廣西某鉛鋅礦區水環境質量演變分析

肖筱瑜，梁文壽，唐名富，余 謙

(1.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.廣西環境治理工程技術研究中心，廣西 桂林 541004；3.廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室，廣西 桂林 541004；4.廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室科教結合科技創新基地，廣西 桂林 541004)

0 引言

中國是全球最大的有色金屬生產國和消費國。金屬礦產的開發帶來巨大經濟效益的同時，不可避免地會帶來一系列的環境負面影響。有研究顯示，礦山開采存在不同程度的重金屬污染，如鉛、鋅、鎘、汞以及類金屬砷等[1-3]。據統計，由于采礦和冶煉每年會有635×106kg鉛、35×106kg砷被釋放到大氣、水體和土壤中，占進入環境總鉛、總砷的35%和22%。尾礦庫滲濾液、廢石場淋濾液以及選礦廢水的無序排放，對周圍水環境的影響尤為突出[2]。鉛鋅尾礦、廢石在降雨作用下形成含有重金屬元素的淋濾液，下滲到地下水環境中[3]，帶來飲用水源污染風險和對居民健康的危害。如果開采的是硫化礦，其礦渣、廢石內部的硫化礦物氧化后會導致礦山廢水為酸性，會進一步淋洗出礦物中的鉛、鋅、砷、鎘、銅等重金屬[1-15]，加大水環境中重金屬污染的可能性。前人除了從地下水研究礦山重金屬污染[2]外，還分析了采礦排水對周邊地表水環境的影響[3，16]，以及從水量、流場等方面分析了地下開采對地下水環境的影響機理并提出了治理對策[17-18]，但有關礦山采選活動對礦區水環境質量演變方面的分析鮮有報道。本文以某礦區為例，根據對礦區多年的地表水和地下水監測結果，結合礦區水文地質條件，分析礦山生產建設、環境整治等活動對礦區地表水和地下水水質演變的影響，以期為礦業生產的水環境保護措施提供借鑒。

1 區域環境及水文地質概況

廣西某鉛鋅礦區處于構造侵蝕的中低山地貌單元。地面海拔高程一般為300～500 m，地形切割中等。項目區土壤以黃壤土居多。植被較發育，地帶性植被類型季風常綠闊葉林，組成種類復雜的多樣植被類型。

項目所在區域屬于亞熱帶季風氣候區，夏秋炎熱，冬春較寒冷。多年平均氣溫為21.3℃，多年平均降雨量為1780 mm。每年4—8月份為雨季，11—12月份為枯水期。

該鉛鋅礦區內無大的地表水體存在。礦區所在區域長年流水的溪流主要有3條小溪，最終向南流出礦區匯合于一條河流。

礦區主要出露為奧陶系中、上統和志留系下、中統。巖性為淺變質的砂頁巖夾少量不純的碳酸鹽巖石。地下水類型主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖夾碳酸鹽巖溶洞裂隙水、花崗巖-混合巖風化網狀裂隙水三類，水量一般較貧乏，局部地段含水量中等。本區主要受地形地貌及水文地質條件的制約，主要為地表河接受地下水的補給，地下水接受大氣降雨的補給，主要以泉和分散式滲流的方式排泄，補給地表水。

2 項目建設概況

該鉛鋅礦區有3個獨立的開拓系統，共設有7個工業廣場，井下有3個水倉，地面有4個沉淀池。用于收集沉淀坑涌水和廢石場下游滲濾水，廢水經過沉淀池后均就近外排于小溪。配套的選礦廠于20世紀60年代年建設，生產能力為300 t/d，采用浮選工藝，于2012年起因尾礦庫閉庫而關閉。

3 區域環境質量監測結果

3.1 地表水

對某鉛鋅礦區水系地表水環境質量進行布點監測(圖1和表1)，監測結果見表2和圖2。

表1 地表水監測點位和監測工況

圖1 礦區地表水監測點分布圖

3.2 地下水

選取該鉛鋅礦區范圍內2個監測井不同時期的監測結果進行分析，監測結果見表3和圖3。

表2 地表水環境質量監測結果

圖2 地表水鎘、鉛、鋅和砷不同年份的監測結果直方圖

圖3 地下水鎘、鉛、鋅和砷不同年份監測結果直方圖

表3 地下水監測結果

4 區域水環境質量演變分析

4.1 地表水質量演變分析

根據表2和圖2的地表水監測結果可以看出，6個監測斷面中有2個斷面的鎘超標，最大超標54%；1個斷面鉛超標，最大超標54%；其余監測因子能達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)的Ⅲ類標準。各斷面監測因子中鎘、鉛、砷均是2017年8月的監測結果最高，部分監測斷面鋅是2018年11月的監測結果最高。不同年份監測的地表水中鎘、鉛、砷、鋅監測結果有顯著變化。

2015年1月取樣時，礦山處于已停產3年狀態，所以地表水各監測段面鎘、鉛、砷、鋅均較低。2017年8月取樣時，礦山開采工程建設后正在進行試生產，雖然不排放廢水，但人為擾動加劇，也導致地表水各監測段面鎘、鉛、砷、鋅明顯升高：如1#點的鎘從低于檢出限(1 μg/L)增加到7.7 μg/L，增加了670.0%以上；6#斷面的鉛由48 μg/L增加到77.1 μg/L，增加了60.6%；1#點的鋅從0.132 mg/L增加到0.198 mg/L，增加了50.0%；1#點的砷從0.7μg/L增加到3.03 μg/L，增加了332.9%。

2018年11月取樣時，礦山進行了環境整治，且處于停產狀態。地表水各監測段面鎘、鉛、砷、鋅(1#、3#、和4#段面)出現回落：如1#點的鎘從7.7 μg/L下降到到2.5 μg/L，降低了67.5%；6#斷面的鉛由77.1 μg/L下降到低于檢出限(0.5 μg/L)，降低了99.4%以上；1#點的鋅從0.198 mg/L下降到0.146 mg/L，降低了26.3%；1#點的砷從3.03 μg/L增加到1.0 μg/L，降低了67.0%。但在2#、5#和6#監測段面鋅出現進一步升高現象，可能與2#小溪上游坑口涌水中鋅含量高有關。

從以上分析可以看出，人為活動對礦山區域地表水環境質量影響巨大：不同斷面的鎘、砷、鉛和鋅經生產建設擾動后分別增加了670.0%、332.9%、60.6%和50.0%。但通過加強區域廢石場、尾礦庫的復墾等環境整治，并控制生產排污，改善區域地表水環境質量作用明顯：相應斷面的鎘、砷、鉛和鋅分別降低了67.5%、99.4%、26.3%和67.0%。各監測時期的氣候條件見表4。

表4 不同時期監測氣候條件

根據覃祥敏[23]的研究，溫度對尾礦中Zn、Pb等金屬離子的溶出濃度的影響很大，溫度升高，尾礦內部分子運動加劇，反應加快，離子的溶出濃度升高。本鉛鋅礦是一個老礦山，周邊有尾礦庫和歷年采礦產生的廢石，礦山處于酸雨嚴重地區，大量的降水和高溫可促使重金屬的溶出，導致區域地表水重金屬含量升高，也是成為了2017年8月(在高溫多雨季節)監測結果顯著高于2015年1月和2018年11月(低溫少雨季節)的監測結果的原因之一。

4.2 地下水質量演變分析

根據表3和圖3的地下水監測結果可以看出，從2013年到2019年，礦區下游的1#監測井(水文鉆孔)鉛最大監測結果為28 μg/L(2013年監測值)，最大超標1.8倍；鎘和鋅的監測值呈明顯下降趨勢；鎘、鉛、鋅、砷在從2013年到2018，降幅分別為50.0%、98.2%、96.9%和16.7%；而鉛、砷在2019年有所回升(依然滿足GB/T 14848-2017 Ⅲ類水質要求)，并未在環境整治后同步跟地表水一起得到改善，有一定的滯后。礦區下游的2#監測井(民井)水質較好，鎘、砷、鉛、鋅的監測結果均較低，滿足GB/T 14848-2017 Ⅲ類水質，多年監測結果水質波動不大。

4.3 地表水和地下水的關聯性分析

礦區2013年至2019年歷次地表水和地下水監測結果匯總分析情況見表5。

表5 歷次監測結果(最大值)

由表5可見，各重金屬因子在地表水和地下水中的濃度數量級基本一致。總體上，除鋅在地表水中含量略低于地下水外，地表水的鉛、鎘和砷含量均高于地下水(為2.4～7.7倍)。而地下水中鋅含量最大值高于地表水，其主要原因是鉛鋅礦區土壤背景中鋅較高，且鋅易于溶解在地下水中造成。

根據礦山所處位置地形地勢，溝谷為地下水的排泄區，地表水主要接受地下水的補給。1#監測井和2#監測井處于不同水文地質條件且生產狀況不同，地下水受污染程度顯著不同。

1#監測井位于坑口1的下游。坑口1和1#監測井所在區域含水巖組包括砂巖、板巖、礫狀灰巖等，其構造裂隙、層間裂隙、風化裂隙較發育，地下水賦存和運移在裂隙中。該區域工業場地、廢石場均未進行硬化防滲，礦山開采的礦井涌水、礦區工業場地初期雨水、露天堆放的廢石淋溶水易于滲入該區域地下水環境中，該監測井地下水水質受到一定程度的污染，不能滿足GB/T 14848-2017Ⅲ類水質(2013年9月監測到一次鉛超標)。但污水下滲量相對排放入河量較小，且通過風化層土壤的物理、化學和生物作用，地下水中污染物得以凈化，故其中重金屬含量普遍低于附近地表水水質：1#監測井(2018年10月監測)的鎘、砷、鋅僅為其最近的同一小水文單元中的2#斷面(2018年11月監測)的22.7%、5.9%和27.8%。

2#監測井位于尾礦庫1和選廠下游。該區域的地下水為花崗巖-混合巖風化網狀裂隙含水層，地下水賦存于黑云母花崗巖、花崗閃長巖、流紋巖、花崗斑巖等花崗巖風化網狀裂隙中，水量貧乏，富水性弱。該區域花崗閃長巖、花崗巖、花崗斑巖呈巖墻、巖脈、巖株狀產出，基本呈微—未風化狀，裂隙少見，起隔水墻作用。因此尾礦庫滲濾液及選廠廢水不易下滲進入該區域地下水環境中。2#監測井(2018年10月監測)地下水滿足GB/T 14848-2017Ⅲ類水質要求，其中重金屬含量與最近的同一水文單元中的5#斷面同期(2018年11月監測)水質相當。

5 結論

不同斷面地表水中的鎘、砷、鉛和鋅經生產建設擾動后最大增加量分別為670.0%、332.9%、60.6%和50.0%。

2)受礦山生產活動污染的地下水監測井水質跟區域地表水變化趨勢一致，但其中重金屬含量普遍低于附近地表水水質，鎘、砷、鋅濃度僅為地表水的22.7%、5.9%和27.8%。

3)通過環境整治后，區域地表水環境質量改善作用明顯，相應斷面地表水中的鎘、砷、鉛和鋅分別降低了67.5%、99.4%、26.3%和67.0%；但地下水中鉛和砷并未同步跟地表水一起得到改善，有一定的滯后。

綜上所述，通過生態恢復和污染治理，可使區域環境得到一定程度的恢復，但其成本大，且地下水恢復慢。在采選礦生產過程中要盡量減少廢石、尾礦的無序堆存，做好尾礦庫及污水處理設施的防滲，采選廢水處理達標后外排，嚴格執行污染防治措施和生態恢復方案，從源頭減少生產對環境的不利影響，減小后期環境治理難度。