地下水污染监测与防治技术研究进展

摘要：随着煤炭开采活动的日益频繁，煤矿开采引发的地下水污染问题愈发突出，严重威胁着区域生态环境与水资源安全。本文围绕与煤矿相关性大的地下水污染监测与防治技术展开综述，阐述了煤矿开采导致地下水污染的机制及危害，详细介绍了当前主流的地下水污染监测技术，包括传统监测手段与新兴的传感器监测、同位素示踪监测等技术的原理与应用；梳理分析了物理、化学、生物防治技术的研究进展，探讨其优势与局限性；并结合前沿技术发展趋势，对未来煤矿区地下水污染监测与防治技术的发展方向做出展望，旨在为煤矿区地下水环境保护提供理论与技术参考。

关键词：煤矿开采；地下水污染；监测技术；防治技术

一、引言

煤炭作为我国主要的能源资源，长期支撑着国民经济的高速发展。然而，煤矿开采过程是一个对地质环境扰动极大的过程，其中地下水污染问题尤为严峻。煤矿开采致使含水层结构破坏、矿井水外排、煤矸石淋滤等，大量有害物质进入地下水体，不仅影响周边居民饮水安全，还制约当地农业、生态旅游业等产业的可持续发展。因此，深入研究与煤矿相关的地下水污染监测与防治技术，意义重大且迫在眉睫。

二、煤矿开采致地下水污染机制及危害

（一）含水层结构破坏

煤矿开采，尤其是地下开采，会造成大面积采空区，引发上覆岩层垮塌、断裂，破坏含水层原有的连续性与隔水性能。地下水径流路径被打乱，部分含水层间发生水力联系紊乱，使得原本封闭、水质优良的含水层遭受污染，优质水资源量锐减。

（二）矿井水外排

矿井开采过程中会涌出大量矿井水，其成分复杂，含有煤屑、岩石碎屑、重金属（如铁、锰、铅、锌等）以及硫酸盐、氯化物等溶解性盐类。未经有效处理的矿井水直接外排，会将这些污染物带入周边地表水体及浅层地下水，扩散污染范围，降低区域地下水水质。

（三）煤矸石淋滤

煤矸石是煤炭开采与选煤过程中产生的固体废弃物，富含硫化物、重金属等有害物质。在雨水淋溶作用下，这些物质会逐渐溶出，形成酸性淋滤液，渗入地下后污染地下水，改变地下水的酸碱度，毒害水生生物，影响地下水生态系统平衡。

三、地下水污染监测技术

（一）传统监测技术

1.地下水水位与水质手工监测

这是最为基础的监测方式，通过在监测区域布置监测井，定期人工采集水样，现场或带回实验室测定水位、水温、pH 值、溶解氧、各类离子浓度等参数。该方法操作简单、成本较低，但监测频率有限，数据时效性差，难以捕捉地下水水质的突发变化。

2.地球物理勘探监测

利用电法、地震法、重力法等地球物理手段，探测地下含水层结构、岩性变化以及地下水污染晕的分布情况。例如，电法勘探依据不同介质导电性差异，识别污染区域的高电导率异常，初步圈定地下水污染范围，但地球物理方法多为间接探测，结果解释存在一定主观性。

（二）现代传感器监测技术

1.在线水质传感器

随着物联网技术发展，在线水质传感器得以广泛应用。传感器可实时监测水中化学需氧量（COD）、氨氮、重金属离子等关键指标，并将数据无线传输至监测平台。其优势在于数据实时性强、监测频率高，能及时预警地下水污染突发事件，但设备购置与维护成本较高，传感器稳定性与精度有待提升。

2.光纤传感器

光纤传感器利用光纤的光学特性对水中物质浓度变化做出响应，如基于荧光猝灭原理检测水中溶解氧，或是利用表面等离子共振效应监测重金属。光纤传感器抗电磁干扰能力强、灵敏度高，适合在煤矿复杂电磁环境下使用，不过光纤铺设与后期校准较为复杂。

（三）同位素示踪监测技术

同位素示踪是利用某些元素的稳定同位素或放射性同位素在地下水中的分布特征，追踪污染物来源、运移路径与迁移速度。例如，利用氢、氧同位素确定地下水补给来源；借助镭、铀等放射性同位素追踪矿井水污染扩散范围。该技术精准度高，但同位素分析设备昂贵，操作技术要求高，限制了其大规模应用。

四、地下水污染防治技术

（一）物理防治技术

1.地下水隔离与帷幕灌浆

针对煤矿采空区周边易污染区域，采用帷幕灌浆技术，注入水泥、黏土等浆液，形成连续不透水的帷幕墙，阻隔污染物向周边含水层扩散。地下水隔离则是通过设置隔水层、止水帷幕等手段，切断污染通道，减少污染范围扩大，此技术工程难度较大，成本较高，需精准定位污染区域边界。

2.人工回灌

人工回灌是将处理后的地表水、雨水或中水回灌至地下含水层，补充地下水资源，调节水位，同时稀释受污染的地下水，改善水质。但回灌水源质量把控至关重要，否则易引发二次污染，且回灌过程要合理设计，防止堵塞含水层孔隙。

（二）化学防治技术

1.化学沉淀法

对于矿井水中含有的重金属离子，可采用化学沉淀法，投加石灰、氢氧化钠等碱性药剂，使重金属离子生成难溶性沉淀，通过沉淀分离去除污染物。该方法操作简单，但会产生大量沉淀污泥，后续处置成本高，处理不当易造成二次污染。

2.氧化还原法

利用氧化剂（如高锰酸钾、过氧化氢）或还原剂（如亚硫酸钠、铁粉）改变污染物的氧化还原状态，使其转化为无害或易去除的形式。例如，用高锰酸钾氧化矿井水中的低价锰离子，提升水质，但氧化剂使用量需精准控制，过量会引入新的化学物质。

（三）生物防治技术

1.微生物修复

利用特定微生物的代谢活动，降解地下水中的有机污染物，如石油类、酚类物质。通过向污染区域投加驯化培养的微生物菌剂，或是构建生物反应器，促进微生物生长繁殖，加速污染物分解。微生物修复技术环境友好、成本较低，但微生物生长受温度、pH 值等环境因素制约，修复周期长。

2.植物修复

选用耐污、吸收富集能力强的植物，如芦苇、香蒲等水生植物，通过根系吸收、吸附作用去除地下水中的污染物，同时植物根系分泌物有助于改善土壤及含水层微环境。不过植物修复效率相对较低，适用范围有限，需结合当地土壤、气候条件选用合适植物。

五、结论与展望

煤矿开采引发的地下水污染问题是一个综合性环境难题，当前虽已拥有一系列监测与防治技术，但各技术仍存在不足之处。未来，随着科技的飞速发展，地下水污染监测与防治技术有望迎来重大突破。一方面，大数据、人工智能技术将深度融入监测领域，实现多源数据融合分析，精准预测地下水污染趋势；另一方面，纳米技术、基因编辑技术等前沿科技将助力防治技术革新，提高污染物去除效率、缩短修复周期。此外，跨学科合作研究将愈发重要，整合地质学、水文学、环境科学、生物技术等多学科优势，攻克煤矿区地下水污染难题，实现煤炭资源开发与环境保护的协调发展，守护好地下水资源生态环境。

在实际应用层面，煤矿企业需强化环保意识，加大环保投入，严格落实地下水污染监测与防治措施；监管部门应完善法规政策，加强执法力度，督促企业合规开采煤炭资源；科研机构要持续攻关技术瓶颈，研发高效、经济、实用的监测与防治新技术，多方合力，共同应对煤矿区地下水污染挑战。

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