準(zhǔn)格爾旗煤炭礦集區(qū)地下水水質(zhì)分析及水污染治理措施研究

周業(yè)澤 秦越強(qiáng) 王江玉龍 高 森 許凱然 姜禹戈

（中國地質(zhì)調(diào)查局廊坊自然資源綜合調(diào)查中心）

地下水是我國最為重要的水資源之一，與日常生產(chǎn)生活息息相關(guān)。隨著礦山開采深度不斷增加，礦區(qū)地下水污染程度日益嚴(yán)重，因此，礦區(qū)地下水污染防護(hù)與整治措施顯得尤為重要。準(zhǔn)格爾旗煤炭礦集區(qū)的地下水是整個準(zhǔn)格爾旗地下水的一部分，共同組合成為整個地下水循環(huán)系統(tǒng)。因此，做好準(zhǔn)格爾旗煤炭礦集區(qū)地下水的治理工作，對于維護(hù)整個準(zhǔn)格爾旗地區(qū)的地下水資源起到關(guān)鍵作用。

目前，地下水污染問題已逐漸被重視，國內(nèi)外學(xué)者對地下水污染進(jìn)行了深入研究，取得許多有益成果。但由于礦區(qū)施工環(huán)境及地質(zhì)條件復(fù)雜，普通地下水污染處理措施模式化嚴(yán)重，可借鑒性較小［1］。因此，本研究通過對準(zhǔn)格爾旗煤炭礦集區(qū)的地下水進(jìn)行水質(zhì)分析及研究，并提出針對性的地下水污染治理措施。

1 區(qū)域概況

準(zhǔn)格爾旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東部，毛烏素沙漠的東南端，蒙晉陜?nèi)〗唤缣帯?zhǔn)格爾旗主要的溝川有塔哈拉川、餑牛川、納林川、十里長川、孔兌溝、大溝、罐子溝、呼斯太河等，其中呼斯太河和大溝為非季節(jié)性河流，其不受季節(jié)變化影響，其余河流全部為季節(jié)性河流。全域內(nèi)的水資源呈不均勻分布，由西北向東南遞增，黃河為準(zhǔn)格爾旗的主要水系，流經(jīng)該旗北部、東部、東南邊緣，全程為197 km，其中黃河流域內(nèi)的水量較充沛。根據(jù)全國水資源評價成果顯示，準(zhǔn)格爾旗區(qū)域內(nèi)地表水水量為3.22億m3，地下水資源為1.04億m3，總量僅占全國總量的15%，而人均水資源占有量僅為全國人均水資源占有量的59%，可判定該地區(qū)屬于水資源稀缺地區(qū)。準(zhǔn)格爾旗屬于典型的大陸半干旱氣候，冬季持續(xù)時間長且寒冷，春季氣候干燥且多風(fēng)，夏季持續(xù)時間短且炎熱。地區(qū)全年平均氣溫為7.3℃，地區(qū)內(nèi)降水分布較為集中且降水量較少，近年平均降水量僅為352 mm，降水多集中于6—9月，約占全年降水量的76%，年均蒸發(fā)量為1 992.5 mm，年均濕潤度為0.3～0.34，年平均日照時數(shù)為2 900～3 100 h，年平均大風(fēng)日數(shù)為10～30 d，最大風(fēng)速為32 m/s［2］。

2 礦集區(qū)地下水水質(zhì)分析

對準(zhǔn)格爾旗重點(diǎn)煤炭集中區(qū)域的地下水采集13個水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，水樣類型主要為礦區(qū)內(nèi)井水，水質(zhì)分析主要內(nèi)容包括pH、總硬度、含量、F?含量、Cl?含量、菌落總數(shù)、重金屬含量等。由于分析結(jié)果中重金屬含量均為超標(biāo)，所以不作分析，由表1可明顯看出多數(shù)水樣含量及總硬度明顯超標(biāo)。

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根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 14848—2017）［3］對13個樣點(diǎn)的地下水進(jìn)行水質(zhì)分類，所得結(jié)果見表

注：本表僅顯示對水質(zhì)分類劃分影響最大的因子，“—”表示不適用。

2，礦區(qū)地下水水質(zhì)大多處于Ⅳ~Ⅴ類。

根據(jù)表1，準(zhǔn)格爾旗重點(diǎn)煤炭集中區(qū)的13個地下水水樣特征如下。

（1）pH為7.39~7.99，平均值為7.69，偏堿性，但未超過標(biāo)準(zhǔn)6.5~8.5。

（2）總 硬 度 為173.34~697.4 mg/L，平 均 值 為427.78 mg/L，總硬度值偏高，表明水樣中Mg2+和Ca2+含量較高。

（4）F?、Cl?含量分別為0.4~5.1 mg/L和16.67~199.08 mg/L，平均值分別為0.9 mg/L和83.4 mg/L，除個別水樣外，均未超過標(biāo)準(zhǔn)值。

（5）菌落總數(shù)為8~180 CFU/mL，平均值為62.88 CFU/mL，未超過標(biāo)準(zhǔn)值100 CFU/mL，但有個別水樣數(shù)據(jù)超標(biāo)，可能原因?yàn)榈V區(qū)排出的大量生活廢水，生活污水經(jīng)化糞池處理后，由單獨(dú)排污管道或陰溝槽直接排入地表水體中，滲透進(jìn)入地下水中［5］，導(dǎo)致菌落總數(shù)增多。

綜合以上數(shù)據(jù)結(jié)果，可知準(zhǔn)格爾旗重點(diǎn)煤炭集中區(qū)域的地下水多數(shù)已受到污染，且污染情況嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為含量、總硬度及菌落總數(shù)值偏大。

3 礦集區(qū)地下水污染因素分析

3.1 礦井水

在進(jìn)行井下開采煤炭時，不可避免地需要排出大量的礦井水，黃泥灌漿水、井筒淋水、鉆孔灰?guī)r水、井下工作煤層涌水等循環(huán)用水都屬于礦井水，礦井水一般都呈現(xiàn)高礦化度、含有大量懸浮物、含有毒有害元素等特征。在開采煤炭過程中，以下2種原因會對地下水造成嚴(yán)重的污染：①未對礦井水進(jìn)行任何防污處理，直接排放進(jìn)入地下水；②礦井水未經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚怼⑦^濾和凈化，向地表進(jìn)行滲流，對地表上的水體造成污染，當(dāng)被污染的地表水再次流入地下，會使整個區(qū)域的地下水受到污染［6］。

3.2 煤矸石淋溶

煤炭開采過程中會產(chǎn)生大量的礦石堆、矸石堆，其中含有大量的S、C、Mg、Ca、Fe、Na等有害元素。當(dāng)煤矸石堆放在地表時，由于其存儲環(huán)境發(fā)生突變，當(dāng)與空氣、土壤、水接觸時煤矸石會產(chǎn)生各種物理化學(xué)變化，產(chǎn)生各種有毒物質(zhì)。有毒物質(zhì)通過雨水的淋溶作用溶解于雨水中，之后再通過滲透匯入地下水中，污染大面積區(qū)域的地下水。

3.3 廢棄礦井及采空區(qū)循環(huán)水污染

開采煤礦活動完成后，會殘留大量廢棄礦井及采空區(qū)，此時較高的地下水位層會向較低的廢棄礦井及采空區(qū)補(bǔ)充地下水，在補(bǔ)充地下水過程中，廢棄礦井及采空區(qū)中的有害物質(zhì)會溶于地下水中，污染地下水。當(dāng)廢棄礦井中的地下水向更低層位的含水層進(jìn)行流動補(bǔ)充時，會污染整個區(qū)域的地下水循環(huán)系統(tǒng)。

4 地下水污染防治措施

4.1 廢水處理與地下水防污控制

針對資源開采過程中產(chǎn)生的水污染問題，首先要加強(qiáng)對礦區(qū)的水質(zhì)檢測與控制工作，同時要對正在生產(chǎn)的礦區(qū)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并及時對已經(jīng)形成的水污染及破壞進(jìn)行修復(fù)，將對水資源的影響程度降到最低。設(shè)置集水凈水池，循環(huán)利用礦業(yè)用水，對于無法有效利用的廢水，企業(yè)必須進(jìn)行水污染處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才可排放［7］。

4.2 污染物合理放置

首先要設(shè)立矸石、生活垃圾、工業(yè)垃圾等污染物的處理點(diǎn)，在處理點(diǎn)有針對性地進(jìn)行分類處理，注意做好污染物隔絕措施，避免污染物直接與雨水、地表水等水體產(chǎn)生接觸，以防止二次污染。且要及時處理污染物，避免污染物堆放時間過長而產(chǎn)生有毒物質(zhì)，使土壤與地下水受到污染。

4.3 廢棄礦井及采空區(qū)污染處置

開采活動完成后，需要全面清理礦井及采空區(qū)內(nèi)的各種污染物，針對不便于清理的污染物，要采取化學(xué)或生物手段進(jìn)行集中處理，避免造成二次污染；也可利用閑置的石料、土料等作為填充材料，填充廢棄的礦井及采空區(qū)，從源頭避免地下水循環(huán)系統(tǒng)被污染。

5 結(jié) 論

（1）準(zhǔn)格爾旗重點(diǎn)煤炭集中區(qū)域的地下水多數(shù)已受到污染，且污染情況嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為含量、總硬度及菌落總數(shù)值偏大。

（2）通過對采礦排水情況、煤矸石淋溶作用、采空區(qū)對地下水的污染等問題進(jìn)行探討，有針對性地提出了關(guān)于廢水處理與地下水防污控制、污染物合理放置、填充廢棄礦井及采空區(qū)等地下水污染處理措施，為治理準(zhǔn)格爾旗煤炭礦集區(qū)地下水污染、修復(fù)礦山生態(tài)環(huán)境提供有效建議。