稀土礦區小流域污染源調查與治理
——以定南縣劣V類水河段的污染治理為例

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(江西省贛州市水文局，江西贛州341000)

贛南是中國第二大稀土資源集中地[1]。贛南稀土礦區尚未具有完善的排水設施及污水處理廠，大量污水未經處理，直接排入周邊水體，從而造成水環境的嚴重污染，水體不能保持原有的形態和功能，阻礙了礦區經濟建設的發展。為此，全面推進廢稀土礦山環境治理[2-5]，消滅劣V類水，成為江西省長江經濟帶“共抓大保護”攻堅行動重點任務之一。礦區流域污染源調查與分析是進行水環境綜合整治的基礎和前提。關于小流域的污染源調查方法，黃玉瑩[6]曾用南京市江寧區團結河為例，研究細化了城區郊區小流域污染源計算方法，至于稀土礦區小流域污染源調查方法，未見相關研究報道。

江西省定南縣嶺背鎮稀土礦區周邊小流域的志達電站、高車壩斷面因污染物氨氮指標超標，成為江西省44個、贛州市5個需要整治的劣V類水斷面之一[7-9]，而倍受社會各界關注。隨著河長制的實施，浙江[10-12]、寧波[13]、云南[14]等全國各地紛紛提出在規定的時間內“消滅劣V類水”，從參考文獻看，各地各部門多停留在政府的決心要求，領導的思路指示、部門的職責分工等理論與意識形態層面。對于氨氮廢水的處理，曾青[15]等介紹了微波輔助法和超聲波法等新型氨氮處理技術；羅智江[16]采用 A-O-MBR工藝對活性污泥進行梯度耐鹽馴化培養并建立了氨氮去除的動力學模型；汪勇[17]采用軟化過濾+膜濃縮+MVR蒸發結晶工藝對稀土硫銨廢水進行零排放處理。這些方法多停留在實驗室或污水入河之前，如何處理河流中的高氨氮濃度廢物水，鮮有相關研究報道。

贛州市水文局根據區域污染源及產業結構，調查分析污染河流的污染源分布、種類、性質、河流水文和地理特征等現狀，對污染河段進行了沿程斷面布控，開展水質水量同步監測，確定污染物削減治理著力點，針對性開展削減冶理，避免多端寡要。從出境斷面總量控制倒推污染物消減量，采取“控源—截污—治理—管理”的工作方案加強污染物治理的針對性、降低了礦區環境治理成本，并已取得初步成效[18]。該經驗做法可為責任單位在規定時間內、用較低成本解決流域氨氮超標提供參考借鑒。

1 研究區域概況

江西省定南縣嶺北稀土礦區位于江西省定南縣城北約20 km處，月子、逕腦、龍頭等鄉鎮,礦區面積約200 km2。該礦區系花崗巖風化殼離子吸附型稀土礦床，開采工藝由池浸逐步過渡到原地浸礦迄今已歷經20余年開采[19]。礦區目前尚未具有完善的排水設施及污水處理廠，大量污水未經處理，直接排入周邊龍逕河、濂江及其支流小流域，造成水體的嚴重污染。

龍逕河和濂江為長江流域贛江水系桃江一級支流，該流域定南縣出境斷面志達電站、高車壩控制流域面積分別為259.5、101 km2，多年平均徑流量2.211億、0.861億m3。根據江西省地表水功能區劃[20]，高車壩、志達電站斷面所在水功能區分別為龍逕河安遠-信豐保留區和濂江定南-龍南保留區，水質目標Ⅲ類水，現狀水質為劣Ⅴ類水，見表1。

表1 定南龍逕河、濂江出境斷面基本信息

2 數據與方法

2.1 方法

根據流域內污染源調查成果，由斷面水質目標推導河流水環境容量指標，并根據流域周邊污染源分布，選取河流水體超標污染物為監測分析項目，進行水質水量監測同步監測。按GB/T 25173—2010《水域納污能力計算規程》[21]，分析計算超標污染物入河量和貢獻率。同時，依據出境斷面超標污染削減總量，將削減量分配到對河流水質影響貢獻率大的退水河段，確定削減治理著力點，從而降低礦區環境治理成本。

2.2 數據

根據流域周邊污染源分布，選取河流水體超標污染物氨氮為監測分析項目，對龍逕河、濂江流域及礦區尾水退水河段共25個，同步進行水質水量監測，監測頻次為1次/d，連續3 d監測，數據取其最大值。斷面分布見圖1，數據見表2。

圖1 流域水質監測斷面及污水處理廠位置示意

3 現狀監測與評價

由流域周邊污染源分布，選取河流水體超標污染物氨氮為監測項目，監測分析龍逕河、濂江流域及相應礦區尾水退水河段水質斷面分別為10個和15個，進行水質水量同步監測，見圖1，檢測結果見表1、2。

據監測成果評價，龍逕河流域劣Ⅴ類水斷面占63.6%、Ⅳ類水斷面占18.2%、Ⅲ類水斷面占9.1%、Ⅱ類水斷面占9.1%。水質不達標比例為81.8%。稀土礦點區退水河段水質超標最嚴重的河流為石陂角河和茶坑河右支，氨氮分別超標29.1和10.2倍。

濂江流域劣Ⅴ類水斷面占71.4%、Ⅴ類水斷面占14.2%、Ⅲ類水斷面占7.2%、Ⅱ類水斷面占7.2%。水質不達標比例為85.6%。稀土礦點區退水河段水質超標最嚴重的河流為甲水河、含水河、山頭楓小溪和塅坊小溪，氨氮分別超標19.5、18.2、15.0、12.3倍。

4 超標成因分析

4.1 原稀土礦區浸礦液入滲污染河流水質

根據定南縣原稀土礦區分布資料，龍逕河流域有10個生產車間礦區點，濂江流域有41個生產車間礦區點，主要礦區見圖2、表4。定南縣稀土開采企業主要采用“原地浸礦”工藝，產生的廢水污染成份復雜，浸礦液收集難度大，治理技術特殊，污染具有長期性和隱蔽性，加之現狀仍有較大部分的稀土礦區退水均未處理，造成周邊小溪水質超標嚴重，匯集后造成下游水質超標，并對下游水環境造成很大影響。

表2 龍逕河流域各河流河段氨氮入河量貢獻率計算

注：上游向下游傳導河段不重復統計貢獻率，表中序號4、10兩個斷面數據為推算非實測

4.2 現有廢水處理規模不能滿足削減超標污染物總量要求

目前，在龍逕河蔡陽河上游和濂江流域月子河上游各建有污水處理站1個，收集處理上游稀土礦區浸礦液滲入小溪河的污水，控制集水面積分別約6、8 km2。日處理污水規模0.5萬t/d，設計處理后氨氮排放標準為15 mg/L。由于龍逕河和濂江現狀污水處理規模偏小，處理后的廢水中氨氮排放濃度偏高，不能滿足消滅劣Ⅴ類水削減超標污染總量要求，河流出境斷面水質仍多為劣Ⅴ類水。

表3 濂江流域各河流河段氨氮入河量貢獻率計算

注：上游向下游傳導河段不重復統計貢獻率，表中序號16、19、23三個斷面相關數據為推算，非實測

表4 定南縣流域內主要稀土礦點

圖2 定南縣水質超標河段主要礦區位置示意

5 治理方案

5.1 目標

按照水環境質量“只能更好、不能變壞”的原則，采取有效措施，確保實現龍逕河和濂江定南縣出境斷面水質近期達到好于劣Ⅴ類水(氨氮含量≤2.0 mg/L)，到2020年達到好于Ⅴ類水目標(氨氮含量≤1.5 mg/L)。

根據現有國內外最新的流域治理經驗和污水處理工藝，結合超標河段地表水污染物及污染源的種類和性質、河流水文和地理特征等現狀，提出“控源—截污—治理—管理”的工作方案。

5.2 措施

5.2.1從源頭做起強化污染物控制

原稀土礦區浸礦液流失入滲污染地表水，礦區尾水未經處理或處理還未到位，是定南縣龍逕河和濂江流域地表水污染的主要來源。由于原稀土礦區礦點多、范圍廣、廢水收集難度大，污染具有長期性和隱蔽性。污染物入河量還受降雨影響，具有不確定性的特點。高氨氮濃度廢水一旦流失，擴散后難以追蹤，更無法收集。因此，污染的控制更應該從源頭做起。一方面，在地質條件不允許自然收液的情況下應采用人造底板收液措施。同時，實時監控收液巷道內母液中稀土及氨氮含量。如達到可回收利用的指標，則加以收集利用，對原地浸礦場下游地表水與地下水進行監測，若發現氨氮超標，將水回收做生產用水循環利用。

5.2.2合理布局污水處理廠截污削減

由于末端治理技術很難有效地控制不同來水量情況下的污染，考慮在污染物入河量貢獻率大的礦區源頭設立礦區尾水處理站，見圖1、表5，將礦區范圍流域內入河的混合廢水全部納入集中處理達標后予以排放。

a) 龍逕河。龍逕河流域蔡陽河上游建石陂角廢水處理站，控制礦區內流域面積約6 km2，現狀規劃日處理廢水能力0.5萬t/d，實際處理能力0.35t/d。現狀處理規模不能滿足流域削減超標污染物總量要求。為此，根據削減總量控制分配分析，需在石陂角河擴建1處理能力為0.65萬t/d廢水處理站；同時對處理設施進行提標，提高處理廢水的氨氮排放標準，以達到氨氮不大于1.5 mg/L要求。

b) 濂江。濂江流域月子河上游建馬山逕污水處理站，控制礦區內流域面積約8 km2，日處理廢水能力0.5萬t/d，現狀處理規模不能滿足流域削減超標污染物總量要求。為此，根據削減總量控制分配分析，需在流域內規劃新建3個廢水處理站，分別是月子河上游含水廢水處理站，廢水處理量8.5萬t/d；甲水河廢水處理站，廢水處理量1.2萬t/d；塅坊溪廢水處理站，廢水處理量1.2萬t/d；同時提高處理廢水的氨氮排放標準，以達到氨氮≤1.5 mg/L要求。

表5 流域擬建廢水處理點設計及削減氨氮入河量預測成果

5.2.3多措并舉做好污水處理

目前，氨氮廢水處理方法主要為用于稀土采選領域去除氨氮，如吹脫法、汽提法、離子交換法[24]、吸附法、化學沉淀法、折點加氯法、生物法、催化濕式氧化法、膜分離法、電化學氧化法、超聲波法、微波法等[22-23]。當前，采用為多效蒸發濃縮結晶法，回收硫酸銨，實現污水零排放。

單一的氨氮處理工藝都會受物質本身性質的影響和限制，在此基礎上，著重于在組合工藝與工藝過程優化方向上尋求生產廢水中氨氮處理的更優方案將更適應生產需求。如向氯化銨溶液中加入硫酸，蒸餾濃縮后，銨離子以硫酸銨晶體形式得以回收；階梯式降低氨氮廢水濃度工藝流程；吹脫法與折點加氯法或生物處理法聯合應用；吹脫法與離子吸附法聯合應用等。

5.2.4強化責任分工合作加強管理

按照 “河長制”管理的要求，進一步加強對流域污染物治理管理，明確各職能部門的任務及分工，提高流域管理的公信度。

a) 加強對原稀土礦區的監管。在流域治理過程中堅決禁止稀土礦開采，杜絕污染情況的再生。同時強化沿河兩岸生活和養殖等污水排放管理，禁止直排廢、污水。

b) 綜合運用財政和貨幣政策。建立政府財政與金融貸款、社會資金的組合使用模式鼓勵吸引社會資金參與水污染防治項目，實施方案如政府采購設備，供應商負責技術指導運行管理，或者政府購買服務，設計、設備和運行管理全部外包等方式，形成融合行政手段、市場力量和公民參與的共同治理格局，實現水資源開發利用的公共利益最大化。

c) 做好水庫電站調度。月子河主要支流南豐河建有2座小型水電站，且水庫區內分布有稀土礦點，電站發電用水將對河流徑流產生調節，嚴重影響廢水處理效果，需調度好上游2座小型電站的運行。

d) 開展廢水處理與水質跟蹤監測同步進行。加強對龍逕河和濂江不同來水情況各河流河段的水體監測分析，掌握不同水文條件下的河流水質變化，以便修訂完善更為有效和經濟合理的治理方案。

6 結論

a) 采用水質水量同步監測，結果表明氨氮龍逕河及濂江流域水質不達標比例分別為81.8%、 85.6%，超標污物為氨氮。其流域及支流各有10、41個生產車間礦區點，原稀土礦區浸礦液入滲及現有廢水處理規模不能滿足削減超標污染物總量要求，是斷面水質超標的主要原因。

b) 龍逕河流域劣Ⅴ類水河流河段超標斷面占63.6%，水質超標最嚴重的河流為石陂角河和茶坑河右支；濂江流域劣Ⅴ類水河流河段占71.4%，水質超標最嚴重的河流為甲水河、含水河、山頭楓小溪和塅坊小溪。確定石陂角河和茶坑河右支、月子河上游含水河、甲水河、塅坊小溪為最大污染物削減點。

c) 采取“控源—截污—治理—管理”的工作方案，除將現有的石陂角河污水處理站進行提標改建設，同時新建月子河上游含水河、甲水河、塅坊溪污水處理站截污削減外。還需從源頭做起強化污染物控制，強化責任分工合作加強管理，多措并舉做好流域污水治理。