当前世界环境

介绍

煤矿工业现在采用现代技术和强大的、高容量的机械，以提高采煤能力为代价，向大气中排放了大量的粉尘、气体等，从而降低了空气质量。这些污染物不仅对矿工造成有害后果，而且根据气象条件，也对附近地区的人类住区、农业用地和牲畜造成有害后果。

颗粒物是与煤炭开采及其处理作业有关的主要污染物。发现空气中的微粒和相关的微量金属是造成急性和慢性不利健康影响的主要原因(Prieditis和Adamson, 2002年;Magas et al.， 2007;Wild et al.， 2009)。一些流行病学研究表明，空气中的微粒物质与死亡率升高之间存在重大联系(Pope, 2000年;沙,2009)。由于地质、矿物学、地形和许多其他因素的不同，煤的开采和加工技术对个别地点来说是非常具体的。通过本研究，重点提供了Jharia煤田露天矿空气质量方面的突出信息/特征。

研究区域描述

Rajapur OCP(露天项目)是Bharat焦煤有限公司(BCCL)在Jharia煤田的第七集群中重要的OCP之一(图1)。BCCL是印度煤炭有限公司的子公司，在贾坎德邦和西孟加拉邦运营。其运营范围超过305公里²在Dhanbad, Bokaro和Burdwan地区。采矿作业分布在两个煤田，即Jharia煤田和Ranigunj煤田。BCCL在2010-11年期间生产了29.04亿吨煤炭。第七组包括12个采矿租赁地，包括14个地下/露天矿山。该集群的总租赁量为2127.70 Ha。它位于JCF的中东部。它位于北纬23度之间⁰47点到23点⁰北纬43度10分，经度86度⁰22 ' 54.6 "到86⁰24 ' 45 " E.该群集有长期的火灾和下沉历史。

图1:Jharia煤田现场图 点击此处查看图

材料和方法

2014年夏季，在Jharia煤田Rajapur OCP进行了环境空气质量监测。按照IS 5158 Part-XIV, 2006年的标准，采样时间为24小时，每周两次，夏季持续四周。

SPM和PM的抽样估计₁₀使用带有热电冷却气体取样器附件的呼吸性粉尘取样器(Envirotech制造)进行浓度测定。采样器流速保持在1.1 ~ 1.3 m^3.可吸入颗粒物为0.5和0.2 lpm₂和氮氧化物(NOx)。呼吸性粉尘采样器(APM 460 NL)使用增强型旋风将较粗的颗粒从气流中分离出来，然后在0.5微米的玻璃纤维孔径过滤器上过滤，从而可以同时测定SPM和悬浮颗粒物(RPM)的可吸入部分。在旋风分离器中收集的粗颗粒被定量地转移到培养皿上并进行重量评估。粗颗粒和可吸入颗粒的质量总和为采样期间收集的SPM的质量。SPM浓度由SPM的质量和采样空气的总体积计算得到。类似地，对于PM_2.5,采用APM 560微细粉尘采样器(16.7 LPM)。在这里，环境空气被允许通过百叶窗入口和WINS冲击器总成。粒径<2.5微米的颗粒物质沉积在46.2毫米直径上。PTFE滤纸。滤纸的终重与初重之差，得到粒径<2.5微米的颗粒物的重量。PM的浓度_2．5其计算方法为沉积在过滤器上的粉尘重量除以采样空气的体积。采样器按照IS: 5182第IV部分规定的采样选址标准安装在现场，特别强调机器安全性和电源可用性。采用标准方法对环境空气中痕量金属进行了分析。酸消化是在特氟龙炸弹中进行的。滤液采用原子吸收光谱法(GBC Avanta)测定痕量金属。原子吸收光谱法对不同微量金属的检出限分别为:Fe (0.005 ppm)、Pb (0.01 ppm)、Ni (0.009 ppm)、Zn (0.005 ppm)、Cu (0.001 ppm)、Cd (0.004 ppm)、Mn (90.0015 ppm)和Cr (90.003 ppm)。一种元素在大气中的浓度由下式求得:

C(μg/m3) =消解样品中元素浓度(μg/mL)/空气样品体积(m)^3.) x样品的总体积(mL)/用于分析的过滤面积百分比。

结果与讨论

SPM、PM的平均浓度₁₀和点_2．5浓度范围为294 ~ 965μg/m^3.， 100 ~ 498 μg/m^3.85 ~ 296 μg/m^3.分别。所以₂NOx浓度在48.2 ~ 98.2μg/m之间^3.32.8 ~ 149.39 μg/m^3.分别。空气质量数据如表1所示。然后将观察到的浓度与国家环境空气质量标准(NAAQS, 2009年)进行比较。2000年9月，环保部和印度政府颁布并通报的《现有和新建煤矿环境空气质量标准》(CMS, 2000)也被考虑用于评价污染状况。对比如图2至图6所示。普通的PM₁₀浓度均超过NAAQS (100 μg/m)^3.)和CMS (300 μg/m)^3.)。高浓度的PM₁₀主要是由于不同的采矿活动和车辆在未铺设的道路上行驶，包括道路材料、轮胎和制动衬片的磨损以及由于交通引起的湍流导致土壤材料的重新悬浮(Barmpadimos et al.， 2011;Bukowiecki et al.， 2010)。PM_2．5浓度超标(60 μg/m)^3.)。PM的来源_2．5一般限于车辆在铺砌/未铺砌道路上的移动、车辆废气(以柴油为基础)、采矿活动，特别是钻探和爆破岩石。排放清单显示，重型柴油卡车排放了大部分的废气颗粒物(Sawyer et al.， 2000)。SPM浓度超过CMS允许水平(600 μg/m)^3.)。露天煤矿运输道路上车辆的运动被认为是露天煤矿逸散粉尘排放的主要来源(Cowherd, 1979)。平均SO₂浓度低于NAAQS (80 μg/m)^3.)和CMS (120 μg/m)^3.)。NO也是一样_X均高于NAAQS (80 μg/m^3.)，但低于CMS (120 μg/m)^3.)。煤矿井下NOx的主要来源是车辆尾气、爆破作业等。在垃圾场和矿井中随意燃烧煤炭会释放出相当数量的氮氧化物。在燃烧过程中(在高温下)，大气中的氮与氧结合生成NO_X当发动机是柴油机时，这种情况会更加严重。隧道研究表明，柴油发动机产生的NO量是其5倍_X与汽油车相比，每质量燃料燃烧(Kirchstetter et al.， 1998)。

表1:空气质素数据

参数	SPM	点10	点2．5	所以2	氮氧化合物
不。的观察	24	24	24	24	24
最低浓度(μg / m3.）	294	One hundred.	85	48.2	32.8
最大浓度(μg / m3.）	965	498	296	98.2	149
平均	743.875	333.2	160.91	79.47	111.39
第98个百分位	957.18	492.02	288.18	97.64	148.43

表2:夏季微量元素浓度水平

微量金属	浓度µg / m3.
Pb	0.380±0.009
倪	0.06±0.02
作为	0.00432±0.028
铜	3.10±0.01
锰	1.52±0.21
菲	18.29±0.25
锌	0.42±0.24
Cd	0.04±0.016
Cr	0.440±0.30

图2:PM的状态10与NAAQS相比，2009年和CMS, 2000年 点击此处查看图

图3:PM的状态2．5与2009年NAAQS相比 点击此处查看图

图4:2000年SPM与CMS的比较 点击此处查看图

图5:SO的状态2与2009年NAAQS和2000年CMS进行比较 点击此处查看图

图6:NO的状态X与2009年NAAQS和2000年CMS进行比较 点击此处查看图

粉尘样品微量元素分析(PM)₁₀)，结果见表2。PM中的微量元素污染物₁₀可能是自然的也可能是人为的。几种微量元素(铅、铜、锰、钴)被认为是生命所必需的。微量元素的来源可以归结为以下讨论:

铅(铅):可能是由于汽车尾气的排放量增加。这并不排除汽车燃料掺假的情况。

镍(Nickel):可能是由于交通尾气、老旧车辆的车用发动机部件磨损等。

As(砷):砷化合物可以是有机的也可以是无机的。无机砷可引起急性、亚急性和慢性影响，可能是慢性的，也可能是系统性的。

铜(铜):这源于车辆因被迫减速而磨损刹车片(Hulskotte et al.， 2006)。

锰(锰):这可能是由于地壳粉尘，包括悬浮的道路粉尘由车辆和风蚀。

铁(铁):这是由于在刹车衬里使用铁，导致其排放到环境空气中。(Hulskotte et al.， 2006)

锌(锌):这是由于车辆运动产生的轮胎磨损颗粒的示踪剂(Birmili等人，2006;Wang et al.， 2006)

Cd(镉):由于汽油、机油、汽车轮胎的成分和这些物质残留物的路边沉积以及交通密度，Cd水平可能与之相关(Sharma和Prasad,2010)。

Cr(铬):铬主要由不锈钢焊接产生的烟雾排放(WHO.2000;Langard, 1994;Danielsen et al.，1993)和车辆制动衬里和轮胎的磨损(Sadasivan and Negi,1900;Hopke,1980)。

然后将观测到的浓度与国家环境空气质量标准(NAAQS, 2009)进行比较(图7-9)。测得的Ni浓度为0.06µg/ m^3.)均高于NAAQS限定浓度(0.02µg/m)^3.)，而砷和铅的测量浓度为4.320纳克/米^3.0.380µg/ m^3.均明显低于NAAQS浓度6.0 ng/m^3.1.0µg/m^3.分别。

图7:与2009年NAAQS相比，铅的状况 点击此处查看图

图8:2009年与NAAQS比较的Ni状况 点击此处查看图

图9:与2009年NAAQS的比较 点击此处查看图

结论

研究表明，由于Jharia煤田有关露天矿的各种采矿活动，产生了相当数量的颗粒物。测量的颗粒物(SPM, PM)浓度₁₀和点_2．5)超过了2009年NAAQS和2000年CMS的标准。重金属中，由于汽车尾气排放、汽车发动机部件磨损等原因，观察到Ni浓度超过NAAQS限值。然而，砷和铅的浓度被发现在允许的限度内。微量金属浓度依次为Fe> Cu> Mn> Cr> Zn> Pb>Ni>Cd> as。由于缺乏任何现有的指导方针，其他微量金属的浓度无法进行比较。

鸣谢

作者要感谢印度矿业学院环境科学与工程系为开展本研究提供了必要的设施。我们也感谢巴拉特焦煤有限公司的支持和鼓励。

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