环保光催化：利用水生植物合成含有NGO和BGO的BaO复合材料，用于染料和药物的降解

《Journal of the Indian Chemical Society》：Eco-Friendly Photocatalysis: BaO Composites with NGO and BGO Synthesized using Hydrophyte for Dye and Drug Degradation.

盐矿废水滞留塘底泥矿物学与地球化学特征研究。通过SEM-EDS、XRD及水化学分析，揭示Mg方解石、Sr方解石等次生矿物（占比94%）的沉淀-溶解机制与生物化学过程主导的水质调控作用，探讨其对河流生态系统的潜在影响。

　　

Tadeusz Molenda|Beata Smieja-Król|Monika Rzodkiewicz

摘要

本研究探讨了上西里西亚煤田煤矿排放的咸水在蓄水池底部沉积物的矿物学和地球化学特性。研究旨在识别与湖泊生物化学过程相关的沉淀-溶解反应，并评估这些反应对水质和沉积物反应性的影响。通过扫描电子显微镜-能量色散谱（SEM-EDS）和X射线衍射（XRD）分析沉积物样本，并结合对水和沉积物的化学分析。矿井水的盐度极高，钠（Na）浓度可达11,500毫克/升（mg/l），氯（Cl）浓度可达25,000毫克/升（mg/l）。水的硬度（以碳酸钙CaCO₃计）介于1,010至8,540毫克/升之间。研究发现了多种次生矿物，这些矿物占据了沉积物的重要部分（结晶相占比高达94%），同时还有来自矿山的碎屑颗粒。这些矿物的分布在不同排放区域（三角洲）和较深的蓄水区存在差异。主要的次生矿物包括镁方解石（MgCO₃含量为2.7–8.3摩尔%）、锶文石（SrCO₃含量为1.2–2.5摩尔%）、重晶石、球状黄铁矿以及以硅藻壳形式存在的无定形二氧化硅。咸水中的硅藻种类（如Pleurosigma elongatum、Halamphora coffeaformis和Navicula salinarum）表明水质对生物多样性和沉积物组成有重要影响。矿物组合反映了矿井水的化学性质以及生物过程，而这些过程又受到蓄水池几何形状（如深度、停留时间和水流）和季节性气候条件的调控。次生矿物的沉淀改变了水的成分，降低了硬度，增加了Mg与Ca的比例，并影响了进入河流系统的悬浮物质的反应性。这些（生物）地球化学变化可能影响营养物质和微量元素的迁移性和生物可利用性。这些与气候相关的动态过程需要进一步研究。

引言

地下煤炭开采会导致大量矿井水的抽取和排放，这种矿井水在化学成分上与地表淡水不同（Banks等人，2002年；Cao等人，2022年；Gombert等人，2019年）。上西里西亚煤田（USCB）排放的矿井水呈中性至碱性，含有极高的无机溶解固体负荷，主要是氯化物和硫酸盐离子，同时还含有大量的碱金属阳离子（Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）（Gzyl等人，2017年）。2022年，排放的咸水总量（平均含Cl^? + SO₄^2?负荷为10.8千克/立方米）达到了约1.32亿立方米（GUS，2023年）。这些咸水导致中欧两条主要河流（维斯瓦河和奥得河）的盐碱化，对整个水生生物群的多样性和丰富度产生了负面影响（Halabowski和Lewin，2021年；Moyano Salcedo等人，2024年）。2022年奥得河发生的鱼类及其他野生动物大规模死亡事件就是淡水盐碱化的典型后果（Ruman等人，2024年；Sobieraj和Metelski，2023年）。这一事件凸显了了解受矿井影响的流域中咸水滞留过程的紧迫性。

大型蓄水池是USCB地区限制咸水对环境负面影响、保持地表水质符合标准的主要解决方案。这些蓄水池在下游河流水位较低时储存咸水，在水位较高时将其释放。除了新建的蓄水池外，一些蓄水池是由露天矿坑或旧鱼塘改造而来的（Molenda，2018年）。即使停止排放咸水后，这些蓄水池仍会保持特殊的水质特征，例如长期分层（Molenda，2014年）。

除了储存和稀释盐水外，这些蓄水池还能通过物理方式去除矿井水中的悬浮固体。悬浮颗粒的浓度范围从几毫克/升到几百毫克/升不等（Molenda，2011年）。靠近矿井排水口的粗颗粒沉积形成了三角洲，这部分区域会周期性地露出水面。

当矿井水排放到地表后，条件的变化会引发各种物理和化学过程，可能导致矿物沉淀。这些过程包括蒸发、还原态物质的氧化、pH值和氧化还原电位的改变、絮凝或凝结（Wolkersdorfer和Mugova，2022年）。沉淀作用会影响水的浊度、化学成分、营养物质的可用性以及潜在有毒元素的分布。大多数研究集中在受酸性煤矿排水影响的区域形成的固体上（Kim等人，2003年；Peretyazhko等人，2009年）。沉淀物主要由铁的氧氢氧化物和硫酸盐矿物组成，形成赭色沉积物（Gombert等人，2019年；Kairies等人，2005年；Marcello等人，2008年）。相比之下，碱性咸水排放的研究较少，仅有少数研究提到矿物沉淀现象（Bedná?等人，2024年；Mayo等人，2000年；V?r??等人，2021年），尽管这些咸水含有高浓度的总溶解固体并对地表水生态系统有明显影响（Bier等人，2015年；Ca?edo-Argüelles等人，2016年；Timpano等人，2015年）。据我们所知，这是首次针对温带气候下咸水矿井蓄水池中矿物沉淀和沉积物积累进行的系统研究。

本研究重点探讨了咸水矿井蓄水池中三角洲沉积物和底部沉积物的化学及矿物组成，特别是次生相的沉淀过程。主要目的是通过整合矿物学数据和水质信息来揭示控制矿物形成的机制。研究假设认为，蓄水池内的生物化学过程是控制沉淀的主要因素，其作用超过了纯粹的化学因素。最后，本研究还讨论了矿物沉淀的生态意义，特别是对这些受蓄水池影响的河流可能产生的影响。

研究地点描述

研究地点

图1显示了所分析水体在上西里西亚煤田（USCB）中的位置。本研究选取了三个正在运行的咸水蓄水池、两个已停止接收矿井水的非运行蓄水池以及三个参考水体（表1）。位于USCB南部的BRZ蓄水池已运行45年，具有最大的蓄水能力（1,156,000立方米）。该蓄水池的供水来源为

物理化学水质参数

蓄水池的水质呈中性至微碱性（平均pH值在7.1–8.0之间），含有极高的钠（Na）和氯（Cl）离子浓度（分别为1,420–11,510毫克/升和2,280–24,750毫克/升，表2）。矿井水的另一个特点是钙（Ca）和镁（Mg）离子含量也较高（表2）。对于正在运行的咸水蓄水池，水的硬度（以碳酸钙CaCO₃计）介于1,010至2,770毫克/升之间，其中SIL蓄水池的水质尤为坚硬，硬度达到8,540毫克/升（以CaCO₃计）。

矿井水蓄水池中的次生矿物组合

研究表明，除了与矿山开采相关的碎屑物质重力沉降外，这些蓄水池还发生了多种生物化学反应，形成了多种次生矿物相。与人工建造的参考蓄水池（MO和GR）和天然形成的参考蓄水池（BO）相比，咸水蓄水池中的沉积物矿物组成有显著差异。

USCB地区咸水蓄水池特有的次生矿物组合

结论

咸水蓄水池中的沉积物由来自矿山作业的碎屑矿物（石英、粘土矿物、白云石和煤颗粒）以及在蓄水池中通过生物和非生物过程形成的次生矿物（方解石、文石、重晶石、黄铁矿、无定形铁氢氧化物、钙铁碳酸盐和生物源二氧化硅）组成。因此，除了稀释盐水和沉淀悬浮固体这一主要功能外，

CRediT作者贡献声明

Tadeusz Molenda：撰写初稿、方法论设计、实验实施、概念框架构建。Beata Smieja-Król：审稿与编辑、撰写初稿、方法论设计、实验实施。Monika Rzodkiewicz：撰写初稿、实验实施。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。