井上下联合处理工艺处理矿井水过程中溶解性有机质变化特征

井上下联合处理工艺处理矿井水过程中,利用三维荧光光谱分析了矿井水中溶解性有机质的组成和变化特征。结果表明：不同处理工艺段对矿井水中DOM去除效果存在较大差异,采空区处理对矿井水中TOC和UV254的去除率分别达到67.453%和65.396%,深度处理可完全去除大分子有机物和芳香族化合物。三维荧光光谱显示,矿井水中表征出3类DOM,酪氨酸类芳香族蛋白质、色氨酸类芳香族蛋白质、溶解性微生物代谢产物。经过采空区处理后,3类有机质荧光强度都有较大降低,下降率分别为50.1%,54.4%和47.2%;深度处理使酪氨酸类有机质荧光峰消失,色氨酸类和溶解性微生物代谢产物荧光强度下降了75%左右。矿井水、采空区出水、常规处理出水中 DOM主要为生物来源;膜过滤出水中残留的DOM主要源于陆生植物和土壤有机质;总体上,矿井水处理过程中来自生物或水生细菌的新近自生源组分比例逐渐增加。     

桌子山矿区地下水中溶解性有机质荧光特征分析

利用三维荧光光谱对桌子山矿区地下水中溶解性有机质荧光特性进行了研究,结果表明:桌子山矿区地表水和地下水中溶解性有机质主要为生物源(f450/500>1.89);上覆水体(包括地表水和第四系水)中TOC和UV254值分别为0.67⁰.69 mg/L和0.0180.69 mg/L和0.018⁰.022 cm-1,明显高于砂岩水的0.240.022 cm-1,明显高于砂岩水的0.24⁰.62 mg/L(TOC)和00.62 mg/L(TOC)和0⁰.019 cm-1(UV254),以及奥灰水中的0.220.019 cm-1(UV254),以及奥灰水中的0.22⁰.35mg/L(TOC)和0.0010.35mg/L(TOC)和0.001⁰.006 cm-1(UV254)。上覆水体中DOM荧光光谱出现了5个指纹荧光峰,RegionⅡ0.006 cm-1(UV254)。上覆水体中DOM荧光光谱出现了5个指纹荧光峰,RegionⅡ^RegionⅣ荧光强度均较明显;随着地层层位的加深,荧光峰和荧光强度呈递减趋势,砂岩水中出现了RegionⅠ、RegionⅡ和RegionⅣ的荧光峰,RegionⅠ和RegionⅡ荧光强度也比上覆水体高;奥灰水中则以RegionⅡ和RegionⅣ荧光峰为主,且荧光强度高于砂岩水。砂岩水和奥灰水中RegionⅡ荧光强度与TOC浓度成负相关,RegionⅣ荧光强度不仅与TOC浓度成正相关,还随着RegionⅡ荧光强度的增加而增加。利用三维荧光光谱能够区分出上覆水体、砂岩水和奥灰水之间的荧光特征差异,为煤矿突水水源识别提供技术支持。     

云盖山矿井水中溶解有机质三维荧光光谱特征分析

以云盖山一矿为例,利用三维荧光光谱进行了溶解性有机物（Dissolved Organic Matter,DOM）荧光光谱特性的初步分析。结果表明：研究区矿井水中DOC浓度差异不大（ 2.277~ 4.104 mg/ L）,但石门矿井水中UV 254 是其他水样的3.0~4.3倍;所有矿井水SUVA值均<3 L/(m·mg),〖JP〗表明其来源是内源的或者缺少陆源的有机质;矿井水中有机物荧光强度普遍不高,而不同矿井水DOM主荧光峰强度差异较大,Peak A只出现在顶板裂隙水,Peak F只出现在石门矿井水中,Peak B,Peak C和Peak D在各采样点矿井水中均有出现,Peak E出现在有人类活动的石门和轨道巷区域;色氨酸类蛋白质荧光强度与DOC浓度线性相关度较高（ R 2=0.999 1）,酪氨酸类蛋白物质荧光强度与DOC浓度呈负相关（ R 2=0.527 9）;类蛋白和类腐殖质荧光强度的比值 r 显示顶板裂隙水受污染程度最低,石门矿井水受污染程度最高。     

煤矿井下不同区域矿井水中有机污染特征

为了弄清煤矿井下不同区域矿井水中有机污染特征,以神府矿区某浅埋矿井为研究对象,基于三维荧光指纹技术和区域体积积分法开展了矿井水水质特征研究。结果表明:神府矿区井下矿井水中阴阳离子等组分主要来自顶板基岩含水层,煤炭开采产生了氮素,有机物等污染物,其中COD浓度超标率(Ⅲ类地下水质量标准)达到72.7%;02综采工作面矿井水中COD则达到Ⅴ类地下水质量标准,且TOC和UV254也较高。1~5号矿井水中DOM主要出现了芳香性蛋白类有机质荧光峰;综采工作面矿井水中Ⅴ区荧光峰非常明显,该类有机质来自工作面回采和检修过程中综采设备溢油。1~5号矿井水中类酪氨酸和类色氨酸的标准体积比例Pi,n之和>52.0%,说明芳香性蛋白质有机物是本地区地下水中重要的DOM;02综采工作面水样中多环芳烃类有机物的标准体积比显著增加,反映了检修过程中大量多环芳烃类油污进入矿井水;矿井水处理厂进出水水质具有井下不同位置矿井水的综合特征,Ⅰ区和Ⅴ区有机质可以有效地被微生物利用或处理工艺去除。COD与Φi,Pi,n,FI,TOC,UV254的相关性较低,表明矿井水中COD的主要成分为非溶解性的煤泥等物质;UV254和TOC与Φi,Pi,n,FI的相关性显著增加,表明区域体积积分法和峰值法都能够很好地表征DOM的荧光特征、含量等。     

新集矿区地下水中溶解性有机质荧光特征及其指示意义

利用三维荧光光谱(Three-dimensional fluorescence spectrum)对新集矿区地下水中溶解性有机质(DOM)特征进行分析,结合TOC和UV_(254)来判断地下水中有机物的来源,以此进行含水层的识别。结果表明:地表水的可溶性有机质含量最高;松散层水中主要出现Ⅱ区荧光峰,含少量Ⅲ区的类富里酸荧光峰,且峰值比地表水低;砂岩裂隙水中砂岩裂隙水存在特殊的有机物来源,极有可能是来自于地表污染源,三维荧光图谱也证明这一点;采空区水中DOM以Ⅱ区荧光峰为主,其荧光峰强度明显高于松散层水和砂岩水。利用三维荧光光谱能有效地分辨出新集矿区上覆水体、砂岩水和采空区水之间的差异,为煤矿突水水源的识别提供技术支持。     

煤矿地下水库矿井水中溶解性有机质变化特征的研究

煤矿地下水库利用采空区冒落岩体的过滤、吸附和离子交换等固液耦合作用来净化矿井水,通过三维荧光光谱分析煤矿地下水矿井水中溶解性有机物的组成结构、变化特征及来源。经过对煤矿地下水库进出水的TOC和UV254分析,表明煤矿地下水库对矿井水有较好的去除效果。三维荧光光谱显示,地下水库进水中有2类DOM,分别是紫外区类富里酸和可见区类色氨酸。经过煤矿地下水库的处理,矿井水中紫外区类富里酸和可见区类富里酸的荧光强度明显降低,在出水中出现了紫外区类色氨酸,说明矿井水在处理过程中受到微生物的影响。煤矿地下水库矿井水中的DOM既有内源输入又有外源输入,而且类蛋白组分占DOM比重较高。     

利用三维荧光光谱判别煤矿区含水层水力联系

为了弄清陕北某矿上下含水层是否存在水力联系,利用三维荧光光谱研究了溶解性有机质(DOM)荧光特征,结果表明:各含水层之间DOM荧光指纹差异较显著,浅部微生物活动强烈,Ⅱ区和Ⅳ区荧光峰较强;深部微生物活动趋于稳定,Ⅱ区和Ⅳ区荧光峰较弱;第四系水中存在Ⅲ区荧光峰,直罗组下段的Ⅴ区荧光峰较强。ZLG-8孔水中Ⅱ区荧光强度偏低,Ⅳ区未出现荧光峰,表明该层水中微生物新陈代谢极不活跃,属于深部地下水环境;以Ⅴ区荧光峰强度作为特征值,与直罗组下段含水层中DOM荧光特征相同。综合分析确定ZLG-8孔水来自直罗组下段含水层,与上部含水层没有直接的水力联系。     

有机-无机联合矿井突水水源判别方法

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)在随地下水运移过程中,不同含水层水中DOM含量、类别、荧光强度等均存在较明显差异,因此结合无机水化学,开展了有机-无机联合的矿井突水水源判别方法研究,结果表明:地下水中无机组分浓度分布具有垂向分带性,利用pH、矿化度(TDS),HCO3,SO4等无机指标,可以判别浅部含水层和深部含水层水化学特征差异; DOM进入含水层后发生氧化还原反应强烈,其浓度(TOC含量和UV254)变化快、差异大,可以识别地表水与第四系水的水化学特征;第四系与白垩系含水层,以及覆岩破坏范围内的细分含水层,水中无机组分和有机组分含量非常接近,而荧光指纹技术灵敏度高,可以根据3DEEM光谱图分析DOM类型和荧光峰强度等差异,区分相邻含水层的水化学特征差异。陷落柱等地质异常体作为特殊的地质环境体,其内部水体中DOM相对丰富,其DOM含量和荧光指纹特征与奥灰水差异显著。将有机-无机联合开展不同含水层水化学特征分析,能够很好地区分不同水源,为矿井突水事故发生时快速判别水源提供科学依据。     

煤矿地下水库DOM来源解析

为深入了解溶解性有机物(DOM)在煤矿地下水库水环境中的变化过程,本研究利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)模型,分析了大柳塔煤矿地下水库进出水中DOM 组分的变化情况,并利用主成分分析法对影响水体 DOM 的主要因素进行了研究。 研究结果表明,煤矿地下水库有一定的净化作用,表征 DOM 的 TOC 和 UV 254 在出水处有明显降低;地下水库水体中 DOM 可分为紫外区类富里酸(240 nm/380 nm)、类蛋白色氨酸(275 nm/330nm)、紫外区类富里酸(255 nm/380 nm)、可见类富里酸(265 nm,355 nm/380 nm)4 个组分;通过主成分分析以及对 f 470/520 、HIX、BIX 3 个参数的分析,结果表明 DOM 的来源表现为内源输入与陆源输入共同作用,但以内源输入为主的特点,在地下水库的运行管理过程中应重点考虑内源污染的治理。     

煤生物成气过程中溶解性有机物的光谱特征研究

为进一步探讨煤生物成气过程中有机中间产物的变化特征,使用富集驯化后的底泥对3种煤样进行了煤生物成气模拟实验。对产气过程中产气量、液相样品中的可溶性有机质含量(总有机碳,TOC含量)、紫外和三维荧光光谱进行测定,并分析其耦合关系。结果表明:3种煤样的产气过程均可分为3个产气周期:快速期、慢速期和产气停止期。成气过程中TOC含量总体下降,产气停止后含量有少量增高,TOC含量变化周期与产气时期具有一致性。紫外光谱及特征值显示产气过程中DOM分子量逐渐增大,芳构化程度增高,同时芳香环取代基上含氧官能团增多。荧光光谱显示成气过程中类蛋白荧光峰迅速降低,煤中的腐殖酸类物质转移到液相中,荧光基团中羰基、胺基和羟基含量增加。紫外和荧光光谱的变化与成气过程具有很好的耦合性,均表明煤中的有机质在微生物作用下进入液相并参与产气,但不同种类的物质对产气的作用不同。研究结论与此前GC-MS的相关研究结果相一致,且为煤生物成气过程中液相成分和性质的变化提供了参考。     

煤矸石去除矿井水中水溶性有机物及氨氮的实验研究

煤矸石去除矿井水中污染物的有效性对于评价目前煤矿区实施的地下水库技术及实现矿井水的高效综合利用具有重要意义。以神华神东煤炭集团公司补连塔煤矿取得的煤矸石为水处理剂、取得的矿井水作为研究对象,通过柱实验研究室温条件下煤矸石对矿井水中有机物和氨氮的去除效果。研究结果表明:在6.44个孔隙体积数(PV数)的矿井水的淋滤实验过程中,煤矸石对矿井水中DOC的去除能力可达到64%,这与煤矸石中高岭石、白云母、伊利石和绿泥石等铝硅酸盐矿物对有机物的吸附、降解作用有关,但其对矿井水中芳香族化合物的阻滞及去除能力小。实验过程中煤矸石对氨氮的去除效率逐渐下降但仍能达到81%,因此研究用煤矸石对矿井水中氨氮有着较高的去除能力,这主要是由于煤矸石中含有的伊利石及高岭石均具有一定的阳离子交换容量而对氨氮起到吸附作用。试验中后期,流出液pH值高于了原水值,这与氨氮的水解作用有关,出水ORP显著下降,这说明在模拟的水-岩系统中还原环境不断增强,有机物的降解作用得到增强。     

采煤活动对煤矿地下水化学特征的影响研究

采煤活动会影响天然水化学环境,改变地下水中的无机及有机水化学成分。以保德煤矿为研究区,采集地表水、地下水及矿井水,综合利用Piper图、Schoeller图、三维荧光光谱图,从无机与有机2个方面分析矿区水化学特征及受采煤活动的影响。研究结果表明,保德煤矿地表水、泉水和奥陶系灰岩水的水化学类型主要为HCO³-Na和HCO³-Ca,但位于滞留区的钻孔新鲜水化学类型为SO₄-Na和SO₄-Mg;位于弱径流区或滞留区的奥陶系灰岩水样K⁺+Na⁺浓度大于径流区水样,而Ca^2＋（Mg^2＋）浓度则相反,主要受离子交换作用和采煤活动的影响。地表水和泉水中溶解性有机质类型主要为腐殖酸类物质,奥陶系灰岩水有机质类型主要为色氨酸和溶解性微生物代谢产物,主要是通过微生物产生的,而矿井水有机质类型为色氨酸、溶解性微生物代谢产物及腐殖酸,这是受采矿活动影响,奥陶系灰岩水流经煤层,将煤中的腐殖酸类物质溶滤形成矿井水。地表水中UV₂₅₄和TOC值较其他水样高,与地表河流中树叶等植物的腐化溶解有关,矿井水中UV₂₅₄和TOC较奥陶系灰岩水较高,与煤层中腐殖酸类物质的溶解有关。     

煤中可溶性有机质荧光光谱特征及其对微量元素赋存的影响

煤中微量元素的赋存状态有多种形式,其中大部分微量元素都能与煤中有机质结合。煤中有机质的含量与煤的煤化程度有一定联系。实验选取了褐煤、烟煤、无烟煤3种共7个煤样进行分析,采用ICP-AES方法测定了煤中微量元素含量,采用三维荧光光谱仪分析了3种煤的可溶性有机质(DOM)的荧光光谱特征,并运用平行因子法对荧光数据进行了深入分析,探讨了煤中溶解性有机质与煤中微量元素赋存形态之间的关系。结果表明,煤中不同微量元素在褐煤、烟煤、无烟煤中的分布有差异,As,Mg,Cd,Mn在褐煤中含量最高,Li,Sr在无烟煤中含量最高,而Cu,Co在3种煤中含量差异不明显。褐煤中可溶性有机质以腐殖酸类为主,烟煤的荧光基团有腐殖类和类蛋白类,而无烟煤中未能检测出荧光峰。荧光强度亦随着煤化程度的递增呈现递减。煤中As和Mg的赋存与煤中可溶性有机质可能存在着一定联系,即煤中可溶性腐殖酸荧光强度越大,As和Mg越丰富,而Li和Sr则相反。     

覆土厚度对煤矸石充填重构土壤活性有机碳分布的影响

按照不同覆土厚度将研究区分为A(＞100 cm),B(60~100 cm),C(40~60 cm)和D(20~40 cm)4类采样区,分别采集重构土壤剖面不同深度土壤或煤矸石样品,测定其含水量(WC)、pH值、密度(BD),以及有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC),研究覆土厚度对活性有机碳(AOC)分布的影响。结果表明：复垦5 a后,试验区0~20 cm土壤层SOC含量增加0.48 g/kg,DOC平均含量为46.86 mg/kg,MBC平均含量为46.09 mg/kg。与其他类型重构土壤相比,研究区有机碳库的恢复进度较慢,这主要受制于区域土壤性质和复垦地的土地利用方式。研究区相同土壤层的SOC含量大小关系为A＞B＞C＞D,也即随覆土厚度增加,煤矸石充填重构土壤SOC含量也相应增加。采样区B和C的 0~20 cm土壤层MBC含量相对较高,说明覆土厚度过薄或过厚,均不利于表层土壤MBC的积累;采样区D的煤矸石层DOC含量高达97.90 mg/kg,表层土壤中含量也达到64.80 mg/kg,均高于其他采样小区,说明覆土厚度较薄时,上覆土壤DOC含量很可能受到煤矸石层的影响。煤矸石层的qMBC值不能准确反映重构土壤肥力质量,而上覆土壤的肥力质量和SOC,我们可以用MBC来表征或预测。MBC与重构土壤pH值、BD呈极显著负相关(p＜0.01)、与WC呈显著正相关关系(p＜0.05),而SOC和DOC与上述土壤理化性质的关系却与之相反。     

兖州煤田矸石中的微量有害元素及其对土壤环境的影响

煤矸石是煤炭采掘和洗选中排放的固体废渣，它含有As、Cr、Hg、Cd等22种有害微量元素，这些有害元素在矸石自堆放过程中，由于自然、淋滤、风化等作用而逸出，进入大气、土壤、植物和水环境。本文以兖州煤田山西组和太原组煤矸石为对象，研究了As、Cr、Hg、Cd、Pb、Cu、Zn7种有害元素在矸石及其周围土壤中的分布规律，其含量多数高于地壳克拉克值和土壤背景值，土壤中的含量随着远离距矸石而减小，因此，矸石灰尘和溶出液可污染土壤和水体。