某石煤礦山治理效果評價及改善建議

劉幸庭　熊玥　劉鳳姣

摘 要：石煤礦區極易產生酸性廢水，危害礦區生態環境安全。文章介紹了某石煤礦山的治理工程，工程主要包括廢石轉運、削坡減載、粘土防滲與覆土綠化、截洪溝修建、擋土墻修建、生態混凝土護坡、底部挖槽及石灰/石灰石填鋪、回填區生態恢復等。通過長期監測擋土墻的出流水體的pH值以及重金屬離子濃度，評價其治理效果。在此基礎上，文章提出了使用可滲反應墻技術對礦區污染進行治理，該技術具有可替換、適應性強的特點，能夠起到較好的防污效果。

關鍵詞：石煤礦山;重金屬;污染治理;污染評價

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.009

石煤是由菌藻類、海綿等的原始動、植物遺體在淺海環境條件下經過成千上萬年的腐泥化作用和煤化作用而形成的劣質煤[1]。石煤在開采過程中，產生了大量的固體廢棄物，侵占了大量的土地資源[2]。此外，固體廢棄物在大氣降水的淋濾作用下，將釋放出含有大量重金屬離子的酸性礦山廢水[3]。酸性礦山廢水會使水土質量下降、并危及物種多樣性、擾亂生態穩定[4-6]。湖南地區石煤資源較為豐富，石煤開采和利用對當地經濟的發展和社會進步起到了一定的作用，隨之而來的是嚴重的地質環境問題，如地表破壞，土石環境污染[7]。石煤礦區生態環境污染亟待治理。文章對某石煤礦礦山進行的綜合治理工程進行了評價，提出治理工程的改善意見，以豐富石煤礦區治理實踐，為治理工程提供參考。

1 某石煤礦山治理工程概況

填埋是目前處理礦山固體廢棄物比較常見的方式。某石煤礦治理項目的工程內容主要包括：采場邊坡削坡減載以消除地災隱患;廢石運轉至采坑拌石灰/石灰石填埋、填埋區出口修建擋土墻、四周修建截排水溝、填埋區粘土防滲等;采場邊坡客土噴播綠化、填埋區覆土綠化等。

2 治理工程效果評價

通過監測擋土墻#1出流水體的質量來評估該治理工程重金屬阻控的效果。該工程于2020年6月完成主體工程并通過工程驗收。我單位于2020年7月開始取樣監測，取樣起止日期為2020年7月～2021年12月，每月取樣一次，共計取樣18個。采用玻璃電極法測定出流水體的pH值，根據《水質金屬總量的消解微波消解法（HJ 678—2013）》進行消解，消解后采用電感耦合等離子體質譜法（ICP—MS）檢測出流水體中Cd和Pb的含量。

采用《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中Ⅳ類水質標準進行評價，出流水體pH值及重金屬Pb濃度的變化如圖2所示。

根據實測結果與《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中Ⅳ類水質標準對比可知，如表1所示，ρ（Pb）的出流濃度呈現逐月增高的趨勢，其最小值超標3.54倍，最大值超標6.93倍;水體pH值總體呈現逐月降低的趨勢，治理工程服役初期，水體pH值處于標準限值范圍內。服役第6個月水體pH值開始超過相應標準，水體pH值最低值為3.03，呈現出強酸性。

治理效果評價：工程的實施消除了地質災害隱患，邊坡及填埋場綠化效果良好，一定程度上消除了視覺污染。受治理經費的限制，填埋的廢渣僅做了石灰攪拌處理及粘土防滲。在工程竣工初期，重金屬阻控具有一定的效果，隨著時間的推移，阻控逐步失效。

3 改善建議

考慮到現有治理工程欠佳，擋土墻出流水體存在污染這一現實狀況，采用新型的可替換的可滲反應墻（PRB）進行污染治理。PRB技術又稱可滲透反應墻技術，是通過在地下構筑可透水的反應墻或是反應帶，當污染地下水流經反應墻或是反應帶時，污染物得以去除的一種地下水污染原位修復技術。

目前，PRB系統大多施工繁瑣，反應介質中的作用有可能導致物質的沉淀，不易清理。為解決介質材料堵塞導致PRB失效，傳統PRB濾芯材料不好替換，施工工藝復雜等問題，以零價鐵（ZVI），沸石、石英砂、活性炭和粉煤灰為主要濾芯材料，發明了一種可替換型可滲透反應墻，為污染地下水治理領域提供新方法、新思路，推動PRB技術走向成熟化。

5.格柵;12.反濾層;13.T型樁;10.鋼架結構保護層;14.接口焊接

鋼結構保護層是整個系統最外層的長方形殼體，目的是作為濾芯材料的支撐固定，為濾芯材料的安裝和替換提供空間，保證在替換濾芯材料的過程中具有一定的強度輔助支護，使整個結構完整，系統內部不塌陷。T型固定樁用于分段固定整個裝置，T型端頭部裸露在擋土墻外，為系統的安裝提供空間。T型樁尾端嵌入擋土墻內，用于固定整個反應裝置。同時，方便整個系統的安裝和濾芯材料的替換。設置T型樁為基礎的目的是分段安裝，達到在不同環境工況下也能方便施工的目的。

9.進水通道;10.鋼架結構保護層;5.網狀格柵

所述網狀格柵采用金屬隔板，為反濾層和濾芯材料層裝填提供空間。主要起到固定反濾層和濾芯材料層，保證濾芯材料在替換過程中空間的穩定。在所述反濾層，主要包括粗細石英砂，粒徑不同的石礫，填充在網狀格柵和擋土墻之間。濾液流經濾芯材料和網狀格柵到達反濾層，該層用來收集濾液同時也具有一定的過濾作用，濾液流經反濾層后通過擋土墻的出水口流出。

采用PVC材料作為濾芯材料的承載體，由于其強度高，對氧化劑、還原劑和強酸都有很強的抵抗力，且流動特性差、收縮率低、造價低。

將可滲反應墻置于堆體的底部，污染物流經尾礦堆，由保護層的進水口進入到系統內部，由出水口進入到濾芯材料箱體進行過濾，零價鐵（ZVI），沸石、石英砂、活性炭和粉煤灰對于滲濾液的酸性具有緩沖作用，還能吸附滲濾液中的多種重金屬離子。中和吸附后滲濾液由濾芯材料箱體的出水口流出流經網狀格柵和反濾層，進行儲存和進一步過濾，最后由擋土墻的通水管道排出到排水渠進行收集和觀察。通過對排水渠的水體進行檢測，評價可滲反應墻的服役性能。當出流水體的pH值及重金屬濃度超過相應標準時，可更換濾芯材料。

4 結語

石煤礦在開采過程中，破壞了地形地貌，引發了嚴重的重金屬污染。該治理工程對于礦區生態環境恢復起到了一定的積極作用，減少了酸性礦山廢水產量。通過長期檢測擋土墻出流水體的pH值及重金屬離子濃度，評估該治理工程的效果欠佳，不能完全阻隔酸性礦山廢水。因此，提出了采用可滲反應墻技術對礦區污染進行治理，可滲反應墻具有可替換、適應性強的特點，能夠起到較好的防污效果。

參考文獻

[1] 周聞達，向武，金麗，等.石煤礦山酸性廢水自凈化機理及防治對策[J].環境科學與技術，2020（8）：20-27.

[2] 曾慶釙.利用鎢尾礦制備地質聚合物及其性能研究[D].贛州：江西理工大學，2021.

[3] Naidu G，Ryu S，Thiruvenkatachari R，et al. A critical review on remediation， reuse， and resource recovery from acid mine drainage[J].Environmental Pollution，2019（4）：1110-1124.

[4] 劉閃，曹星星，吳攀，等.酸性礦山廢水影響下水庫真菌群落特征與環境因子研究[J].環境科學與技術，2021（2）：1-8.

[5] 王晨昇，姜大偉，胡格吉樂吐，等.礦山酸性廢水預測評價方法[J].礦產勘查，2019（3）：690-694.

[6] 曾威鴻，董穎博，林海.酸性礦山廢水源頭控制技術研究進展[J].安全與環境工程，2020（1）：104-110.

[7] 劉景槐，牛磊.湖南懷化會同地區含釩石煤提釩與資源綜合利用[J].有色金屬工程，2012（4）：31-35.