煤矸石充填土壤中多环芳烃的迁移规律研究

(
１
山西大同大学煤炭工程学院,山西省大同市,０３７００３;
２
山西大同大学建筑与测绘工程学院,山西省大同市,０３７００３;
３
同煤集团忻州窑煤矿,山西省大同市,０３７００１)
摘 要 研究了煤矸石在不同埋藏时间和覆土深度过程中所含多环芳烃 (
PAHs) 的迁
移规律.研究结果表明,煤矸石所含多环芳烃随着埋藏时间和覆土深度的增加呈现出逐渐减
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由表 １ 可以看出,新鲜煤矸石抽提出了除苊和
二氢苊以外的 其 他 １４ 种 优 控 PAHs, 这 可 能 是 由
于同煤集团忻州窑煤矿煤矸石中不含这 ２ 种 PAHs
７３
健康造成危害 [３－４].
近年来,作为一种新型煤矸石山处理方法,煤
谱联用仪 (
GCＧMS) 测 定 芳 烃 物 质 中 优 控 多 环 芳
烃的种类和含量,从而获得多环芳烃在复垦土壤中
矸石会被作为充填基质,覆盖一定厚度的黄土重构
的迁移规律,该研究结果将为煤矸石的土壤重构和
土壤,从而减少地表沉陷,也可降低煤矸石占用土
中图分类号 TD８４９ 文献标识码 A
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少的趋势,当埋藏时间达到 １０a 时,除 了 少 量 菲 以 外,基 本 上 全 部 迁 移 到 周 围 土 壤 中; 煤
矸石中多环芳烃的迁移速率变化为中分子量物质 ＜ 小分子量物质 ＜ 高分子量物质;在淋溶作
用下,埋藏时间对优控 PAHs迁移的影响与埋藏深度的增加相比对迁移的影响更大.
关键词 煤矸石 复垦土壤 多环芳烃 迁移规律
质配置而成.
２ 结果与讨论
２
１ 不同埋藏时间和深度煤矸石中的 PAHs 种类
含量分析
对煤矸 石 进 行 索 氏 提 取 法 提 取 的 EPA 优 控
PAHs含量分析见表 １.
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中国煤炭第 ４６ 卷第 ７ 期 ２０２０ 年 ７ 月
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１２
矿区生态环境修复提供技术参考.
地以及二次污染.然而,煤矸石作为充填基质,可
能会对浅层地下水造成污染.针对这一问题,许多
学者开展 了 广 泛 研 究, 如 采 用 淋 溶 柱 模 拟 酸 雨 动
态、静态或浸泡的方式对煤矸石中化学物质进行浸
出试验,揭示重构土壤中重金属及有机污染物的迁
移规律,特别是研究有害无机物质的含量,迁移转
存 [１－２].煤矸石长期堆放容易发生一系列物理化学
变化,导致煤矸石中有毒有害物质析出,这些物质
基金项目:山西省教育厅科技处项目 (
２０１７１６４),大同市应用基础研究计划项目 (
２０１７１２８)
煤矸石充填土壤中多环芳烃的迁移规律研究
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化规律 及 其 环 境 效 应
.李娟娟等研究人员发
[
５－１５]
现重构土壤所种植的农作物,普遍遭受了重金属污
染
;董雯红等研究人员发现重构土壤表层覆土 ０
[
１６]
~２０cm 内,锌 (
Zn)含量明显增高,覆 土 ４０cm
处铜 (
Cu)和 Zn 含量也明显增高,而小麦根 系 中
重金属含量在 ２ 种充填重构土壤 中 的 区 别 较 小
１
２ 试验方法
每个煤矸石样品取５０g,以二氯甲烷 (分析纯
量的有害无机物,造成环境污染.而对于煤矸石重
(
５~６ 片), 抽 提 物 内 加 入 无 水 碳 酸 钠 脱 除 所 含 水
分,经旋转蒸发仪 浓 缩 定 容 至 １ mL, 再 经 过１∶２
过程中经过一定时间的淋溶,会向土壤中释放一定
构土壤中有害有机污染物的分布赋存及迁移特征等
或其含量低于检测上限所造成的.新鲜煤矸石抽提
出的菲和 蒽 含 量 占 到 总 PAHs 含 量 的 ４０
４％ , 说
明该煤矸 石 中 这 ２ 种 PAHs 含 量 较 高, 可 能 与 该
★ 洁净利用与深加工 ★
引用格式:乔元栋,罗化峰,宁掌玄, 等 煤 矸 石 充 填 土 壤 中 多 环 芳 烃 的 迁 移 规 律 研 究 [
J] 中 国 煤 炭,２０２０,４６
(
７):７３－７８

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的易挥发、迁移、长期积累的有机烃类污染物 (主
要是 PAHs 类) 对 周 围 土 壤 的 影 响 尚 未 展 开 系 统
地研究.笔者从排矸覆土法治理后的煤矸石山采集
了不同覆土深度和埋藏时间的煤矸石,利用索氏抽
提法抽提出其中的有机物,并通过柱层析法富集抽
提物中美国 国 家 环 保 局 (
USEPA,简 称 EPA) 规
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７):７３－７８

煤矸石充填土壤中多环芳烃的迁移规律研究
乔元栋１ 罗化峰１ 宁掌玄１ 程虹铭１ 冯美生２ 郭飞龙３
方面的研究则相对较少,然而有机污染物对人体有
致癌和致变隐患,其中芳烃物质对人体的危害首当
其冲,所以研究煤矸石重构土壤中芳烃的分布和迁
移规律,具 有 重 要 意 义. 高 波
[
１９]
研究了关闭煤矿
井下多环芳烃的迁移规律及生物降解机理,结果表
明在模拟 关 闭 煤 矿 缺 氧Ｇ避 光 条 件 下, 煤 和 煤 矸 石
Ｇ
１０００ 和镁 (Mg). 将 样 品 破 碎 研 磨 至 ２００ 目 左
右,在 ２００℃ 下烘干 ２h 后装入密封袋中备用.
主要影响因素, 其 中 镉 (
Cd) 元 素 在 土 壤 中 的 含
量明显增多,铅 (
Pb) 和 汞 (Hg) 在 土 壤 中 的 迁
移较少,变化 较 小 [１８]. 由 此 可 见, 煤 矸 石 在 充 填
μg/g
表 １ 索氏提取法提取 EPA 优控 PAHs含量分析表
PAHs
萘
苊
二氢苊
芴
菲
蒽
荧蒽
芘
苯并 [
a] 蒽
屈
苯并 [
b] 荧蒽
苯并 [
k] 荧蒽
苯并 [
a] 芘
茚并 [
１,２,３
Ｇ
c,d]芘
二苯并 [
a,h]蒽
苯并 [
g,h,i]芘
PAHs
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中的多环芳烃将持续向地下井水中释放.
同煤集团忻州窑煤矿针对现存的占地面积为
１８
２４ 万 m 、堆存量为 ６００ 多万 t的煤矸石山 ,
按照重塑地貌、恢复植被的治理主线,采用自下而
２
[
２０]
上、推平堆积、分层碾压、黄土覆盖的排矸覆土方
法治理煤矸石山,从而实现矸石山的绿化、硬化和
美化.然而对于排矸覆土法治理后煤矸石山中所含
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至 ２５０℃ 并保 持 １０ mi
n. 载 气 为 高 纯 N２ , 进 样 方
式为不分 流, 进 样 量 为 １μL, 电 离 方 式 为 电 子 轰
击源,电能量为 ７０eV, 散 发 电 流 为 １ mA, 根 据
PAHs标准图谱和质谱数据库对检测物质做定性检
测,物质的定 量 使 用 外 标 法, 标 样 为 ９９％ 的 纯 物
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香烃和极性物质.层析柱纯化的芳香烃经旋转蒸发
仪浓缩定容至 １ mL,放 置 于 细 胞 瓶 内 储 藏 于 冰 箱
内备用.
采用 Ag
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t６８９０ 型 气 相 色 谱Ｇ质 谱 仪 进 行 分
析,色谱 柱 采 用 弹 性 石 英 毛 细 管 柱, 起 始 温 度 为
６０ ℃ ,停留 ５ mi
n 后以升 温 速 率 为 ４ ℃/mi
定的优先控制 的 １６ 种 PAHs, 利 用 气 相 色 谱 － 质
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旋转蒸发提纯)为溶剂,采用 ５００ mL 索氏抽 提 器
抽提 ２４h, 在 抽 提 器 底 部 的 平 底 烧 瓶 内 加 入 铜 片
(质量比)的氧化铝 － 硅胶层析柱分别采用正己烷、
二氯甲烷和甲醇洗涤分离出抽提物中的饱和烃、芳
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度为 ５０cm、 埋 藏 时 间 为 ５~７a 且 埋 藏 深 度 为
２００cm、埋藏时间为 １０a 且 埋 藏 深 度 为 １０００cm)
以 及 新 鲜 煤 矸 石, 样 品 编 号 分 别 为 Mg
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