劍江干支流受煤礦礦坑水污染狀況分析

劉以禮，王開(kāi)富，胡長(zhǎng)春，雷 宇，石光明

(黔南州環(huán)境監(jiān)測(cè)站，貴州 都勻 558000)

煤炭資源開(kāi)采會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，礦坑水則是煤礦的主要污染因子，排入天然河流水體后對(duì)水環(huán)境的不良影響很大[1]。都勻地區(qū)劍江流域眾多煤礦、煤窯所產(chǎn)生的礦坑水，長(zhǎng)期以來(lái)造成了劍江一些支流及其干流部分河段的污染。

1 劍江干支流2001年與2012年同期河水總鐵含量對(duì)比

煤礦礦坑水污染以豐水期為重。2001年7～8月，對(duì)劍江一些受礦坑水污染明顯的干支流河段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，劍江水系及監(jiān)測(cè)斷面分布見(jiàn)圖1。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果并結(jié)合煤炭工業(yè)污染物特點(diǎn)及劍江流域地理地質(zhì)環(huán)境特征分析，確定最主要的污染物是以Fe2O3形態(tài)為主的總鐵[2]。2012年同期，再次監(jiān)測(cè)各斷面總鐵含量。2個(gè)年度總鐵監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 劍江水系及監(jiān)測(cè)斷面分布

表1 各斷面總鐵監(jiān)測(cè)結(jié)果 mg/L

表1顯示出了污染變化的幾個(gè)特點(diǎn):

(1)大部分?jǐn)嗝?012年總鐵含量比2001年同期上升，污染程度加重，尤其是楊柳街河，3個(gè)斷面污染均大幅度上升，中游下壩橋斷面總鐵含量由2.15 mg/L上升到了9.64 mg/L，上升幅度高達(dá)348%，而且下壩橋和馬坡的總鐵含量超過(guò)了GB20426－2006《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中7 mg/L的限值。

(2)擺楠河2001年未見(jiàn)明顯污染，2012年其中游河段已受較大污染，其河口段污染較輕。

(3)2001年堯林河從中游起開(kāi)始有污染，上游較為清潔;但2012年上游河段受到嚴(yán)重污染，漫坡斷面總鐵含量高達(dá)7.25 mg/L。其中、下游則相反，污染比2001年同期減輕，下堯林寨和小河邊成為少有的2012年總鐵含量顯著下降的監(jiān)測(cè)斷面。

(4)劍江從楊柳街河匯入后即受到明顯的污染，近十余年來(lái)污染在波動(dòng)中總體上呈上升趨勢(shì)，2012年污染更加嚴(yán)重，市區(qū)上游橋頭堡斷面總鐵含量達(dá)4.19 mg/L，超過(guò)2001年數(shù)倍;被明顯污染河段還向下延伸到都勻市區(qū)內(nèi)，市區(qū)龍背橋斷面總鐵含量達(dá)1.63 mg/L，已呈明顯黃色，對(duì)城市水體景觀造成了很大的負(fù)面影響。

2 污染狀況形成及變化原因分析

在煤礦地下開(kāi)采過(guò)程中，采掘活動(dòng)破壞了地下含水層和煤層之間的隔水層，使得其中的孔隙水、裂隙水和(或)溶洞水滲入煤層，形成礦坑水[3]，煤炭中伴生的硫鐵礦等進(jìn)入水中，這些污染物質(zhì)在水中不斷經(jīng)氧化等作用逐步轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化為Fe2O3等金屬氧化物和以硫酸鈣為主的硫酸鹽類。被污染的河流顏色隨著Fe2O3含量的多少而從淺黃到深黃褐色不等，河水總鐵濃度達(dá)到約0.5 mg/L時(shí)出現(xiàn)輕微的黃色，總鐵含量超過(guò)1 mg/L后，呈現(xiàn)明顯的鐵銹黃色，被稱為“銹水河”。

都勻劍江流域從2001年到2012年，十余年來(lái)“銹水河”污染狀況加重，與流域內(nèi)煤礦開(kāi)采及礦坑水排放量增加緊密相連。

隨著開(kāi)采年限的增加，煤礦井不斷向地下掘進(jìn)延伸，地下水壓越來(lái)越高，同時(shí)穿透的隔水層、連通的含水層和煤層越來(lái)越多，即使煤礦生產(chǎn)規(guī)模不擴(kuò)大，也會(huì)導(dǎo)致礦坑水量加大，同時(shí)煤礦礦洞形成的采空區(qū)越來(lái)越大，上方形成地裂縫和蹋陷帶，也使得更多的雨水和地表徑流進(jìn)入礦坑成為礦坑水[4]。

2002年以來(lái)，特別是2002到2007年，我國(guó)煤炭?jī)r(jià)格快速上漲，推動(dòng)了全國(guó)煤炭生產(chǎn)，都勻地區(qū)也新投產(chǎn)了不少煤礦井，同時(shí)一些老礦也進(jìn)行改造、擴(kuò)建，新增了采煤工作面，擴(kuò)大了生產(chǎn)能力，這些新建和改、擴(kuò)建礦井使排放的礦坑水進(jìn)一步增多。因此，劍江幾條支流大部分河段污染加重，原本尚屬清潔的擺楠河中游與堯林河上游也受到污染。支流污染加大，加上為城市供水于2003年建成運(yùn)行茶園水庫(kù)，導(dǎo)致劍江上游清潔天然來(lái)水大量減少，使劍江干流的污染程度加深。

煤礦環(huán)境影響并不隨著煤炭開(kāi)采的結(jié)束而結(jié)束，而是繼續(xù)存在，因?yàn)橐咽芷茐牡牡叵滤挡豢赡芑謴?fù)。不少關(guān)停廢棄煤礦依然產(chǎn)生礦坑水并外流污染水體，但缺少了機(jī)械強(qiáng)制疏干排水作用和井下通風(fēng)供氧對(duì)硫鐵礦氧化溶入水體的加強(qiáng)作用以及井巷掘進(jìn)中爆破、切割、鉆孔和風(fēng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)地下水流動(dòng)的促進(jìn)作用，礦坑水的產(chǎn)生量和污染物含量要比運(yùn)行時(shí)小。

2001年對(duì)堯林河中下游影響很大的下堯林寨附近煤礦井在2012年之前因資源枯竭而廢棄，礦坑水量因此減少很多;而堯林河上游漫坡近年新開(kāi)的礦井雖然使上游嚴(yán)重污染，但因河水中主要污染物Fe2O3容易在水中沉降，沉降速率隨著河水流速的減緩而增大，而從漫坡到下堯林寨之間的河床比降很小，又有原為農(nóng)田灌溉而砌筑的前后3道小水壩，河水流動(dòng)緩慢，致使下堯林寨斷面總鐵含量大大降低，其污染狀況較2001年明顯減輕。從中游到下游，因有2002年之后新建的小煤窯礦坑水流入，下游小河邊斷面污染狀況再次加重，但小河邊斷面自身與2001年同期相比，污染還是降低了的。

3 治理方法討論

近年來(lái)，都勻地區(qū)煤礦礦坑水污染河流問(wèn)題得到了一定程度的重視。都勻市曾分別在2004～2005年、2008年投入大量財(cái)力物力對(duì)受污染最重、地理位置又最敏感的楊柳街河進(jìn)行了治理，為規(guī)模較大的幾家煤礦建成了污水處理站，但這些污水處理設(shè)施只限于處理這少數(shù)幾家煤礦的礦坑水，且由于運(yùn)行需要煤企的人、財(cái)、物力成本投入，而相反環(huán)境違法成本很低等原因[5～6]，很難保證它們?nèi)空＿\(yùn)行，甚至于有的就完全形同虛設(shè)，所以總體收效甚微，受煤礦廢水影響的楊柳街河及劍江河段水質(zhì)并未見(jiàn)好轉(zhuǎn)，仍呈加重趨勢(shì)。故應(yīng)考慮再補(bǔ)充其他的方法來(lái)進(jìn)行治理。利用河流自然曝氣作用使污染物中的各種低價(jià)鐵化合物進(jìn)一步充分氧化為Fe2O3，再以人工水壩加速其沉降，是一種有效的治理途徑。

在受礦坑水污染河流上分別修筑多級(jí)壩頂溢流式小水壩，下一梯級(jí)的水壩回水末端與上一梯級(jí)水壩壩腳互不相接，中間留出一段天然未渠化河道，這一段河道和壩上溢流起到了自然曝氣作用，而庫(kù)區(qū)則發(fā)揮沉淀作用。多級(jí)水壩建成后將會(huì)顯著減輕“銹水河”的污染，事實(shí)上受煤礦礦坑水污染的劍江支流中，堯林河上游和擺楠河就因?yàn)楹又袔椎涝喔扔眯∷畨涡纬傻幕厮率笷e2O3迅速沉降，從而大大降低了下游污染物含量。

人工水壩工程建設(shè)難度低、建設(shè)速度快、投資不高，一次投入后能長(zhǎng)期有效，無(wú)須投加化學(xué)藥劑、安裝運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)電設(shè)備，不需專人管理，運(yùn)行成本基本不須考慮，能夠緩解污染狀況，很有實(shí)效。

在徹底從源頭上一一成功治理數(shù)量眾多的各類型煤礦的廢水污染，從而杜絕超標(biāo)廢水進(jìn)入天然河流水體之前，采用這種方法能最大限度地將煤礦礦坑水污染的影響控制在較短的河段，減少污染面，減輕污染狀況;而即使所有污染源都得到全面徹底穩(wěn)定治理，這也還是發(fā)生煤礦廢水污染事故時(shí)的有效緩沖措施。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦礦坑水對(duì)劍江一部分支流和劍江干流部分河段造成了污染，從2001年到2012年，由于煤炭開(kāi)采力度加大等原因造成煤礦礦坑水排放總量增加，污染程度總體上呈現(xiàn)加重趨勢(shì)，除少部分河段外，大多數(shù)原被污染的河段在2012年同期總鐵含量升高，污染加重，并出現(xiàn)新的被明顯污染河段，應(yīng)該切實(shí)采取措施進(jìn)行治理。筆者認(rèn)為在被污染河段河道中修建人工小水壩，采用自然曝氣－沉降方法減輕污染影響、減少污染面，是一種經(jīng)濟(jì)可行的治理方法。

[1]劉以禮，程義祥，潘明芳，等.巖溶山區(qū)煤礦開(kāi)采的環(huán)境影響與對(duì)策淺析[J].江蘇環(huán)境科技，2005，18(2):30－32.

[2]劉以禮，楊敢，熊菊萍.都勻地區(qū)煤窯礦坑水污染劍江支流狀況及治理[J].貴州環(huán)保科技，2001(2):42－46.

[3]汪龍琴，張明清，周錫德，等.煤礦水污染及防治技術(shù)[J].潔凈煤技術(shù)，2007，13(1):82 －85.

[4]邢立亭，徐征和，王青.礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用與規(guī)劃[M].北京，冶金工業(yè)出版社，2008:223－249.

[5]楊守勇.環(huán)保設(shè)施不能成為樣子工程[J].經(jīng)濟(jì)研究參考，2010(48):26－26.

[6]廖佩紅.環(huán)境違法成本低的原因分析及完善對(duì)策研究[J].環(huán)境，2008(1):68－71.