Science of the Total Environment：任叶叶、曹星星等 | 酸性矿山排水污染岩溶河流中次生矿物形成及其对元素迁移的影响

酸性矿山排水（Acid mine drainage, AMD）是全球重要的水环境问题，未经处理而直接排放的AMD常引起受纳水体的严重污染。岩溶水是我国西南地区居民生产生活重要用水重要来源，贵州位于我国西南岩溶中心，境内大多数煤矿分布于喀斯特山区内，长期的煤矿开采活动导致区内AMD持久排放，对岩溶水水质安全构成威胁。然而，在野外条件下，AMD与岩溶河流自然普遍存在天然中和过程中，但该反应过程较快，周围环境条件复杂及陆源碎屑物质的输入，致使难以系统研究该过程中元素的地球化学行为。

基于此，贵州大学资源与环境工程学院2021级硕士研究生任叶叶在曹星星副教授指导下，通过采集贵州典型AMD和岩溶水，将二者按照不同比例混合，进而模拟因不同水文周期水量变化条件下AMD污染岩溶河流中次生矿物的形成及其对元素迁移的影响，以期明晰AMD对岩溶地表水质影响的过程与机理，亦可为岩溶水环境保护提供参考依据。

研究结果表明，在AMD和岩溶水混合过程中，当AMD比例较高时，Fe²⁺被生物氧化为Fe³⁺，然后Fe³⁺与SO₄²⁻结合形成施氏赤铁矿，矿物形貌为球形颗粒和结晶度较差的块。反之，Fe²⁺被化学氧化为Fe³⁺，Fe³⁺被水解形成Fe（OH）_3(s)和FeOOH _(s)，同时形成无定形的铝氢氧化物。

图1 沉淀物的SEM-EDS图

其次，AMD与岩溶水混合后，溶液pH值的变化和次生矿物的形成影响了元素在溶液与沉积物之间的迁移和分布，导致元素的分布不同。其中，施氏矿物对Mn、Cr、Cu和As有较强的吸附和共沉淀作用，但对稀土元素的吸附或共沉淀作用受到抑制。稀土元素更易被无定形铝氢氧化物吸附或共沉淀。

图2 沉淀物中元素相关性的热图。**表示相关性在0.01水平上显著。*表示相关性在0.05水平上显著

图3 AMD污染岩溶河流中次生矿物形成过程及其对元素迁移影响的概念模型

相关研究成果在线发表于SCI一区期刊Science of the Total Environment（IF₂₀₂₃=10.753）。2021级硕士研究生任叶叶为第一作者，曹星星副教授为通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160076