兗濟(jì)滕礦區(qū)礦井水資源化利用評(píng)價(jià)

隋建紅,姜明麗

(山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 泰安 271000)

兗濟(jì)滕礦區(qū)位于山東省西南部的濟(jì)寧市、棗莊市境內(nèi)，包括兗州、濟(jì)寧、滕州3個(gè)礦區(qū)，煤炭生產(chǎn)能力占全省60%以上，已成為山東省重要的煤炭生產(chǎn)基地。每年礦井涌水量近6000萬(wàn)m3，平均綜合利用率不到50%。礦井水水源以煤層頂?shù)装迳皫r水為主，除懸浮物、溶解性總固體含量稍高外[1]，大多數(shù)礦井水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后即可重復(fù)利用，是相當(dāng)可觀的水資源。因此，該文在調(diào)查礦井排水現(xiàn)狀水質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)礦井水質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并提出了礦井水資源化利用途徑。

1 礦井水來(lái)源與水質(zhì)特征

1.1 礦井水來(lái)源

礦井水的水質(zhì)主要取決于開(kāi)采煤層充水含水層的性質(zhì)。兗濟(jì)滕3礦區(qū)均為月門溝群的太原組和山西組煤田，其中，多數(shù)礦井開(kāi)采山西組煤層，山西組煤層厚度大，開(kāi)采過(guò)程中礦井水主要來(lái)自頂?shù)装迳皫r水、侏羅紀(jì)砂礫巖水及上覆松散層砂礫層水的下滲補(bǔ)給，部分來(lái)自薄層灰?guī)r。開(kāi)采太原組薄煤層時(shí)，其礦井涌水量主要為太原組石灰?guī)r(十下)水、奧陶紀(jì)石灰?guī)r水。滕北部分礦井以開(kāi)采12煤為主，其礦井涌水量的主要水源為太原組薄層石灰?guī)r水及侏羅紀(jì)砂礫巖水，補(bǔ)給水源為第四紀(jì)砂礫層水。

1.2 礦井水水質(zhì)特征

各含水層的地下水組成、礦化度、各種離子含量以及水化學(xué)類型變化較大，不僅不同含水層之間有所區(qū)別，即使同一含水層隨著其所處地段的地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球化學(xué)環(huán)境的不同，所形成的化學(xué)成分亦有所區(qū)別。一般淺部地下水補(bǔ)、徑、排條件較好,含水層水化學(xué)類型一般以重碳酸型為主,礦化度較低；向深部逐漸變?yōu)榱蛩嵝退V化度變高；對(duì)于不同含水層，一般上部含水層以重碳酸型為主，向下逐漸變?yōu)榱蛩嵝退?/p>

2 礦井水的水質(zhì)評(píng)價(jià)

兗濟(jì)滕礦區(qū)多數(shù)礦井位于南水北調(diào)一般保護(hù)區(qū)內(nèi)，因此，該文采用山東省南水北調(diào)沿線水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[2]及修改單[3]，進(jìn)行礦井水質(zhì)量評(píng)價(jià)。

根據(jù)礦井水質(zhì)特點(diǎn)，選擇pH，SS，COD，BOD5，氨氮、氟化物、銅、鋅等8種因子，采用單因子指數(shù)法對(duì)礦井水進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，除滕州礦區(qū)部分煤礦的SS及COD超標(biāo)外，其他指標(biāo)均在允許范圍內(nèi)，亦即兗濟(jì)滕三礦區(qū)的礦井水水質(zhì)，基本符合山東省南水北調(diào)沿線水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 礦井水資源化利用水質(zhì)評(píng)價(jià)

若對(duì)礦井水進(jìn)行資源化利用，就必須按不同用途對(duì)礦井水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 礦井水排放水質(zhì)評(píng)價(jià)(mg/L)

該文根據(jù)所采取的101件礦井水水樣及礦井水質(zhì)特點(diǎn)，分別采用農(nóng)業(yè)灌溉、漁業(yè)、城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)區(qū)內(nèi)近40對(duì)生產(chǎn)礦井的礦井水進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以利于用戶根據(jù)需求及水質(zhì)特點(diǎn)，選擇合理的處理方式，更加經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)礦井水資源化。

3.1 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

采用農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]對(duì)礦井水進(jìn)行農(nóng)灌用水水質(zhì)評(píng)價(jià)，根據(jù)礦井水水質(zhì)特點(diǎn)，選擇CODcr，BOD5，SS，pH，全鹽量、氯化物、氟化物、砷、銅、鉛、鋅等11項(xiàng)評(píng)價(jià)因子，其中CODcr，BOD5，SS執(zhí)行水質(zhì)要求高的水作灌溉標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，全鹽量執(zhí)行非鹽堿土地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。經(jīng)評(píng)價(jià)，作為農(nóng)灌用水時(shí)礦井水中主要超標(biāo)組分為全鹽量，經(jīng)檢測(cè)全鹽量為380.9～5162.7mg/L,超標(biāo)倍數(shù)0.07～4.16，超標(biāo)率50%～67%；pH僅有東灘礦超標(biāo)為8.6；SS,CODcr,BOD5,F-及砷、銅、鉛、鋅均能滿足水質(zhì)要求。其中，M采用1000mg/L(非鹽堿土)標(biāo)準(zhǔn)，若采用2000mg/L(鹽堿土地區(qū))標(biāo)準(zhǔn)，則其超標(biāo)倍數(shù)和超標(biāo)率均會(huì)大大降低。

表2 農(nóng)業(yè)灌溉用水評(píng)價(jià)(mg/L)

3.2 漁業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

采用漁業(yè)水質(zhì)要求[5]對(duì)礦井水進(jìn)行漁業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)，根據(jù)礦井水水質(zhì)特點(diǎn)選擇pH，BOD5，SS，氟化物、砷、銅、鉛、鋅作為評(píng)價(jià)因子(表3)。經(jīng)評(píng)價(jià)，pH值為7.3～8.6，僅有東灘礦超標(biāo)為8.6；其他指標(biāo)從所調(diào)查礦井的水質(zhì)指標(biāo)分析，SS、鉛、氟化物存在不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，其中SS值為3.5～86mg/L，超標(biāo)0.16～7.6倍，超標(biāo)率高達(dá)80%；鉛含量為0.16～7.6mg/L，超標(biāo)倍數(shù)為0.86，超標(biāo)率達(dá)58%；氟化物含量為0.43～2.53mg/L，超標(biāo)倍數(shù)為0.09～1.53，超標(biāo)率達(dá)22%；其他指標(biāo)基本能滿足漁業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 漁業(yè)用水評(píng)價(jià)(mg/L)

3.3 城市雜用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

城市雜用水在城市綜合生活用水中占重要的地位，該文采用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)礦井水進(jìn)行城市雜用水水質(zhì)評(píng)價(jià)。根據(jù)礦井水水質(zhì)特點(diǎn)選擇pH、溶解性總固體、BOD5、氨氮、鐵作為評(píng)價(jià)因子，執(zhí)行水質(zhì)要求較高的車輛沖洗標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)(表4)。經(jīng)評(píng)價(jià)，作為車輛沖洗時(shí)，礦井水中主要超標(biāo)組分為溶解性總固體，經(jīng)檢測(cè)溶解性總固體為444～3371mg/L,達(dá)標(biāo)率為25%～67%，其中兗州、滕南礦區(qū)達(dá)標(biāo)率可達(dá)60%以上，單因子指數(shù)大于1小于2的占14%～43%，單因子指數(shù)大于2的占16%～37%；其他指標(biāo)均能滿足城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。如果用于建筑工地用水，則全部指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

表4 城市雜用水評(píng)價(jià)(mg/L)

4 礦井水資源化利用分析

4.1 濟(jì)寧棗莊市水資源現(xiàn)狀

兗濟(jì)滕礦區(qū)所處的濟(jì)寧、棗莊市水資源較為豐富，但由于時(shí)空分布極不均勻，地表水污染日趨嚴(yán)重，局部已不能作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，地下水的開(kāi)采量增大，局部地段的不合理開(kāi)采已引發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害。

濟(jì)寧市地下水天然補(bǔ)給量20.36億m3/a，地下水開(kāi)發(fā)利用率已達(dá)68%以上，工業(yè)與生活用水95%以上來(lái)自地下水。濟(jì)寧城區(qū)、鄒城市地下水開(kāi)發(fā)利用率分別達(dá)156.5%,127.2%;已嚴(yán)重超采。長(zhǎng)期超采已使?jié)鷮幊菂^(qū)地下水位多年持續(xù)下降、水質(zhì)污染、地面沉降，濟(jì)寧城區(qū)1988年發(fā)現(xiàn)地面沉降，并以25.2mm/a沉降速度發(fā)展[7]，至2011年10月地下水超采區(qū)面積為1151.78km2。鄒縣電廠水源地地下水質(zhì)硬度有逐年增大現(xiàn)象。

棗莊市城市、工業(yè)、農(nóng)業(yè)的主要供水水源亦為地下水。工業(yè)用水主要集中于嶧城、市中區(qū)、滕州市、薛城區(qū)政府所在地及十里泉電廠、魯南化肥廠等部分大中型廠礦企業(yè)的供水水源地，以集中開(kāi)采為主要特征，多取用裂隙巖溶水。長(zhǎng)期大規(guī)模集中開(kāi)采，已在十里泉、丁莊、東王莊等地段，引發(fā)了巖溶沉陷，在嶧城盆地引發(fā)了地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。

4.2 礦井水處理利用現(xiàn)狀

兗濟(jì)滕礦區(qū)多數(shù)礦井均有礦井水處理系統(tǒng)，兗州、濟(jì)寧礦區(qū)礦井水處理率分別達(dá)93.7%,94.9%;礦井水利用率分別為46.2%,75.2%;滕州礦區(qū)礦井水處理率為74%。利用率僅為24.6%。礦井水的用途僅是井下消防灑水、選煤廠洗煤補(bǔ)充水、黃泥灌漿用水綠化、道路及儲(chǔ)煤廠防塵灑水、工業(yè)廣場(chǎng)辦公及生活用水，使用范圍主要是局限于煤礦本身，因此礦井水的綜合利用空間很大。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，水資源緊缺已是濟(jì)寧、棗莊，乃至全省的一個(gè)共同問(wèn)題。礦井水經(jīng)一定的處理后，可以作為農(nóng)田灌溉、漁業(yè)、城市雜用水水源，而且部分煤礦目前的礦井水處理程度，已經(jīng)可以利用。實(shí)現(xiàn)礦井水的資源化，可大大減輕由于礦區(qū)地下水資源的過(guò)度開(kāi)采而造成的礦區(qū)水環(huán)境系統(tǒng)的破壞，有效地緩解礦井排水與水資源保護(hù)之間的矛盾，同時(shí)，對(duì)礦井水進(jìn)行凈化處理，最大程度的綜合利用，可以從根本上解決礦井水對(duì)環(huán)境的污染，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，減少對(duì)水資源開(kāi)發(fā)的投入，因此，礦井水的資源化具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮啟言，王華，李向東，等.華東地區(qū)礦井水的水質(zhì)特征與資源化技術(shù)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33(2)：193-196.

[2] DB37/599-2006，山東省南水北調(diào)沿線水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 魯質(zhì)監(jiān)標(biāo)發(fā)[2011]35號(hào)，關(guān)于批準(zhǔn)發(fā)布《山東省南水北調(diào)沿線水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》等4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)修改單的通知[S].

[4] GB5084-2005，農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] GB11607-89，漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] GB/T18920-2002，城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)[S].

[7] 姜明麗，林樹(shù)杰，隋建紅.濟(jì)寧市區(qū)地面沉降及防冶措施研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2004，15(4)：20-22.