采礦廢棄物對(duì)土壤和水體的影響與處置分析

盛祝東

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 概述

采礦業(yè)就是從地下開(kāi)采具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦物或者其他物質(zhì)的活動(dòng)，開(kāi)采的部位多是礦物相對(duì)較集中的礦床，礦業(yè)開(kāi)采的物質(zhì)主要包括鋁礬土、鐵、鉆石、煤、稀有金屬、鎳、石灰石、鉛、磷、巖鹽、錫、鈾和鉬等，可以說(shuō)任何不能由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原始物質(zhì)均是由礦物提供的，廣義上說(shuō)，天然氣、石油、以至于地下水的開(kāi)采都可以算做采礦業(yè)的范疇。

采、選礦過(guò)程中排出的廢水、有毒氣體、廢石和粉塵等以及振動(dòng)和噪聲等因素，對(duì)環(huán)境、土地、水質(zhì)和大氣等造成很大危害，一直是人們較為關(guān)心的課題。各國(guó)研究環(huán)境保護(hù)問(wèn)題中進(jìn)一步提出了資源長(zhǎng)期利用的問(wèn)題，特別著眼于廢石、廢渣、廢液重復(fù)使用及破壞后土地的復(fù)用等。采用強(qiáng)制手段，采取有效措施以確保礦山的環(huán)境。

采礦廢棄物（mining waste）是在采礦過(guò)程中產(chǎn)生的非礦物和沒(méi)有工業(yè)價(jià)值的礦物。如尾礦、圍巖、矸石等。隨著采礦業(yè)的發(fā)展，采礦廢棄物日益增多，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。如一些有害元素，矸石、碎巖堆積，都是自然環(huán)境的破壞因素。礦山的廢石堆既侵占良田，又在長(zhǎng)期的風(fēng)化及雨水的淋洗下，使周邊的地下水質(zhì)變壞，特別是酸性水或含有其他稀有重金屬的污水等，污染附近環(huán)境，給居民帶來(lái)嚴(yán)重危害。

2 采礦廢棄物對(duì)環(huán)境的影響

采礦業(yè)對(duì)環(huán)境的影響主要有水土流失、礦坑造成的地面沉降、生物多樣性的破壞以及采礦過(guò)程中含化學(xué)物的廢水對(duì)地下水的污染等。現(xiàn)代很多國(guó)家對(duì)采礦業(yè)都有嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)以及恢復(fù)地表狀態(tài)的法律法規(guī)，要求采礦區(qū)域盡量恢復(fù)其原有的狀態(tài)，甚至比采礦之前的環(huán)境更好。使用以前的方法采礦、對(duì)采礦業(yè)限制不嚴(yán)格，會(huì)對(duì)環(huán)境造成無(wú)法估量的傷害，同時(shí)會(huì)影響到人類的健康。

2.1 采礦廢棄物對(duì)水體的影響

采礦業(yè)會(huì)對(duì)周邊環(huán)境以及地下水造成很大的影響，采礦后的廢棄污染物質(zhì)會(huì)集中污染大片的地區(qū)，例如煤礦可以產(chǎn)生約20多種有毒的化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)由排放水和供應(yīng)水的渠道會(huì)擴(kuò)散污染的范圍。

隨著采礦業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)絕大多數(shù)城市均不同程度地存在著比較突出的水質(zhì)問(wèn)題，大量未處理的采礦廢棄物、被污染土壤中的化學(xué)物質(zhì)、生活污水和工業(yè)廢水以及大氣沉降物不斷地排入水中，使水體沉積物和懸浮物中的重金屬含量急劇上升。對(duì)我國(guó)幾大湖泊進(jìn)行水質(zhì)調(diào)查，結(jié)果表明：近年各大湖泊中受到各種重金屬污染的趨勢(shì)不斷上升，影響到了水體的質(zhì)量。根據(jù)我國(guó)七大水系研究的結(jié)果不難看出，1995年的時(shí)候長(zhǎng)江水系中Cd的污染排在Hg、BOD、COD和揮發(fā)酚的后面；黃河水系總Cd含量超標(biāo)的達(dá)16.7%；海灤河中總Cd含量的平均超標(biāo)率在16.7%至83.9%之間；淮河干流中總Cd含量的超標(biāo)率達(dá)16.7%；大遼河水系的污染較輕，在監(jiān)測(cè)我國(guó)26個(gè)國(guó)控湖泊以及水庫(kù)發(fā)現(xiàn)有不同程度Cd污染的問(wèn)題，污染程度排在Hg污染程度的后面。1991年至1995年相關(guān)部門對(duì)我國(guó)重要城市河流、湖泊水庫(kù)及七大水系的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)了Cr和Pb是較普遍的重金屬污染物。重金屬污染物進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)之后，分布在水生生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)組分中，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的各組分產(chǎn)生影響(即生態(tài)效應(yīng))。當(dāng)生物體內(nèi)的某種重金屬積累到一定數(shù)量后，會(huì)出現(xiàn)中毒癥狀，發(fā)育停滯、生理受阻，甚至死亡，也會(huì)使整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受損，以致崩潰。水體中的重金屬也可以通過(guò)直接飲水或者食用用污水灌溉過(guò)的糧食和蔬菜等途徑進(jìn)入人體內(nèi)，從而威脅到人們的身體健康。

2.2 采礦廢棄物對(duì)土壤的影響

我國(guó)正處在高速發(fā)展的時(shí)期，人口的膨脹需要開(kāi)發(fā)足夠的礦產(chǎn)資源以滿足人民的物質(zhì)生活水平的提高。采礦所引起的土地利用變化雖發(fā)展了經(jīng)濟(jì)，但是也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，特別是對(duì)河流泥沙和水土流失造成極其不利的影響。國(guó)內(nèi)外有許多實(shí)例。豫陜晉接壤區(qū)林草茂密，人煙稀少，80年代后，國(guó)營(yíng)及個(gè)體企業(yè)紛紛地投入到金礦的開(kāi)采，雖經(jīng)濟(jì)效益非常可觀，但棄石廢渣達(dá)1645萬(wàn)m3，直接破壞的植被有168km2，侵蝕模數(shù)也由1030增加到了1458t/km2.a，人造泥石流和滑坡明顯增多。采礦不僅使水土流失嚴(yán)重，而且采礦廢棄物嚴(yán)重污染了當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)。該礦區(qū)大小選礦及采礦廠所產(chǎn)生的廢水中含鉛、汞等有害物質(zhì)，注入到當(dāng)?shù)厮抵率顾Y源受到污染，不能飲用，也不可灌溉。

目前全球煤炭開(kāi)采的國(guó)家及地區(qū)，采礦活動(dòng)已經(jīng)產(chǎn)生了大量的固體采礦廢棄物，其長(zhǎng)期堆積所產(chǎn)生的重金屬污染受到格外的重視。礦區(qū)的固體廢棄物主要有：矸石和粉煤灰等。礦山固體廢物在堆積和填埋的過(guò)程中，長(zhǎng)期處于與地下環(huán)境不同的地表環(huán)境中，將受到壓力、溫度、生物、水、人類活動(dòng)等多因素的綜合影響，尾礦渣可通過(guò)礦物風(fēng)化并溶解其中所含的重金屬，使其從巖石圈進(jìn)入水圈，在整個(gè)圈層中以多種途徑進(jìn)行循環(huán)。

矸石露天堆積，比較容易風(fēng)化破碎，產(chǎn)生的粉塵易隨風(fēng)飄揚(yáng)，矸石山燃燒時(shí)排放大量的有毒、有害氣體，燃燒產(chǎn)生的灰渣也引起空氣中顆粒物含量增加，從而對(duì)空氣造成污染。矸石山經(jīng)過(guò)雨水、雪水等的浸淋所產(chǎn)生的淋溶水中會(huì)含有酸性物、有毒重金屬離子、易溶解的鹽類及懸浮未溶解的顆粒狀的污染物。粉煤灰對(duì)環(huán)境的影響主要有污染大氣、污染水體、侵占土地和放射性危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2000年底，我國(guó)粉煤灰渣堆得存量已高達(dá)12.5億噸，需要堆場(chǎng)50～62.5萬(wàn)畝（3.33～4.17萬(wàn)平方公里）。粉煤灰的排灰方式一般為濕排，濕排會(huì)使飛灰中的有害成分溶入沖灰的水中，從而污染地表水和地下水。粉煤灰的含水量低，顆粒細(xì)，容易飛揚(yáng)，處理不好容易產(chǎn)生揚(yáng)塵。 在粉煤灰中的放射性元素的含量要比原煤中高出很多。

1989 年安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局對(duì)淮南地區(qū)及其周邊地區(qū)的土壤進(jìn)行了地球化學(xué)普查。研究結(jié)果認(rèn)為西部蔡家崗和東部九龍崗大通區(qū)土壤受到 Sn、Zn、Co、Hg、Pb 等重金屬污染，并認(rèn)為土壤中重金屬有多種來(lái)源，有些元素含量異常高，如 Sn(175.4mg kg-1)、Zn(2.360mg kg-1)。

3 采礦廢棄物的處置措施

3.1 組織措施

加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)是做好采礦廢棄物處理的關(guān)鍵。建立和健全廢棄物處理機(jī)構(gòu)，制定處理計(jì)劃和必要的規(guī)章制度，切實(shí)貫徹綜合處理措施；建立廢棄物處理監(jiān)測(cè)制度，大型的廠礦必須有專職人員，定期進(jìn)行檢查并做出指導(dǎo)，對(duì)技術(shù)措施所達(dá)到的效果以及條件改善的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。做好礦區(qū)環(huán)境保護(hù)的宣傳工作，讓大家就自己的責(zé)任以及義務(wù)做好環(huán)境工作。

3.2 技術(shù)措施

技術(shù)措施是處理采礦廢棄物的中心措施，利用物理、化學(xué)方法處理含重金屬?gòu)U水及土壤的方法有沉淀法、高分子捕集劑法、螯合樹(shù)脂法、天然沸石吸附法、活性炭吸附工藝、膜技術(shù)、離子交換法等。另外還有生物處理方法，這種方法有效、低廉且簡(jiǎn)便易行。即建立人工濕地處理系統(tǒng)，通過(guò)植物和填料的吸附、沉淀作用將污水及土壤中重金屬污染物去除。有嚴(yán)格法律控制的國(guó)家，采礦業(yè)一定要有地質(zhì)學(xué)家和水文專家仔細(xì)研究并處理污染物，可以采用五種單獨(dú)技術(shù)措施來(lái)處理水污染的問(wèn)題：含污染物廢水集中存塘、水分離系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)、地下水采集系統(tǒng)和地表水排放系統(tǒng)。對(duì)于含酸性污染物的水則應(yīng)直接排到水處理系統(tǒng)中處理。

總之，在對(duì)采礦廢棄物進(jìn)行治理時(shí)，應(yīng)因時(shí)、因地致宜，并且根據(jù)不同的污染物種類，選擇處理費(fèi)用低、效果好的一種或多種方法進(jìn)行治理，才能達(dá)到事半功倍的效果。

3.3 廢物再利用

石家莊市化廢為寶，大力推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)，綜合利用采礦廢棄物，一些焦炭企業(yè)以及電廠加大技術(shù)改造和投資力度，利用焦?fàn)t煤氣以及煤矸石發(fā)電，全市年可利用煤矸石為9.3萬(wàn)噸，可利用焦?fàn)t煤氣為3650萬(wàn)立方米，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)于1983萬(wàn)噸。此外，該市將企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品以后剩下的冶煉廢渣、爐渣和粉煤灰等作為原材料，再創(chuàng)建新企業(yè)，生產(chǎn)墻體材料和水泥。目前此類企業(yè)全市已有 38家，廢物利用后減少排放粉煤灰相當(dāng)于156萬(wàn)噸。

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