撫順煤矸石對地下水污染影響現(xiàn)狀及防治措施

■王 倫/楊新泉/任立國/崔 原/王 敏

(遼寧省第十地質大隊，撫順 113004）

撫順市是一座以石油加工及煤炭開采為主的重工業(yè)型城市，煤炭開采已經有百余年的歷史，在煤炭開采和洗選加工過程中產生大量的煤矸石。煤矸石是由碳質頁巖、碳質砂巖、砂巖、頁巖等巖石組成的混合物，其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量元素。

煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石山堆放在自然環(huán)境中極易發(fā)生自燃、淋溶、揚塵等。煤矸石長期露天堆放，在地表風化及大氣降水作用下形成淋濾液，其中的硫化物、重金屬等有毒元素大量釋放，滲入周圍土壤、水體及地下含水層，對環(huán)境及地下水產生一定危害，也同樣威脅人們的身體健康[1-3]。因此，通過對撫順市區(qū)煤矸石污染進行研究，并且能合理利用現(xiàn)有煤矸石，既迫切又重要。

1 撫順市區(qū)煤矸石堆放現(xiàn)狀

撫順市區(qū)現(xiàn)有面積大于1km2的舍場7個西露天西舍場（占地12km2）、東舍場（占地8.5km2）、華山街矸石山（占地1.62km2）、南舍場（占地2.5km2）、石油二廠舍場（占地1.7km2）、榆林堡舍場（占地8.8km2）、汪良華山舍場（占地5.1 km2）（參見圖1）。這些煤矸石長期堆放，形成矸石山，并沒有得到及時處理與合理利用。

2 煤矸石對地下水的污染

2.1 煤矸石污染過程及危害

煤矸石堆放占用大面積的土地資源，打破了區(qū)域內原有的生態(tài)格局。煤矸石在自然條件下，釋放出氣溶膠及一些有害氣體，對空氣造成一定污染。煤矸石富含堿金屬、硫化物及部分有機物。這些物質是構成無機鹽污染的主要物質組成。煤矸石在長期風化過程中，部分低燃點的有機物會出現(xiàn)氧化自燃現(xiàn)象，破壞其中的礦物結構，含氮有機物轉化為硝酸鹽。在降水、融雪等環(huán)境中液體淋濾了煤矸石中的無機鹽污染物，并流入地表，滲入土壤，通過毛細水進入淺層地表水中，對整體環(huán)境造成一定破壞[4]。降雨量、矸石山所在位置地層巖性及含水介質的滲透能力等對地下水污染都起到主導作用。比如撫順市西舍場，該區(qū)域內地下水潛水含水層以砂、礫石為主，底部基巖裂隙水含水層以花崗片麻巖風化帶及深層構造為主。其中砂、礫石及巖石風化帶滲透系數(shù)較大，并且對煤矸石內含有鈉、錳離子及其他無機鹽的淋濾液不會產生吸附或化學反應。經過多年對該區(qū)域內地下水的研究，發(fā)現(xiàn)舍場附近地下水已經污染嚴重。

圖1 撫順市矸石山、舍場分布圖

煤矸石被溶解出的有害元素鎘、鉛、汞、鉻、銅、鋅、鋁、鈣等，還有一些酸性物質，這些元素可以積存于地下水及動植物體內，對人體健康產生長遠的影響。

2.2 煤矸石影響范圍內地下水污染現(xiàn)狀及程度評價

經調查，煤矸石中有害物質通過地表滲入地下，使附近地下水受到污染，距離煤矸石越近，污染程度越高。通過對撫順市周圍各舍場水文資料的收集，選取了比較有代表性的舍場作為本次討論的重點。選擇的舍場為西舍場、東舍場及榆林堡舍場。在三個舍場附近選取8個地下水觀測點，對2012年水樣各項化學指標監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結論。

2.2.1 西舍場

選取附近4個點作以數(shù)據(jù)分析。2012年地下水水樣分析結果：E0003總硬度547.27mg/L（超標0.22倍）；礦化度1198mg/L（超標0.20倍），硝酸鹽27.1mg/L（超標0.36倍），硫酸根374.08mg/L（超標0.50倍）。E0044總硬度868.41mg/L（超標0.93倍）；礦化度1574.3mg/L（超標0.55倍），硫酸根578.7mg/L（超標1.31倍）。E0057礦化度1192.9mg/L（超標0.19倍）。E0058總硬度2308.91mg/L（超標4.13倍）；礦化度17339.8mg/L（超標16.34倍），硫酸根10862.91mg/L（超標42.45倍）。

2.2.2 東舍場

選取附近2個點作以數(shù)據(jù)分析。2012年地下水水樣分析結果：E0008礦化度1020.8mg/L（超標0.02倍），硫酸根356.50mg/L（超標0.43倍）。E0018總硬度732.59mg/L（超標0.63倍）；礦化度1226.5mg/L（超標0.23倍），硫酸根438.47mg/L（超標0.75倍）。

2.2.3 榆林堡舍場

選取附近1個點作以數(shù)據(jù)分析。2012年地下水水樣分析結果：E0025礦化度1064.4mg/L（超標0.06倍）。

2.3 撫順市區(qū)煤矸石淋濾液對地下水體污染的特點

矸石山的形成需要很長的時間，同樣，煤矸石淋濾液的下滲也要有較長時間段。矸石山表層產生淋濾液，一部分經表面匯流直接到達附近地表土壤層，另一部分經矸石山內部煤矸石層層滲入，達到矸石底部土壤層，再經包氣帶毛細水作用滲入地下水含水層中，這是一個長期的過程。

矸石山附近污染的地下水，與遭受工業(yè)污染、農業(yè)污染、生活污染的地下水相比，在污染離子方面存在很大差異。煤矸石淋濾液污染的地下水其污染離子復雜，呈現(xiàn)多種元素超標率高的情況，而其他污染種類的地下水污染元素比較單一。并且被煤矸石淋濾液污染的地下水仍然無色無味，不容易被發(fā)覺。

地下水運移過程中具有一定的自凈能力，但該能力完全取決于該區(qū)域內地下水包氣帶巖性及其厚度，其次一些無機污染物容易被包氣帶及含水層介質進行吸附、解吸，最終給地下水自凈帶來一定阻礙，周期過長。受污染的淋濾液進入地下水中，會隨著地下水的運移進行轉移，使污染范圍逐漸擴大。

3 煤矸石的綜合利用與地下水環(huán)境污染防治

3.1 煤矸石的綜合利用

撫順市市區(qū)現(xiàn)有面積大于1km2的舍場有7個，占地面積大，存集量大，卻并沒有得到循環(huán)再利用。所以，目前應積極開展煤矸石資源化綜合利用，實現(xiàn)煤矸石資源化、無害化，使其物盡其用，使社會利益、經濟利益與可持續(xù)發(fā)展緊密結合。目前根據(jù)國內外研究成果，可以將煤矸石進行多種途徑的再利用。

(1)能源利用：煤矸石熱值不同，根據(jù)這一特點，熱值高于6.28MJ/kg的煤矸石，宜作沸騰爐燃料；熱值在2.09-6.28MJ/kg的煤矸石，宜作水泥配料、燒結矸石磚、耐火磚等的原料；熱值在1.26MJ/kg以下的煤矸石，可作水泥配料和混合材料或筑路、填方等。

(2)化學工業(yè)：煤矸石含有多種微量元素，可以進行肥料生產，通過煤矸石的酸堿性，再配合有機肥料，可以改良土壤酸堿度。由于煤矸石中氧化鋁含量較高，可以開發(fā)相關化工產品，如氧化鋁、硫酸鋁、水處理藥劑等[5-6]。

3.2 防止煤矸石對地下水污染的措施

(1)相關部門須建立一整套完整體制，來規(guī)范煤矸石的堆放，定期檢查舍場附近地下水污染情況，嚴重者須開展治理工作，盡量將其影響程度降至最低。

(2)對已經遭受到污染的地下水，應對其進行及時治理。可對污染嚴重的元素投入相應試劑，使其分解。如可以利用臭氧分解油脂，可以利用氧化還原反應去除鐵、錳，還可以利用微生物分解地下水中的某些有機成分，降低或清除污染濃度等。

(3)在選擇煤矸石堆放區(qū)域時應對其地質條件及水文條件進行調查，不可設置在以地下水作為飲水水源的區(qū)域，選擇土壤透水性差，密實程度高，厚度大的區(qū)域，盡量降低或減慢淋濾液的滲入，即使有少量滲入，也有足夠的時間及空間進行自凈。如有條件，應在煤矸石底部鋪設人工隔水層。

[1]陳天虎,馮軍會，徐曉春.國外尾礦酸性排水和重金屬淋濾作用研究進展[J].環(huán)境污染治理技術與設備,2001(2):41-46.

[2]趙峰華,任德貽.燃煤產物中有害元素淋濾實驗的研究現(xiàn)狀[J].煤田地質與勘探,1998(4):15-18.

[3]李東艷,方元元,任玉芬,等.煤矸石堆周圍土壤重金屬污染特征分析——以焦作市中馬村礦為例[J].煤田地質與勘探,2004(5):15-17.

[4]馮吉燕,劉志斌.煤矸石中金屬元素對人體健康影響的研究[J].露天采礦技術,2006(3):41-44.

[5]蔣翠蓉,劉瑞芹.淺談煤矸石的綜合利用[J].煤質技術,2009(S1):54-58.

[6]張長森.煤矸石資源化綜合利用新技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.