采礦廢棄物對土壤和水體的影響與處置分析

盛祝東

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410004）

1 概述

采礦業(yè)就是從地下開采具有經(jīng)濟價值的礦物或者其他物質(zhì)的活動，開采的部位多是礦物相對較集中的礦床，礦業(yè)開采的物質(zhì)主要包括鋁礬土、鐵、鉆石、煤、稀有金屬、鎳、石灰石、鉛、磷、巖鹽、錫、鈾和鉬等，可以說任何不能由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原始物質(zhì)均是由礦物提供的，廣義上說，天然氣、石油、以至于地下水的開采都可以算做采礦業(yè)的范疇。

采、選礦過程中排出的廢水、有毒氣體、廢石和粉塵等以及振動和噪聲等因素，對環(huán)境、土地、水質(zhì)和大氣等造成很大危害，一直是人們較為關(guān)心的課題。各國研究環(huán)境保護問題中進一步提出了資源長期利用的問題，特別著眼于廢石、廢渣、廢液重復(fù)使用及破壞后土地的復(fù)用等。采用強制手段，采取有效措施以確保礦山的環(huán)境。

采礦廢棄物（mining waste）是在采礦過程中產(chǎn)生的非礦物和沒有工業(yè)價值的礦物。如尾礦、圍巖、矸石等。隨著采礦業(yè)的發(fā)展，采礦廢棄物日益增多，造成了嚴重的環(huán)境問題。如一些有害元素，矸石、碎巖堆積，都是自然環(huán)境的破壞因素。礦山的廢石堆既侵占良田，又在長期的風(fēng)化及雨水的淋洗下，使周邊的地下水質(zhì)變壞，特別是酸性水或含有其他稀有重金屬的污水等，污染附近環(huán)境，給居民帶來嚴重危害。

2 采礦廢棄物對環(huán)境的影響

采礦業(yè)對環(huán)境的影響主要有水土流失、礦坑造成的地面沉降、生物多樣性的破壞以及采礦過程中含化學(xué)物的廢水對地下水的污染等?，F(xiàn)代很多國家對采礦業(yè)都有嚴格的環(huán)境保護以及恢復(fù)地表狀態(tài)的法律法規(guī)，要求采礦區(qū)域盡量恢復(fù)其原有的狀態(tài)，甚至比采礦之前的環(huán)境更好。使用以前的方法采礦、對采礦業(yè)限制不嚴格，會對環(huán)境造成無法估量的傷害，同時會影響到人類的健康。

2.1 采礦廢棄物對水體的影響

采礦業(yè)會對周邊環(huán)境以及地下水造成很大的影響，采礦后的廢棄污染物質(zhì)會集中污染大片的地區(qū)，例如煤礦可以產(chǎn)生約20多種有毒的化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)由排放水和供應(yīng)水的渠道會擴散污染的范圍。

隨著采礦業(yè)的快速發(fā)展，我國絕大多數(shù)城市均不同程度地存在著比較突出的水質(zhì)問題，大量未處理的采礦廢棄物、被污染土壤中的化學(xué)物質(zhì)、生活污水和工業(yè)廢水以及大氣沉降物不斷地排入水中，使水體沉積物和懸浮物中的重金屬含量急劇上升。對我國幾大湖泊進行水質(zhì)調(diào)查，結(jié)果表明：近年各大湖泊中受到各種重金屬污染的趨勢不斷上升，影響到了水體的質(zhì)量。根據(jù)我國七大水系研究的結(jié)果不難看出，1995年的時候長江水系中Cd的污染排在Hg、BOD、COD和揮發(fā)酚的后面；黃河水系總Cd含量超標(biāo)的達16.7%；海灤河中總Cd含量的平均超標(biāo)率在16.7%至83.9%之間；淮河干流中總Cd含量的超標(biāo)率達16.7%；大遼河水系的污染較輕，在監(jiān)測我國26個國控湖泊以及水庫發(fā)現(xiàn)有不同程度Cd污染的問題，污染程度排在Hg污染程度的后面。1991年至1995年相關(guān)部門對我國重要城市河流、湖泊水庫及七大水系的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)了Cr和Pb是較普遍的重金屬污染物。重金屬污染物進入水生生態(tài)系統(tǒng)之后，分布在水生生態(tài)系統(tǒng)的各個組分中，從而對生態(tài)系統(tǒng)中的各組分產(chǎn)生影響(即生態(tài)效應(yīng))。當(dāng)生物體內(nèi)的某種重金屬積累到一定數(shù)量后，會出現(xiàn)中毒癥狀，發(fā)育停滯、生理受阻，甚至死亡，也會使整個水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受損，以致崩潰。水體中的重金屬也可以通過直接飲水或者食用用污水灌溉過的糧食和蔬菜等途徑進入人體內(nèi)，從而威脅到人們的身體健康。

2.2 采礦廢棄物對土壤的影響

我國正處在高速發(fā)展的時期，人口的膨脹需要開發(fā)足夠的礦產(chǎn)資源以滿足人民的物質(zhì)生活水平的提高。采礦所引起的土地利用變化雖發(fā)展了經(jīng)濟，但是也造成了嚴重的環(huán)境問題，特別是對河流泥沙和水土流失造成極其不利的影響。國內(nèi)外有許多實例。豫陜晉接壤區(qū)林草茂密，人煙稀少，80年代后，國營及個體企業(yè)紛紛地投入到金礦的開采，雖經(jīng)濟效益非?？捎^，但棄石廢渣達1645萬m3，直接破壞的植被有168km2，侵蝕模數(shù)也由1030增加到了1458t/km2.a，人造泥石流和滑坡明顯增多。采礦不僅使水土流失嚴重，而且采礦廢棄物嚴重污染了當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)。該礦區(qū)大小選礦及采礦廠所產(chǎn)生的廢水中含鉛、汞等有害物質(zhì)，注入到當(dāng)?shù)厮抵率顾Y源受到污染，不能飲用，也不可灌溉。

目前全球煤炭開采的國家及地區(qū)，采礦活動已經(jīng)產(chǎn)生了大量的固體采礦廢棄物，其長期堆積所產(chǎn)生的重金屬污染受到格外的重視。礦區(qū)的固體廢棄物主要有：矸石和粉煤灰等。礦山固體廢物在堆積和填埋的過程中，長期處于與地下環(huán)境不同的地表環(huán)境中，將受到壓力、溫度、生物、水、人類活動等多因素的綜合影響，尾礦渣可通過礦物風(fēng)化并溶解其中所含的重金屬，使其從巖石圈進入水圈，在整個圈層中以多種途徑進行循環(huán)。

矸石露天堆積，比較容易風(fēng)化破碎，產(chǎn)生的粉塵易隨風(fēng)飄揚，矸石山燃燒時排放大量的有毒、有害氣體，燃燒產(chǎn)生的灰渣也引起空氣中顆粒物含量增加，從而對空氣造成污染。矸石山經(jīng)過雨水、雪水等的浸淋所產(chǎn)生的淋溶水中會含有酸性物、有毒重金屬離子、易溶解的鹽類及懸浮未溶解的顆粒狀的污染物。粉煤灰對環(huán)境的影響主要有污染大氣、污染水體、侵占土地和放射性危害。據(jù)統(tǒng)計，到2000年底，我國粉煤灰渣堆得存量已高達12.5億噸，需要堆場50～62.5萬畝（3.33～4.17萬平方公里）。粉煤灰的排灰方式一般為濕排，濕排會使飛灰中的有害成分溶入沖灰的水中，從而污染地表水和地下水。粉煤灰的含水量低，顆粒細，容易飛揚，處理不好容易產(chǎn)生揚塵。 在粉煤灰中的放射性元素的含量要比原煤中高出很多。

1989 年安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局對淮南地區(qū)及其周邊地區(qū)的土壤進行了地球化學(xué)普查。研究結(jié)果認為西部蔡家崗和東部九龍崗大通區(qū)土壤受到 Sn、Zn、Co、Hg、Pb 等重金屬污染，并認為土壤中重金屬有多種來源，有些元素含量異常高，如 Sn(175.4mg kg-1)、Zn(2.360mg kg-1)。

3 采礦廢棄物的處置措施

3.1 組織措施

加強組織領(lǐng)導(dǎo)是做好采礦廢棄物處理的關(guān)鍵。建立和健全廢棄物處理機構(gòu)，制定處理計劃和必要的規(guī)章制度，切實貫徹綜合處理措施；建立廢棄物處理監(jiān)測制度，大型的廠礦必須有專職人員，定期進行檢查并做出指導(dǎo)，對技術(shù)措施所達到的效果以及條件改善的情況進行評價。做好礦區(qū)環(huán)境保護的宣傳工作，讓大家就自己的責(zé)任以及義務(wù)做好環(huán)境工作。

3.2 技術(shù)措施

技術(shù)措施是處理采礦廢棄物的中心措施，利用物理、化學(xué)方法處理含重金屬廢水及土壤的方法有沉淀法、高分子捕集劑法、螯合樹脂法、天然沸石吸附法、活性炭吸附工藝、膜技術(shù)、離子交換法等。另外還有生物處理方法，這種方法有效、低廉且簡便易行。即建立人工濕地處理系統(tǒng)，通過植物和填料的吸附、沉淀作用將污水及土壤中重金屬污染物去除。有嚴格法律控制的國家，采礦業(yè)一定要有地質(zhì)學(xué)家和水文專家仔細研究并處理污染物，可以采用五種單獨技術(shù)措施來處理水污染的問題：含污染物廢水集中存塘、水分離系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)、地下水采集系統(tǒng)和地表水排放系統(tǒng)。對于含酸性污染物的水則應(yīng)直接排到水處理系統(tǒng)中處理。

總之，在對采礦廢棄物進行治理時，應(yīng)因時、因地致宜，并且根據(jù)不同的污染物種類，選擇處理費用低、效果好的一種或多種方法進行治理，才能達到事半功倍的效果。

3.3 廢物再利用

石家莊市化廢為寶，大力推行循環(huán)經(jīng)濟，綜合利用采礦廢棄物，一些焦炭企業(yè)以及電廠加大技術(shù)改造和投資力度，利用焦?fàn)t煤氣以及煤矸石發(fā)電，全市年可利用煤矸石為9.3萬噸，可利用焦?fàn)t煤氣為3650萬立方米，節(jié)約標(biāo)準煤相當(dāng)于1983萬噸。此外，該市將企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品以后剩下的冶煉廢渣、爐渣和粉煤灰等作為原材料，再創(chuàng)建新企業(yè)，生產(chǎn)墻體材料和水泥。目前此類企業(yè)全市已有 38家，廢物利用后減少排放粉煤灰相當(dāng)于156萬噸。

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