貴州省魚洞河流域酸性礦井水水質(zhì)特點及處理工藝探討

楊海毅，楊開貴，張孝益，朱守香，肖凱青

（凱里生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 凱里 556400）

貴州省凱里市魚洞河流域是凱里市煤礦資源主要富集區(qū)，自20世紀(jì)八九十年代以來，僅記錄在造冊的煤礦先后有80余座，涉及爐山鎮(zhèn)、萬潮鎮(zhèn)、大風(fēng)洞鎮(zhèn)、龍場鎮(zhèn)和灣水鎮(zhèn)，后陸續(xù)整改關(guān)閉，于2014 年全部閉坑。由于無序的采煤活動，使凱里市魚洞河流域遭受嚴(yán)重的煤礦污染，河道受酸性礦井水和煤矸石淋溶水污染，形成了山荒水“銹”的境況，流域局部地段發(fā)生崩塌形成堰塞湖，影響水流正常流動，水體中氧化產(chǎn)生的黃色懸浮物沉積于河床形成底泥，使河道呈黃色，感官性狀差，“黃水河”現(xiàn)象明顯，已成為影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的重要因素，被列為中央環(huán)保督查的重點督查內(nèi)容之一。本文收集魚洞河流域不同礦井水資料，總結(jié)礦井水的水質(zhì)分布特點和規(guī)律，選取青杠林村龍洞泉污染治理試點工程、下院橋頭煤礦礦井水治理試點工程、孫家寨煤礦礦井水治理技術(shù)試點工程等治理項目為典型案例，對魚洞河流域采取的治理工藝、運(yùn)行特點等進(jìn)行分析，為魚洞河流域環(huán)境綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 魚洞河流域現(xiàn)狀

1.1 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

魚洞河流域位于貴州省東南凱里市西北部，屬長江流域沅江水系，清水江（沅江上游）二級支流，重安江一級支流。魚洞河流域面積234 km2，多年平均流量1.4億立方米，主河道長28.7 km，其中主干流河道白水河長25.7 km，支流平路河長24.5 km，白水河與平路河匯合后稱岔河（魚洞河），岔河下游河道長3.0 km，匯入重安江。魚洞河流域?qū)俚湫偷目λ固厝蹘r地貌區(qū)，巖溶裂隙、溶洞、暗河普遍發(fā)育，地表水系復(fù)雜，地下水資源豐富，地表、地下水聯(lián)系密切，多年平均流量4.23 m3/s，最枯月平均流量0.54 m3/s，其中兩岔河匯口上游白水河多年平均流量2.22 m3/s，最枯月平均流量0.28 m3/s；兩岔河匯口上游支流平路河多年平均流量1.77 m3/s，最枯月平均流量0.23 m3/s。流域范圍覆蓋大風(fēng)洞、爐山、萬潮、龍場和灣水五鎮(zhèn)，涉及46 個村寨。

1.2 礦井水水質(zhì)基本特征

照礦井水的水質(zhì)類型特征，可將礦井水分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和含微量元素或放射性元素礦井水5類[1-2]。礦井水中主要污染為pH值問題、鐵、錳、硫酸鹽[3]，主要來源于兩個區(qū)域，第一個區(qū)域位于爐山鎮(zhèn)和大風(fēng)洞鎮(zhèn)西的上堡、太田至巖腳一帶，主要的礦井有大帽山煤礦、羊場壩煤礦、飛龍煤礦、峽谷巖煤礦等4個煤礦及大老黃、良田村煤礦等無主小煤窯3處。第二區(qū)域集中在白水河與平路河的中下游及魚洞河等兩岸附近，所含煤礦有謝家寨煤礦、王家寨煤礦、芭茅坪煤礦、坪地煤礦等大小煤礦100個。

圖1 魚洞河流域區(qū)位圖

圖2 礦井分布圖

1.3 礦井水污染途徑

由于無序的采煤活動，煤礦開采時的采空區(qū)“打穿”頂板，使得頂板棲霞組灰?guī)r中的巖溶水進(jìn)入采空區(qū)，采空區(qū)煤層中的黃鐵礦暴露于空氣或浸沒于富氧的水中，首先與H2O和O2作用，釋放出H+和Fe2+，然后 Fe2+由O2氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+，隨著pH值降低，F(xiàn)e3+活度提高，進(jìn)一步作用于黃鐵礦。黃鐵礦反應(yīng)后的Fe3+、H+和SO42-進(jìn)入水體后，造成水體總鐵含量升高，pH值降低和硫酸鹽升高[4-5]，形成了鐵、錳、硫酸鹽含量很高的酸性礦井水，酸性廢水又通過井口、暗河、裂隙等通道排到到白水河、平路河，匯集到魚洞河，最終排入重安江。

2 廢水治理技術(shù)的現(xiàn)狀及特點

2.1 青杠林龍洞泉污染治理試點項目

青杠林龍洞泉污染試點項目由中煤地華盛水文地質(zhì)勘察有限公司實施，采用水文地質(zhì)調(diào)查、航空遙感探測、水文地質(zhì)鉆探、地球物理探查（包括井中物探、井中電視）、地下水示蹤試驗、巖溶洞穴潛水探測、水文化學(xué)探查、四水（地表水、地下水、采空污染水、大氣降水）長期動態(tài)監(jiān)測等綜合勘察技術(shù)手段，確定了“源頭控制+關(guān)鍵通道封堵+應(yīng)急保障”的治理思路，實現(xiàn)年污染水減排近300萬m3，起到了很好的示范作用。

2.2 鄉(xiāng)企江口煤礦試點工程

鄉(xiāng)企江口煤礦試點工程采取“源頭減量+采空區(qū)及關(guān)鍵通道封堵+帷幕墻封堵+淹沒式水倉反壓+末端治理”的治理思路，采用低海拔封堵至高海拔出水，將水位線提升至煤層頂板水位線的方式，使地表水等水體在頂板水位線以上循環(huán)，避免了煤層與水與氧氣的有害反應(yīng)，最終達(dá)標(biāo)排放。

2.3 金竹沖煤礦試點工程

金竹沖煤礦試點工程采取對煤層采空區(qū)實施區(qū)域治理工程，采用“源頭控制+低處阻截+淹沒抬升地下水位隔離+地面處理”的綜合治理模式，基于反水淹沒隔離的井下封堵技術(shù)。

2.4 橋頭煤礦末端井口處理工程

橋頭煤礦末端井口處理工程對煤層采空區(qū)實施區(qū)域治理工程，對地下水側(cè)向徑流來水方向?qū)嵤┐瓜騾^(qū)域治理（垂向帷幕），削減礦井水補(bǔ)給量并在井口建設(shè)末端處理工程，創(chuàng)造性運(yùn)用可滲透反應(yīng)墻+連續(xù)堿反應(yīng)系統(tǒng)處理酸性礦井水，并建設(shè)人工濕地進(jìn)一步檢驗出水效果。

2.5 孫家寨煤礦酸性礦井水治理工程

孫家寨煤礦酸性礦井水治理工程，采用原位微生物氧化還原生態(tài)修復(fù)技術(shù)修建酸性煤礦廢水處理系統(tǒng)，將孫家寨廢棄礦區(qū)礦井廢水排水口排出的廢水引入處理系統(tǒng)中進(jìn)行凈化，主要包括微生物生態(tài)修復(fù)單元和堿反應(yīng)生態(tài)修復(fù)單元兩部分，有效削減煤礦酸性礦井水中鐵、錳等有害金屬離子的含量和酸度，改善水體水質(zhì)，達(dá)到保護(hù)區(qū)域水體水質(zhì)的治理目標(biāo)。

2.6 五里橋煤礦廢水處理工程

五里橋煤礦廢水處理站，占地面積約6 345 m2，日處理規(guī)模為450 m3/h，由調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池、初沉池、曝氣池、二沉池、過濾器、集水池、清水池、污泥池、污泥脫水平臺、風(fēng)機(jī)房、配電房及操作間組成，場區(qū)標(biāo)高887.60 m，接納處理五里橋受污染的巖溶泉眼水體，泉流量90～400 m3/h。

3 試點項目綜合比較分析

酸性礦井水的處理工藝[6]主要有人工濕地、微生物處理法、中和+混凝沉淀+過濾法等。凱里市魚洞河流域青杠林龍洞泉污染治理試點項目、金竹沖煤礦試點工程、下院橋頭煤礦末端井口處理工程3項試點工程采用的都是“源頭控制+井巷封堵+帷幕阻斷”的模式，該方法具有效果明顯、成本低，缺點是前期投入打，施工技術(shù)難度大；孫家寨煤礦酸性礦井水治理工程采用原位微生物氧化還原+堿反應(yīng)墻工藝比常規(guī)傳統(tǒng)中和+混凝沉淀+過濾法成本降低30%～50%以上，具有可持續(xù)修復(fù)治理和易管理的技術(shù)優(yōu)勢，易于推廣，應(yīng)用前景廣闊。五里橋煤礦廢水處理工程屬末端治理，技術(shù)成熟可靠，處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但治理設(shè)施需長期運(yùn)行，成本費(fèi)用較高。各項試點工程水質(zhì)處理結(jié)果見表1。

表1 試點項目出水水質(zhì)統(tǒng)計表

4 結(jié)語

魚洞河流域由于歷史原因，煤礦無序開采，地質(zhì)資料，基礎(chǔ)資料缺失、煤礦關(guān)閉后的采空區(qū)分布、巷道分布不清楚，同時特殊的喀斯特地貌，復(fù)雜的地理地形給魚洞河流域污染治理帶來了巨大的挑戰(zhàn)，本文通過煤礦礦井水的水質(zhì)特點進(jìn)行分析，深入探討6項試點工程，結(jié)果表明：魚洞河流域治理需要采用區(qū)域系統(tǒng)性綜合治理，選用源頭治理為主，末端治理為輔，利用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，先行先試，總結(jié)各試點項目的優(yōu)點和不足，有針對性地實施個性化工程，最終實現(xiàn)水質(zhì)總體向好目標(biāo)。