当前世界环境

介绍

在过去的十年里，快速的城市化和工业发展引起了人们对环境的严重关注。¹在过去的几十年里，由于快速的工业化和人口的增加，对淡水的需求产生了巨大的压力。^2，3水质对促进农业生产和提高人体健康水平具有重要作用。水质在很大程度上取决于水的预期用途，因此不同的用途需要不同的水质评估准则，以及报告和比较水质分析结果的标准方法。^4、5水质分析和统计方法对于评估水质和传达有关整体水质的信息非常有用和有效。^14-28

采矿威胁着印度许多地区地表水和地下水资源的质量和数量。^6-13矿区的水污染主要是由于覆盖层排土场、地表蓄水池、矿井水、工业废水、酸性矿井水、尾矿库等。²采矿对自然水环境的影响可以在矿山的整个生命周期中观察到，甚至在矿山关闭后很长一段时间内也可以观察到。²⁹在露天和地下采煤作业中，大量的水可以从含水层释放出来。煤炭或矿山废物中即使只有几个重量百分比的硫化物矿物也有可能产生酸性条件并造成严重的环境退化。^30.印度的煤炭开采活动始于几十年前，从那时起地下水就受到了影响。随着煤矿的开采，矿区周围大量的工业废弃物和覆盖层堆积场产生的渗滤液可能会进入地下水，并可能对其质量产生不利影响。⁸一些研究报告说，人为活动可以通过引入污染物对水质产生不利影响。^31、32煤炭对一个国家的经济增长具有较高的重要性。印度的采矿业是一项重要的经济活动，对国家经济做出了重大贡献。采矿业对GDP的贡献仅从2.2%到2.5%不等，但从整个工业部门的GDP来看，它的贡献约为10%到11%。³³巴拉特炼焦煤有限公司(BCCL)是印度政府旗下印度煤炭有限公司的子公司，是印度主要的煤炭开采公司，也是印度唯一的优质炼焦煤生产商。它在Jharia煤田(JCF)运营，这是印度最古老和重要的煤田之一，开采已有125年以上的历史。³³矿井水的质量取决于一系列的地质、水文和采矿条件，这些条件因矿井而异。^29日,37排放的矿井水的污染物浓度差别很大，在某些情况下甚至可以达到饮用水标准。¹²很多时候，排放的矿井水本身是不能使用的，可能含有不可接受的重金属、有毒阴离子、有机和生物污染物。^8、7Jharia煤田长期以来的不科学开发造成了环境问题，包括水资源枯竭和污染。^{6日,13日,21日34-36}近年来，印度的许多研究人员对该国矿区的关键环境参数表现出浓厚的兴趣。^{53 - 61 9, 20日}

研究区可利用的矿山水资源经处理后可用于灌溉、工业甚至饮用水。这不仅可以解决该地区的水资源短缺问题，而且有助于控制水污染威胁。在这种背景下，有人指出，需要进行适当的研究，以评估/评价这一巨大的矿井水，发展适当的技术以确定其适用性，并为社会利用这些水，从而变废为宝。为此，在研究区Damoda地下、Phularitand地下10煤层、Jogidih Adarsh矿区、Kharkhari 16煤层、Shatabadi露天项目(OCP)、Muraidih OCP、Jamunia OCP等不同矿山采集样本，对矿山饮用水和生活用水水质进行定性评价。

研究区域

研究区位于Jharia煤田西部，以北纬23º42´N ~ 23º49´N，东经86º08´E ~ 86º19´E为界(图1)。Jharia煤田自西向东呈镰刀状伸展。Jharia煤田(JCF)是印度最大、开发最广泛的煤田，已经开采了一个多世纪。它是印度唯一的炼焦煤储存库。它位于加尔各答西北约260公里处，位于达摩达尔山谷的中心，主要沿着这条河的北部。煤田位于丹巴德地区，位于东北边缘。该煤田以位于该煤田东部的主要采矿中心Jharia命名。田地大致呈镰刀状，其较长的轴线从西北走向东南。煤盆地东西向长约8公里，南北向长约18公里。这里的气候是典型的季风型，最多降水发生在6月至9月。在夏季(4月至6月)，气温高达48华氏度^°C.夏季最低温度在20度左右^°C.冬天(11月到次年2月)很冷，气温下降到6摄氏度^°C.最大比例的风吹在西部。季风在6月中断，一直持续到10月。该地区的平均降雨量为1272毫米。录得的最高雨量是一九九七年的1851毫米，最低雨量则是二零零四年的744毫米。⁴¹

图1:研究区域位置图 点击此处查看图

研究区地质

地质上主要特征为大煤盆地，中间有结晶岩。Dharwar和后Dharwar时期的古岩石类型构成了下gondwana组由煤层和砂岩组成的沉积地层的基底岩。³⁸该地区具有重要的意义，因为它拥有大量的下冈瓦纳煤储量，分布在Jharia和Chandrapura煤田以及Barakar系列煤田，这些煤田延伸到西孟加拉邦的Raniganj煤田。Jharia煤田盆地的主轴沿西-北-西-东-东南方向运行，并逐渐向西逐渐消失，可以通过沿Jamunia河的Raniganj地层的倾角看到。这条轴线既不是笔直的，也不是简单的弯曲，而是由于可能来自东向西的力而产生波纹。Jharia煤田是在达摩达尔河流域沉积矿床中形成的。地质层序为基底变质岩，上覆Talchir组，上覆Barakar组。^39、40Barakar组是主要的含煤层段。在人口密度高的地方，采矿仍然采用地下方法。它位于煤田中南部，由于贫瘠措施层厚，大多数矿井都在地下，是Jharia煤田最上层的含煤层序。该措施位于煤田的西南部分。Jharia煤田的详细地质情况如图2所示。

图2:Jharia煤田地质 点击此处查看图

材料与方法

为了评价西贾里亚煤田地区的矿井水质，在2013年季风季节进行了系统采样分析。从研究区不同矿井采集了18个具有代表性的矿井水样。其中，13个来自地下煤矿，5个来自OCP (Open Cast Project)煤矿(表1和图3)。矿井水样采集于1 L预洗窄口高密度聚乙烯瓶中。采集样品后立即使用便携式多参数测试仪35系列测量水质参数，如pH值、温度和电导率。对于其他参数，如主要阳离子(Ca^{2 +}、镁^{2 +}, Na⁺和K⁺)和主要阴离子(F^-, Cl^-, HCO_3.^-,所以₄^2－也没有_3.^-)，样品被适当地保存并送到实验室，在那里根据水和废水检测的标准方法进行详细的分析。⁴²表1和图3显示了采样位置及其经纬度的详细信息。

表1:研究区域取样地点详情。

图3:研究区域的采样位置图 点击此处查看图

结果与讨论

矿井水化学

将研究区水样的水化学特征和水样分析结果的统计摘要与世界卫生组织(WHO1997)和印度标准局(BIS 1991)推荐的饮用水和公共卫生标准指导值进行了比较(表2和表3)。研究区水样的pH值范围为6.8至8.3。phulariti和10煤层的pH值最小，分别为6.8和8.3。Jogidih 5、6、7地下和Bhuringia煤矿。研究区矿井水的EC值在608 ~ 1350µS cm-之间¹平均值为1080µS cm-¹．在Jharia西部煤田Jamunia OCP观测到的电导率最大值较高。研究区矿井水中总溶解固形物(TDS)浓度为432 ~ 1080 mg l¹其平均值为838毫克/升¹．TDS值的差异可归因于该区域地质构造、水文过程和普遍采矿条件的变化。²⁵在地下矿井的情况下，地下矿坑和水泵排放的水样中TDS和EC值的差异不太显著，除了少数地点。重碳酸盐(HCO_3.^-)和硫酸盐(SO₄^{2 -)}是这些矿井水中的主要阴离子，氯化物(Cl^-)、硝酸盐(NO_3.^-)和氟(F^-）.矿井水中阴离子丰度的顺序为HCO_3.^->所以₄^2－> Cl^->没有_3.^-> F^-．HCO浓度_3.^-从187毫克升¹到571毫克升¹，平均HCO_3.^-浓度为336 mg L¹．HCO3^-是Hantudih、Bhurungia煤矿和Lohapatti煤矿所在地最主要的阴离子。硫酸盐浓度从21毫克升到498毫克升不等¹平均值为253毫克升¹．ii区块OCP、Hantudih、Phularitand 10煤层UG、Jogidih 5、6、7煤层UG、Kharkhari UG、Mahesh pur 9 top、Titulia煤矿、Lohapatti煤矿、Bhurungia煤矿矿点矿井水的硫酸盐浓度变化值较大。水中的硫酸盐通常来自含硫化物矿物如黄铁矿(FeS)的氧化风化作用₂)、石膏(CaSO)₄．2 h₂O)和硬石膏(CaSO)₄）.贾里亚煤含硫量低;通常含硫量小于1%。然而，矿物黄铁矿(FeS)₂)作为次生矿物存在于这些煤和伴生沉积物中。⁴⁰硫酸盐会产生臭味并腐蚀下水道，因为它会转化为硫化氢。它还可能导致配电系统中的金属腐蚀，特别是在低碱度的水中。分析样本中的氯化物浓度在10.3至64.8毫克升之间¹平均值为33.7 mg L¹．氯化物在普通岩石类型中的浓度低于天然水的任何其他主要成分。据推测，水中的大部分氯化物主要来自岩盐、浪花、盐水和温泉。氯化物浓度异常可能是人为来源造成的，包括农业径流、家庭和工业废物以及土壤中盐残的浸出。大的横向变化在Cl^-在一些矿井水样中，浓度和观察到的高值表明当地的补给，可能是由于未经处理的工业和采矿废物的污染。NO浓度_3.^-从0.8到40.5毫克升¹平均浓度为12.5 mg L¹．硝酸盐的主要来源是生物固定、大气降水、化肥施用和工业污水。⁴⁴在矿区使用炸药也可能是矿井水中硝酸盐的一个可能来源。样品中氟化物的浓度为0.41至2.21毫克升¹平均为0.9 mg L¹．一般来说，F的浓度^-与其他阴离子相比，是很低的。高F^-这些样品中的值可能是由于含氟矿物如黑云母、白云母、萤石和磷灰石的风化作用，这些矿物作为副矿物出现在该地区的花岗岩、花岗片麻岩和侵入岩中。高浓度的氟化物会导致牙齿和骨骼氟中毒，如牙齿斑驳、韧带变形和脊髓弯曲。¹⁵除了少数样品，F的浓度^-未超过规定的限量。

在主要阳离子中，镁是主要离子，平均占总阳离子的37%。钙离子和钠离子次之，分别平均占总阳离子的34%和26%。钾是最不占优势的阳离子，占总阳离子的3%(图3b)。矿井水中阳离子丰度的大小顺序为Mg^{2 +}> Ca^{2 +}> Na⁺> K⁺．Ca浓度^{2 +}在样品中的最小值为24.1 mg L¹最高可达133毫克升¹平均为68.2毫克升¹．地下4区块3煤层、地下Phularitand 10煤层、Maheshpur 9煤层和Chatabad 4煤层值较高。Mg浓度^{2 +}在16.9到123毫克升之间¹平均为73毫克升¹．Ca浓度^{2 +}和毫克^{2 +}超过75毫克/升的理想限量¹30mg L¹在50%和78%的矿井水样中。钙和镁的存在使水变硬⁺和K⁺在水系中主要来源于大气沉积;蒸发溶解和硅酸盐风化。⁴⁵钠长石、钙长石、正长石等风化硅酸盐可能是钠的来源矿物⁺和K⁺在目前的研究领域。^46、47Na的蒸发结壳⁺/ K⁺达摩达尔河在干湿循环过程中产生的盐分形成了碱性/盐渍化土壤，这也可能是Na的来源⁺和K⁺．⁴⁸总硬度(TH)是由于溶液中存在碱土而引起的。根据硬度，水可分为软水(<75 mg L)¹)，中等硬度(75 - 150mg L¹)，硬(150-300 mg L¹)，非常硬(>300 mg L¹水(索耶和麦卡蒂1967年第49页)。所分析样品的硬度从135到738毫克升不等¹(平均468毫克升¹)，表明研究区域的水属于中硬到非常硬的类型。数据表明，33%的矿井水样TH值高于300 mg L的理想限值¹， 40%的样品超过600毫克升的最大允许限量¹．⁴³硬度对健康没有已知的不利影响，但它可以防止肥皂形成泡沫并提高水的沸点。高TH值会引起碳酸钙的沉淀和供水配水系统的结壳。长期饮用极硬的水可能会导致尿石症、无脑儿、父母死亡率、某些类型的癌症和心血管疾病的发病率增加。^50岁的51

表2研究区矿井水样水化学特征 点击这里查看表格

表3:与1997年卫生组织规定的饮用水限值和1991年印度BIS标准进行比较的矿井水中测量参数的统计摘要．

所有浓度单位是mg L¹pH和EC(µS cm-)除外¹）

结论

Jharia煤田矿井水性质为微酸性至碱性。矿井水的化学成分以镁为主^{2 +}和Ca^{2 +}和HCO_3.^-所以₄^2－．在大多数样品中，分析的参数都在理想的范围内。而EC、TDS、SO浓度较高₄^2－和一些矿井水样中的TH使其不适合饮用。结果表明，研究区矿井水的化学成分主要受岩石风化作用的控制，采矿源的影响较小。矿区的水造成了一系列操作和稳定性问题，需要在处理和消毒后制定有效的饮用水管理战略。

确认

作者感谢印度矿业学院院长D. C. Panigarhi教授的大力支持，并衷心感谢印度矿业学院环境科学与工程系主任在论文编写过程中的精神支持和建议。我们也感谢实验室成员的支持和鼓励。

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