金屬礦區(qū)地下水污染評(píng)價(jià)及防治措施

趙 龍，李應(yīng)宗，韓興勇

（云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041）

以下主要從金屬礦區(qū)開(kāi)采對(duì)環(huán)境的主要影響、金屬礦區(qū)對(duì)地下水產(chǎn)生的污染現(xiàn)象、造成污染的原因、地下水污染的防治措施和污染修復(fù)來(lái)論證。

1 金屬礦區(qū)開(kāi)采對(duì)水資源污染的途徑

1.1 通過(guò)化學(xué)物質(zhì)氰化物與汞

氰化物在金屬開(kāi)礦過(guò)程的主要作用是將巖石溶解，由于巖石中黃金的含量極低，雜質(zhì)含量很高，為了得到純度較高的金屬，需要通過(guò)氰化物將巖石溶解、分離，從而得到初步的粗金。但眾所周知，氰化物這一物質(zhì)是含劇毒的，不足一米粒大小的氰化物就足以能夠殺死一個(gè)成年人，并且能讓人在沒(méi)有知覺(jué)的情況下中毒。在提取金屬的過(guò)程中，即便人們?cè)谑褂们杌镞^(guò)程中大多已防止泄漏，但大量的氰化化合物最終還是通過(guò)附著在金屬表層而進(jìn)入環(huán)境，存在著潛在危險(xiǎn)。汞與氰化物性質(zhì)相當(dāng)，也常用于從巖石中提取純度較高的金屬，只是方法不同。通常將汞與研磨后的巖石、泥漿混合，借助汞的物理屬性，汞容易與各種物質(zhì)相互溶解，再根據(jù)巖石與金屬的密度不同而出現(xiàn)分層現(xiàn)象，采取分液的化學(xué)操作，將上一個(gè)步驟得到的混合液分離成金屬研磨液和巖石研磨液。也正是因?yàn)楣@種極易與其他物質(zhì)融合的溶劑，才很容易被金屬礦圍繞的土壤吸收，造成許多大量使用的汞會(huì)隨著土壤泄露到環(huán)境中。

1.2 通過(guò)空氣間接污染

金屬礦大部分是露天礦，開(kāi)采時(shí)往往產(chǎn)生漫天的細(xì)塵，再由于氰化物和汞等有害物質(zhì)的易揮發(fā)性，常常在開(kāi)采的過(guò)程中揮發(fā)，以及開(kāi)采中使用的大機(jī)械、器具等燃力機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中釋放的大量尾氣，金屬的提純和加工過(guò)程中，還會(huì)排放大量的氣體。對(duì)空氣造成了污染，這些污染物在空中漂浮，每當(dāng)雨季時(shí)分，與水相融合。下滲到地表，形成被污染的地下水。

圖1 地下水污染的污染源統(tǒng)計(jì)圖

1.3 施工過(guò)程中對(duì)地下水的污染

在金屬的提取過(guò)程中，一般挖掘的深度較高，導(dǎo)致地下滲透的純凈水沾滿了雜質(zhì)變得渾濁，一些易溶水的有害雜質(zhì)還會(huì)趁機(jī)與地下水融合，對(duì)水環(huán)境造成了一定程度的破壞。后期金屬的加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物及廢料，人們都將它們直接排入水中，造成了水資源的嚴(yán)重污染。最后廢棄的礦山在雨水長(zhǎng)年累月地沖刷下，會(huì)攜帶許多有毒化學(xué)物質(zhì)和礦石，再匯入到各大河流中，形成污染。

2 金屬礦區(qū)對(duì)地下水污染的擴(kuò)散

2.1 酸性礦水排泄影響生態(tài)

大量的廢棄礦物呈酸性，隨著時(shí)間的積累，當(dāng)雨水將其腐蝕、風(fēng)化，再滲入到地下水中，這些匯入河流的地下水不僅會(huì)影響人類(lèi)飲用水，還會(huì)殺死河流甚至海洋中的魚(yú)類(lèi)和野生動(dòng)物，進(jìn)而破壞穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

2.2 影響地下水水質(zhì)

金屬礦尾礦、金屬礦的廢棄渣、以及金屬礦液分離后的污水通過(guò)雨水的淋濾作用，將這些金屬礦作業(yè)完成后的污染物溶入水，再經(jīng)過(guò)滲透作用滲透至地下水層，對(duì)地下水質(zhì)造成直接性的影響。還有一部分間接性的影響為：礦山排水會(huì)引起當(dāng)?shù)睾玫暮畬铀唤档停逊e起來(lái)的污水水位較高，通過(guò)滲透作用，這些較高水位的污水層會(huì)將污水流入水位低的水層，導(dǎo)致地下水質(zhì)及周邊地下水徑流條件發(fā)生改變，從而地下水不斷惡化，在地下水徑流的途徑中，還會(huì)擴(kuò)大污染面積。

2.3 影響地下含水層

在金屬礦開(kāi)采過(guò)程中，機(jī)械挖掘容易將巷道揭穿導(dǎo)致導(dǎo)水?dāng)嗔选⒗狭e水，巷道底部的底板下有間接充水層，在長(zhǎng)期地下水壓力加上礦山壓力作用下，底板隔水層遭到破壞，形成裂隙通道，使得下底部高壓地下水不斷涌入形成突水，我們也稱(chēng)之為礦井突水。

礦井突水使開(kāi)采巷道被淹沒(méi)，周?chē)叵滤浑S之下降，甚至形成大面積降落漏斗，水位長(zhǎng)期得不到合理恢復(fù)，農(nóng)田會(huì)由此受損，農(nóng)民無(wú)法耕種，附近村民喝水也成為了一種困難。

2.4 影響地下水水位

金屬礦山開(kāi)采會(huì)使用大量的水資源，而這些水資源則來(lái)源于當(dāng)?shù)氐牡叵滤畬庸?yīng)，對(duì)地下水的大量使用再加上一部分被污染的水需要被排走處理，直接導(dǎo)致了地下水水位的嚴(yán)重下降。使原地層的受力不平衡，被疏干的含水層在地面壓力作用下壓縮，從而下沉，建筑物也會(huì)由于此原因出現(xiàn)傾斜情況、嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致橋梁開(kāi)裂、馬路變形等。由金屬礦帶來(lái)的地下水位的下降還將導(dǎo)致咸水入侵、海水泛灌等現(xiàn)象。

3 金屬礦污染地下水的原因

3.1 技術(shù)人員技術(shù)不精湛

金屬礦事后最重要的部分是對(duì)污水的處理，一般采取排水措施，而技術(shù)人員在用解析法或者數(shù)值計(jì)算法的過(guò)程中，估算實(shí)際最小安全礦坑涌水量不準(zhǔn)確、誤差較大，排水力度出現(xiàn)問(wèn)題。

采礦方式評(píng)估不準(zhǔn)確。同時(shí)未考慮到礦層對(duì)地下水的具體破壞情況，地下采空即將塌陷區(qū)的面積也未計(jì)算準(zhǔn)確。再加上使用各項(xiàng)技術(shù)設(shè)備不熟練、開(kāi)采工作進(jìn)展不熟悉，不能對(duì)具體情況問(wèn)題進(jìn)行分析全解決，而出現(xiàn)各方面情況的紕漏。集眾多漏洞為一體，共同造成了金屬礦開(kāi)采中地下水的污染問(wèn)題。

3.2 過(guò)度開(kāi)采

近年來(lái)，過(guò)度開(kāi)采金屬礦帶來(lái)的危害不僅在于礦山的破壞，更加在于地下水的污染和枯竭，已成為一些地區(qū)的地下水問(wèn)題，如華北、西部干旱半干旱地區(qū)，還因此造成了水資源的嚴(yán)重缺乏問(wèn)題。如今，地下水嚴(yán)重污染的后果也不斷凸顯。

據(jù)國(guó)家能源局報(bào)道，全國(guó)地下水的年均超采量達(dá)到215億立方米，其中用于過(guò)度開(kāi)采金屬時(shí)的地下水占20%，占地下水供水量的20%，地下水超采區(qū)的總面積近19萬(wàn)平方公里，地下水由于過(guò)度開(kāi)采金屬而使得超采區(qū)的地下水總面積近5.1萬(wàn)平方公里。金屬礦區(qū)地下水的超采占據(jù)了主要，由此帶來(lái)了一系列嚴(yán)重的后果。導(dǎo)致地下水水位的快速下降，嚴(yán)重的地區(qū)以每年下降2～7分米的速度進(jìn)行。以某地區(qū)調(diào)查數(shù)據(jù)為例，由于該地區(qū)每年的金屬礦區(qū)地下水的不斷開(kāi)采以及對(duì)地下水的污染不斷累積造成地下水資源匱乏。長(zhǎng)此以往，造成平原區(qū)地下水平均埋深19.3米，與2013年同期相比，下降0.2米，地下水儲(chǔ)量減少1.1億立方米，其中由于水污染引發(fā)的地下水含量減少占15%；而與開(kāi)始超采前的1998年同期相比，地下水位下降11米，地下水儲(chǔ)量減少55億立方米其中由于水污染引發(fā)的地下水含量減少占18%。此外，超采金屬礦而帶來(lái)的水污染現(xiàn)象嚴(yán)重的50多個(gè)城市都發(fā)生了不同程度的地面沉降，累計(jì)沉降量超過(guò)200毫米的總面積超過(guò)7.9萬(wàn)平方公里。

3.3 法律制度不健全

缺乏完整的、有系統(tǒng)的法律制度是金屬礦造成地下水污染的一個(gè)極其重要的原因。即便我國(guó)現(xiàn)如今頒布了許多有關(guān)這方面的法律法規(guī)，比如水法、水污染防治法、水土保持法、金屬礦區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)管理規(guī)定等都對(duì)保護(hù)金屬礦區(qū)的地下水資源、抑制金屬礦區(qū)地下水污染方面起著一定的作用，也在建立法律制度時(shí)制定了一系列懲罰措施，如規(guī)定了一些原則性的條款和賠款，但由于各個(gè)法規(guī)之間鏈接效果不強(qiáng)，使得法律效果的體現(xiàn)不明顯也不具體，特別是在管理金屬礦區(qū)地下水資源方面，仍存在著立法滯后，或者索性忽略金屬礦區(qū)這一特殊地帶的水污染情況。有些地方政府制定的法律體系在權(quán)利與義務(wù)方面失衡，操作不實(shí)際無(wú)實(shí)用，有時(shí)甚至只能紙上談兵。

4 金屬礦區(qū)地下水污染的防治措施

4.1 從對(duì)地下水污染途徑切斷

4.1.1 減少氰化物與汞的使用

氰化物和汞有劇毒，且化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)為極溶于水，因此若在金屬開(kāi)采過(guò)程使用氰化物與汞來(lái)作為提純金屬的材料，很難避免地下水污染現(xiàn)象。可以優(yōu)先選取浮選的手段來(lái)提取金屬，現(xiàn)如今多數(shù)浮選劑已經(jīng)符合環(huán)保的要求也被提倡。若在特殊情況下需要用到氰化方法時(shí)，可以用環(huán)保浸金劑來(lái)代替氰化物。

在條件允許情況下，可以先將金屬礦采集，利用不同金屬之間的不同性質(zhì)，讓多種金屬在一定條件下進(jìn)行置換達(dá)到提純目的。

4.1.2 通過(guò)保護(hù)土壤來(lái)切斷地下水污染

不管是漫天沙塵、還是金屬施工過(guò)程中排放的尾氣、還是有害物質(zhì)的揮發(fā)，一旦它們浮在空氣中被雨水融合，其最終的走向都是通過(guò)沉落到土壤然后下滲形成水污染的。因此我們?cè)谑┕み^(guò)程中，要注重對(duì)土壤的保護(hù)。具體措施有，用隔絕效果強(qiáng)的材料，鋪在土壤上，根據(jù)不同污染物的濃度，選擇不同厚度的隔離材料，采用隔離法將土壤與大氣相隔。

4.1.3 通過(guò)污染物沉淀法

將產(chǎn)生的污染物加入化學(xué)成分，使污染物轉(zhuǎn)化為難溶于水的物質(zhì)，而后將它清除。

4.2 從施工過(guò)程中的污染著手

對(duì)地下水徑流強(qiáng)度較大的地區(qū)，要設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，金屬開(kāi)采前，用集水設(shè)備將地下水抽干收集。等到工程施工完畢后，再采用土壤修復(fù)措施，將有污染物的土壤凈化，等到土壤凈化程度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再將收集的地下水排回到原處。

也可以考慮用淋濾沖洗法清除土壤包氣帶的污染物，根據(jù)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)，用清水或加入化學(xué)劑對(duì)土壤灌注淋洗，回收的淋洗液還可以通過(guò)活性炭再加工，成為純凈水或原始化學(xué)物質(zhì)。

4.3 其它方面

由上述所說(shuō)，倘若法律制度建立不完善，過(guò)渡開(kāi)采金屬礦過(guò)程中濫用地下水資源造成不同程度地污染和后果等不良現(xiàn)象會(huì)屢屢發(fā)生。因而法律法規(guī)的制定是實(shí)現(xiàn)保護(hù)地下水資源免受污染的關(guān)鍵。

在立法中，要對(duì)地下水資源保護(hù)的基本立法原則進(jìn)行反復(fù)推敲，突出三項(xiàng)基本原則，對(duì)肆意污染者要進(jìn)行懲罰措施使其承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任，將預(yù)防和防治這兩項(xiàng)原則相結(jié)合，將開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)改善的原則相結(jié)合。應(yīng)當(dāng)盡快把地下水資源保護(hù)法立法工作列入議事日程，重新分配政府各部門(mén)間的權(quán)責(zé)，健全水資源管理體制。

5 已被污染的地下水的修復(fù)

5.1 鋪設(shè)有效物資

在礦山區(qū)中，先對(duì)礦渣地進(jìn)行清理。全面清除尾礦和殘?jiān)Ｔ俜謩e按順序鋪設(shè)三合土隔離層、凈土壓實(shí)層、凈土根植層。

有機(jī)重構(gòu)礦渣對(duì)有效改善土壤起重要作用。大自然是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)土壤不受到污染時(shí)，雨水沖刷土壤時(shí)就不會(huì)浸透有害物質(zhì)。

5.2 原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)

原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的是運(yùn)用電化學(xué)動(dòng)力理論來(lái)設(shè)計(jì)的修復(fù)技術(shù)，分為三類(lèi)：電滲析方式、電遷移方法、電泳方式，主要處理埋在地下污染水中的非離子態(tài)污染物、清理地下水中污染物的帶電離子、處理依附在能移動(dòng)的物體上的污染物。在電場(chǎng)的作用之下，金屬離子受到電場(chǎng)力的影響，在電場(chǎng)力的影響下金屬帶正電的離子向電解池的陰極移動(dòng)，金屬帶負(fù)電的離子向陽(yáng)極移動(dòng)，從而將這些污染物聚集在一起形成聚沉，進(jìn)行集中處理。達(dá)到移除地下水中污染物的作用。

5.3 抽取處理修復(fù)污水

采取手段將已經(jīng)污染了的地下水抽出地表，這種抽取處理的方式大都被應(yīng)用處理地下水中的易溶污染物質(zhì)。可以利用自然衰減修復(fù)技術(shù)配合處理地下水污染，比如：通過(guò)微生物降解、地下水天然的氧化作用等等。這種方式是通過(guò)抽取被污染的地下水，這樣還可以使地下水被污染的范圍受到控制、減小地下水的污染程度等。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，全文從金屬礦開(kāi)采對(duì)環(huán)境的主要影響、金屬礦對(duì)地下水產(chǎn)生的污染現(xiàn)象、造成污染的原因、地下水污染的防治措施和污染修復(fù)著手，深入分析了地下水污染的現(xiàn)象及原因，從不同方面提出了相應(yīng)的整治措施。