摘要
随着煤炭行业“去产能化”以及“碳中和、碳达峰”目标要求，我国关闭煤矿数量逐年增加。关闭煤矿地下水多呈高铁（Fe）污染特征，胶体在地下水中广泛存在，因其巨大的比表面积和吸附位点，能吸附携带地下水中重金属，影响重金属及其他污染物在地下水中的迁移转化。 本文通过在关闭煤矿区现场采集地下水样品，分析关闭矿区的地下水特征和水化学类型；提取地下水中胶体，通过扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱（EDS）分析胶体形态、成分，通过重量法计算胶体含量。同时，选取以SiO2为代表的无机胶体、腐殖酸为代表的有机胶体，以及腐殖酸-SiO2的复合胶体，综合考虑研究区地下水化学条件，探讨不同水化学条件对与Fe共存的胶体的流体动力学直径和Zeta电位的影响。以石英砂为试验介质，通过室内实验模拟不同水化学条件和水动力条件下，胶体协同Fe在含水层中的吸附和迁移规律，分析不同影响因素条件下，胶体协同Fe在介质中的迁移行为。主要结论如下： （1）研究区水样中Fe含量总体偏高；其来源是煤系地层中含铁矿物的溶解以及矿井关闭后残留在巷道内的铁构筑物。研究区地下水pH值为7.35~8.33，水中阴离子以是HCO3-、SO42-为主，阳离子以Ca2+、Mg2+和Na+为主；TDS含量与主要离子含量以及电导率有一定相关性。矿区内地下水水化学类型主要为Ca-SO4，100KDa~0.45μm粒径范围内的胶体以有机胶体为主，胶体形状较不规则，浓度在67~116mg/L之间。 （2）不同水化学条件下，与Fe共存的胶体的理化性质不同。不同类型胶体与Fe共存时，其流体动力学直径有差异，粒径由小到大顺序为：SiO2胶体、腐殖酸胶体、复合胶体。随着离子强度增加，与Fe共存的三种类型胶体的粒径均逐渐增大。Ca2+对悬浮液胶体粒径的影响大于Na+。SiO2胶体与Fe共存时，悬浮液的Zeta电位随着胶体浓度的增大而减小，而腐殖酸胶体及复合胶体与Fe共存时，悬浮液的Zeta电位随着胶体浓度增加而增加。随着离子强度的增加，与Fe共存的胶体悬浮液Zeta电位的绝对值均趋近0，悬浮液趋于不稳定状态。 （3）不同水化学条件下，介质对Fe吸附量存在差异。SiO2胶体和Fe共存时，介质对Fe的吸附量低于无胶体时的吸附量；且随着胶体浓度和离子强度增加，吸附量增加。而腐殖酸胶体、复合胶体与Fe共存时，介质吸附铁的含量高于无胶体时；随着胶体浓度和离子强度增加，吸附量增加。此外，无论胶体是否存在，随着离子强度的提高，介质对Fe的吸附量均增加。 （4）不同水化学和水动力条件下，胶体协同Fe的迁移规律存在差异。SiO2胶体协同Fe迁移时，增加离子强度和降低流速，铁在介质中的迁移能力明显变弱。腐殖酸胶体协同铁迁移时，离子强度和流速增加时，铁的迁移能力提高。当复合胶体协同铁迁移时，离子强度和流速提高，铁的迁移能力提高，但流速对迁移的影响较小。相同水化学和水动力条件下，SiO2胶体协同Fe迁移能力最强，复合胶体次之，腐殖酸胶体最弱。
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