同特征，并依据实际受污染情况采取全新治理措施。参考文献（）：孙亚军，张莉，徐智敏，等 煤矿区矿井水水质形成与演化的多场作用机制及研究进展 煤炭学报，（）：，（）：赵永红，张涛，成先雄 离子吸附型稀土矿区土壤与水环境氨氮污染及防治技术研究进展 稀土，（）：，（）：王皓，丛茂勤，刘昕悦，等 基于多通道光谱技术的煤矿水环境监测方法研究 煤炭工程，（）：，（）：段茂庆，杜霞，彭文启，等 黑龙江省源头水保护区水环境特征 年第 期卢爱君：生态环保视域下煤矿区水环境污染治理技术研究第 卷分析及背景问题识别 环境化学，（）：，（）：王能，张瑞雪，吴攀，等 贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统中细菌群落结构及功能分析 环境科学研究，（）：，（）：杜明泽，李宏杰，李文，等 煤矿区场地地下水污染防控技术研究进展及发展方向 金属矿山，（）：，（）：徐丹，王双银，甘治国，等 基于改进层次分析法的突发水污染事故风险分析 水利水电技术，（）：，（）：王明虎，李迎峰 水污染防治技术信息网格构建研究 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