高砷煤矿区水环境系统中As与Fe（氢）氧化物相互作用及其机理研究

贵州高砷煤矿区是世界上最典型的高砷煤矿地区之一。政府禁采后，众多废弃的煤窑排出的酸性矿山水未经处理即排放，给当地水土环境构成严重威胁。本项目结合贵州高砷煤矿酸性矿山排水中高As、Fe、SO42-和低pH的独特特点，应用地球化学、环境化学、胶体化学等原理以及先进的分析测试手段，研究高砷酸性矿山水中铁（氢）氧化物的形成过程、不同无机形态As在铁（氢）氧化物表面吸附/解吸作用、As与铁（氢）氧化物的同沉淀作用机理，探讨和揭示酸性高砷煤矿水中的As/Fe相互作用的地球化学行为。为更准确预测和评价高砷煤矿排水对下游水、土环境质量的影响提供科学依据。同时，对利用废水中铁（氢）氧化物来控制As污染的技术研发具有指导意义。

本项目以黔西南高砷煤矿区为研究对象，主要针对碳酸盐岩地区酸性矿山废水—沉积物体系中As和Fe含量及其形态分布特征、铁（氢）氧化物与As的赋存关系及吸附/解吸作用机制、受污染下游水—土体系中As的空间分布及体系酸化特征进行了详尽的研究。项目组先后6次开赴兴仁，进行野外调研和样品采集。除此之外，课题组还将研究领域拓展到兴义高砷煤地区。2011年，课题组开展了对贵州兴义一受高砷酸性矿山废水污染水库的研究。通过对兴仁交乐高砷煤矿山环境进行详尽、系统的研究，结果显示接受矿山排水的猫石头水库上覆水体（表层水、界面水）离子组分以Ca2+和SO42-为主，孔隙水离子组分以Fe和SO42-为主；上覆水体严重酸化，沉积物孔隙水沿垂向、以及库头至库尾方向酸化程度逐渐减弱。猫石头水库表层水As以As（Ⅴ）为主，而沉积物孔隙水As以As（Ⅲ）为主。沉积物中As主要赋存于有机和硫化物结合态、 (结晶）Fe和Al 含水氧化物结合态、以及(无定形和弱结晶）Fe和Al 含水氧化物结合态中。Schwertmannite主要存在于低pH值及其高铁和高SO42-存在的条件下，由于该矿物的高表面积及其吸附特性，水体中的砷及其它重金属被其吸附并不断转移沉积物中，导致沉积物中砷的含量增大。Schwertmannite的形成以及相对稳定的Fe矿物转化均控制着As的迁移和转化。As与Fe的相关性明显，说明砷主要赋存于铁矿物中。在还原性沉积环境中，铁矿物的还原溶解促使了As的二次释放，硫元素的循环可能一定程度上促使了砷的迁移能力。受酸性矿山废水污染的下游溪流水—土体系中，土壤中As的空间分布及其理化特征受矿山排水灌溉影响显著，且下游受污水体严重酸化。受到酸性矿山排水灌溉的影响，水田呈现酸化的趋势，水田中富集了大量的重金属。. 整体而言，该项目较好的执行了原定的研究计划，基本未对研究计划内容进行调整和变动。目前，该项目基本完成了课题的主要研究内容，并取得相关研究成果。在本项目研究过程中，已出版的6篇论文有2篇被SCI收录，一本专著待出版，另外尚有2篇论文在投稿中。