云南煤礦礦坑水水質(zhì)問題及綜合治理探析

趙琦琳　楊宗慧　楊子龍

(1.云南省環(huán)境科學研究院，昆明　650034；2.云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，昆明　650034；

3.云南省地方煤礦事業(yè)局，昆明　650000)

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云南煤礦礦坑水水質(zhì)問題及綜合治理探析

趙琦琳1楊宗慧2楊子龍3

(1.云南省環(huán)境科學研究院，昆明650034；2.云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，昆明650034；

3.云南省地方煤礦事業(yè)局，昆明650000)

【摘要】本文針對區(qū)域內(nèi)礦山酸性廢水的來源、水質(zhì)的理化特征、產(chǎn)生機理及污染危害性，論述了源頭控制的重要性，提出區(qū)域綜合治理的解決方案，解除多功能水資源的水質(zhì)安全隱患，最終實現(xiàn)廢水資源化及綜合利用。

【關(guān)鍵詞】煤礦；礦坑排水；水質(zhì)評價；綜合利用

引言

煤礦礦體多為多金屬硫鐵礦[1]。煤層中的硫鐵礦在開采過程中被不斷暴露于外界環(huán)境中，逐漸受到氧化分解而形成酸性物質(zhì)，其中含有大量鐵錳離子。此外，開采出來的煤矸石堆放于外環(huán)境中，在降雨淋浸和氧化作用下，也會不斷氧化分解，形成酸性工業(yè)廢水。此類酸性水在井下腐蝕管道與設(shè)備，危害礦工健康；排出井巷，污染環(huán)境和水源，破壞水生與陸生生態(tài)系統(tǒng)，危害工農(nóng)業(yè)和漁業(yè)生產(chǎn)，直至人群健康。我國每年約有20多億m3的礦坑水排至地面，這些礦坑水如加以利用，即可變廢為寶，造福于人類[2]。

煤礦的開發(fā)、管理方面，政府最初更為關(guān)注兩大問題[3]：一是涉及瓦斯的安全問題；二是地質(zhì)安全問題；水環(huán)境的污染問題尚沒有受到足夠重視。2014年12月至2014年4月，云南省環(huán)境科學研究院針對云南曲靖某煤礦礦區(qū)展開流域水資源調(diào)查，對流域內(nèi)地表各干流及支流上下游、各庫區(qū)及壩前、壩下河道、流域內(nèi)煤礦礦區(qū)匯水、主要煤礦外排水等共33個地表水斷面29項水質(zhì)指標進行較全面的采樣和分析檢測，本文主要依據(jù)其中8個煤礦外排水的污染狀況進行評價論述，提出區(qū)域水環(huán)境綜合治理解決方案。

1材料與方法

1.1區(qū)域環(huán)境概況

研究的目標煤礦礦區(qū)地處云南東部丘陵地帶，位于九龍河上游流域。九龍河屬珠江上段的南盤江水系黃泥河中游右岸的最大一級支流流域，其面積2108km2。研究對象所處流域?qū)俅髿饨邓a給型河流，年徑流情勢與降水的年際、年內(nèi)及面上分布關(guān)系密切，屬滇東多暴雨區(qū)。流域?qū)賻r溶發(fā)育地區(qū)，特別是匯水主要干流，其62%為巖溶發(fā)育地區(qū)。流域閉流區(qū)內(nèi)存在較多的漏斗、溶洞和密布的地下暗河水系網(wǎng)，形成了較大的調(diào)蓄能力，起到了削峰、加大基流的作用，地表水系不發(fā)育；多年來，礦區(qū)由于受人為活動影響較重，原始森林植被已破壞殆盡，僅零星分布。

根據(jù)“曲靖市人民政府關(guān)于印發(fā)《曲靖市地表水環(huán)境功能區(qū)劃分類結(jié)果》的通知”[4]，區(qū)域內(nèi)的煤礦廢水的受納河流全河水體功能確定為飲用工農(nóng)業(yè)用水，執(zhí)行GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中Ⅲ類水體標準，據(jù)調(diào)查了解該河流現(xiàn)狀無飲用功能。

該干流在流經(jīng)相當路徑后，進入地下盲流，最終匯入下游一水庫，該水庫位于麒麟?yún)^(qū)，屬飲用水源，主要功能為飲用一級，類別為Ⅱ類水，即為集中式生活飲用水水源保護區(qū)。本次研究的煤礦礦區(qū)范圍及工業(yè)場地不在該水庫的徑流區(qū)及水源保護區(qū)范圍內(nèi)[5]。根據(jù)收集的資料[6]，2003年以前，該水庫曾經(jīng)局部出現(xiàn)過嚴重的湖體污染問題，涉及的主要指標為鐵、錳、硫化物、石油類、總氮等。

1.2樣品采集

根據(jù)區(qū)域特點和煤礦水外排方式，本次樣品采集設(shè)計方案為：鎖定區(qū)域內(nèi)直接進入地表水系的8個煤礦方向來水進行樣品采集，每天一次，連采三天，檢測結(jié)果以GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》[7]中Ⅲ類水體標準，水質(zhì)單項因子評價法進行評價，鐵、錳、硫酸鹽、硝酸鹽氮、氯化物選擇執(zhí)行表2集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值。

為了全面掌握水質(zhì)情況，同時也為解決污染防治提供技術(shù)上的科學依據(jù)，本次監(jiān)測方案對監(jiān)測指標進行較為全面的設(shè)計，一共設(shè)置了29項水質(zhì)指標。

1.3樣品分析

水質(zhì)樣品的檢測方法、方法檢出限及檢測儀器設(shè)備主要依據(jù)采用GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》規(guī)定的標準方法，詳見表1。

2結(jié)果與討論

2.1水樣檢測結(jié)果

水樣檢測結(jié)果見表2，并以水質(zhì)單項因子評價法進行評價。

2.2水體污染評價

水質(zhì)評價結(jié)果將為礦井水在處理設(shè)備及工藝上的選擇和礦區(qū)水資源開發(fā)利用的整體規(guī)劃上提供科學的依據(jù)。礦井水水質(zhì)的評價方法很多，如單因子評價法、綜合指數(shù)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型、灰色聚類法、模糊綜合評價法等，本文采用單因子評價法進行水環(huán)境評價。從表1中可知，pH值、五日生化需氧量、溶解氧、化學需氧量、氨氮、氟化物、總氮、總磷、鋅、鐵、錳等共10項指標均不同程度地超標。其中，超標率最高的為溶解氧、化學需氧量、氨氮、氟化物、總氮、鐵、錳等8項，pH值、溶解氧、總氮、鐵、錳等5項超標率為100%，示意圖見圖1；此外，8條外排水水樣外觀上均表現(xiàn)出黃色、黃棕色且渾濁的物理性狀。

表1　水質(zhì)檢測方法、方法檢出限及主要檢測儀器設(shè)備

表2　樣品三日平均檢測及評價結(jié)果　mg/L

續(xù)表2

指標1#2#3#4#5#6#7#8#標準限值超標率最高超標倍數(shù)硫酸鹽104.1143143156152150139137≤250*00總氮49.750.548.34.1954.43.832.0425.1≤1.0100%53.4硝酸鹽氮<0.08<0.08<0.080.533<0.08<0.080.724<0.08≤10*00總磷0.090.050.090.080.050.090.100.40≤0.212.5%1.0石油類0.030.030.050.030.030.010.030.03≤0.0500陰離子表面活性劑0.080.080.090.090.080.090.060.08≤0.200揮發(fā)酚<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003≤0.00500硫化物<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005≤0.200氰化物0.0050.0050.0060.0050.0080.0060.0070.006≤0.200硒<0.0030.004<0.003<0.003<0.003<0.003<0.003<0.003≤0.0100汞(ug/L)<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01≤0.0100鋅0.9440.8861.260.010.9440.8861.260.01≤1.025%0.26銅<0.005<0.0050.265<0.005<0.005<0.0050.265<0.005≤1.000鉛<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01≤0.0500砷<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007≤0.0500鎘<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001≤0.00500鉻<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004≤0.0500鐵52.9733.448.39.8252.9733.448.39.82≤0.3100%176總錳6.716.127.280.3586.716.127.280.358≤0.1100%71.8硒<0.0030.004<0.003<0.0030.004<0.003<0.003<0.003≤0.0100糞大腸菌群(個/L)<20<20<20<20<20<20<20<20≤1000000總懸浮物238253197212246165133195187無0

圖1　超標率示意圖

本次研究表明，水質(zhì)最高超標倍數(shù)：鐵為176倍、錳71.8倍、氨氮49.7倍、總氮53.4倍，示意圖見圖2。

圖2　最高超標倍數(shù)示意圖

由此可見，礦山酸性廢水的污染主要來自于酸污染及重金屬污染。

2.3污染源項分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，此8條排水的來源主要有兩個：一是運行中的煤礦礦坑廢水直接外排；二是停廠關(guān)閉后的煤礦采空區(qū)、堆放的煤矸石由于水系的運移和淋濾作用，形成同種特征的廢水進入?yún)^(qū)域內(nèi)水循環(huán)體系，兩種情況均可導致區(qū)域內(nèi)形成富含鐵錳離子的酸性廢水。

硫化物氧化是產(chǎn)酸和釋放重金屬的主要機制[8]。開采的煤礦礦體中含有硫化礦，硫化礦在自然界中分布廣、數(shù)量多，它可以出現(xiàn)于幾乎所有的地質(zhì)礦體中，這些硫化礦物在空氣、水和微生物作用下，發(fā)生溶浸、氧化、水解等一系列物理化學反應，形成含大量重金屬離子的黃棕色酸性廢水，這些酸性水pH一般為2～4，成份復雜含有多種重金屬；同時廢水產(chǎn)生量大，一些礦山每天酸水排放量為幾千甚至幾萬m3，且水量、水質(zhì)受開采情況，及不同季節(jié)雨水豐沛情況不同而變化波動較大，這些酸性重金屬廢水的存在對礦區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重的破壞。

2.4礦山酸性廢水的危害

(1)礦坑排水不可避免地對地下水的直接充水含水層起到聯(lián)合疏干的作用[9]。

本區(qū)域林地基本分布于屬于地下水補給區(qū)的山脊，林地生長用水主要依靠大氣降水補給。由于開采對淺層地下水及地表水資源的破壞，影響土壤墑情，從而影響土地耕種和灌溉，間接導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降。

(2)部份水質(zhì)評價指標嚴重超標，污染區(qū)域內(nèi)的地下水體、地表水流及收納湖庫水體。

(3)由于礦坑水具有鐵、錳含量高，酸度高，硫酸鹽含量高等特點，對流經(jīng)之處將改變土壤結(jié)構(gòu)造成土壤板結(jié)，不利于作物的生長，同時也將影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

(4)此類廢水對水生、陸生生態(tài)系統(tǒng)均有破壞作用[10]。

(5)酸性礦井水中含有大量鐵離子，由于Fe(OH)3的沉淀，使接收它的排水溝、河流等水體兩岸和底部變紅，嚴重破壞自然景觀；

(6)總懸浮物、氯化物、硫酸鹽等指標雖然未進入GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的指標體系，但從檢測結(jié)果來看，此類煤礦外排水總懸浮顆粒物含量、含鹽量較高，其濃度遠遠超過流域內(nèi)其它地表水的正常水平。過高的鐵、錳、總懸浮物、氯化物、硫酸鹽也不可避免地對區(qū)域內(nèi)人群帶來直接或間接的健康風險[11]。

3結(jié)論

鑒于該區(qū)域內(nèi)煤礦外排廢水pH、Fe、Mn、總氮、溶解氧、化學需氧量、氟化物等遠超過納污水體的承載能力，同時污水排放規(guī)模較大，還由于流域內(nèi)生態(tài)流量保證要求及環(huán)境保護要求等，結(jié)合國內(nèi)外較為成熟的治理經(jīng)驗[12-14]，建議政府加強源頭污染控制，并對該流域展開綜合治理工程，治理思路及措施如下。

3.1通過立法嚴格控制污染物排放并加強監(jiān)管

對入河排污做出嚴格規(guī)定，企業(yè)廢水必須達標排放，集聚區(qū)內(nèi)工業(yè)廢水必須經(jīng)預處理達到集中處理要求，方可進入污水集中處理設(shè)施。企業(yè)必須申請排污許可，并定期進行審核，未經(jīng)許可不得排污。定期檢查，起訴、處罰違法違規(guī)排放等行為；建立健全區(qū)域內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測及信息反饋系統(tǒng)。

3.2對已關(guān)閉的煤礦進行全面清查及管理，采取有效措施，扼制環(huán)境污染

已關(guān)閉煤礦煤矸石的堆放場存在較大環(huán)境風險。煤矸石一般堆放量巨大，經(jīng)長期淋溶污染物增加。實踐表明：煤矸石綜合利用是根除煤矸石災害事故最徹底有效的方法(趙家榮，2001)。對煤矸石應采取合理充分的利用，并做好截污收水及水土保持工作。

3.3修建污水處理廠及配套管網(wǎng)，全面截污

啟動區(qū)域污水管網(wǎng)建設(shè)，在區(qū)域內(nèi)修建數(shù)條支線管網(wǎng)并接入排污干渠，減輕河流污染；對于一些不符合產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的煤礦堅決采取措施關(guān)停并轉(zhuǎn)。

3.4從分散管理到綜合管理

逐步實施流域水資源水環(huán)境綜合管理。成立了河流管理局，實施取用水許可制度，統(tǒng)一水資源配置。統(tǒng)一管理水處理、水產(chǎn)養(yǎng)殖、灌溉、畜牧、航運、防洪等工作，形成流域綜合管理模式。水務公司承擔供水、排水職能，不再承擔防洪、排澇和污染控制職能；政府建立了專業(yè)化的監(jiān)管體系，負責財務、水質(zhì)監(jiān)管等，實現(xiàn)了經(jīng)營者和監(jiān)管者的分離。

3.5加大新技術(shù)的研究與利用

早期的污水處理廠主要采用沉淀、消毒工藝，處理效果不明顯。針對礦山酸性廢水特點的處理技術(shù)的研究已有很大發(fā)展，但各處理工藝各有特點。政府應當加大政策支持力度，鼓勵加大新技術(shù)研究與利用。

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Analysis of Water Quality Problems and Integrated Treatment of Coal

Mine Water in Yunnan

ZHAO Qilin1YANG Zonghui2YANG Zilong3

(1.Yunnan Institute of Environmental Sciences，Kunming 650034；2.Yunnan Environmental Monitoring Center Station，Kunming 650034；

3. Yunnan Provincial Coal Mine Industry Administration，Kunming 650000)

Abstract：Through analyzing the sources，physic-chemical characteristics，mechanism of production，and environmental harmfulness of acid mine water，this paper discussed the importance of source control and suggested the integrated solutions to pollution control，elimination of safety risks of water resources，and integrated wastewater reuse and recycle.

Keywords：coal mine；mine water；water quality assessment；integrated utilization

中圖分類號：X21

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)01-0124-04

通訊作者：趙琦林，學士，主要從事環(huán)境監(jiān)測方面研究

作者簡介：楊宗慧，學士，主要從事環(huán)境影響評價和環(huán)境監(jiān)測方面研究

引用文獻格式：趙琦琳等.云南煤礦礦坑水水質(zhì)問題及綜合治理探析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(1)：124-127.