稀土礦區(qū)小流域污染源調(diào)查與治理
——以定南縣劣V類水河段的污染治理為例

，，

(江西省贛州市水文局，江西贛州341000)

贛南是中國第二大稀土資源集中地[1]。贛南稀土礦區(qū)尚未具有完善的排水設(shè)施及污水處理廠，大量污水未經(jīng)處理，直接排入周邊水體，從而造成水環(huán)境的嚴(yán)重污染，水體不能保持原有的形態(tài)和功能，阻礙了礦區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。為此，全面推進(jìn)廢稀土礦山環(huán)境治理[2-5]，消滅劣V類水，成為江西省長江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)”攻堅(jiān)行動(dòng)重點(diǎn)任務(wù)之一。礦區(qū)流域污染源調(diào)查與分析是進(jìn)行水環(huán)境綜合整治的基礎(chǔ)和前提。關(guān)于小流域的污染源調(diào)查方法，黃玉瑩[6]曾用南京市江寧區(qū)團(tuán)結(jié)河為例，研究細(xì)化了城區(qū)郊區(qū)小流域污染源計(jì)算方法，至于稀土礦區(qū)小流域污染源調(diào)查方法，未見相關(guān)研究報(bào)道。

江西省定南縣嶺背鎮(zhèn)稀土礦區(qū)周邊小流域的志達(dá)電站、高車壩斷面因污染物氨氮指標(biāo)超標(biāo)，成為江西省44個(gè)、贛州市5個(gè)需要整治的劣V類水?dāng)嗝嬷籟7-9]，而倍受社會(huì)各界關(guān)注。隨著河長制的實(shí)施，浙江[10-12]、寧波[13]、云南[14]等全國各地紛紛提出在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)“消滅劣V類水”，從參考文獻(xiàn)看，各地各部門多停留在政府的決心要求，領(lǐng)導(dǎo)的思路指示、部門的職責(zé)分工等理論與意識(shí)形態(tài)層面。對(duì)于氨氮廢水的處理，曾青[15]等介紹了微波輔助法和超聲波法等新型氨氮處理技術(shù)；羅智江[16]采用 A-O-MBR工藝對(duì)活性污泥進(jìn)行梯度耐鹽馴化培養(yǎng)并建立了氨氮去除的動(dòng)力學(xué)模型；汪勇[17]采用軟化過濾+膜濃縮+MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝對(duì)稀土硫銨廢水進(jìn)行零排放處理。這些方法多停留在實(shí)驗(yàn)室或污水入河之前，如何處理河流中的高氨氮濃度廢物水，鮮有相關(guān)研究報(bào)道。

贛州市水文局根據(jù)區(qū)域污染源及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)查分析污染河流的污染源分布、種類、性質(zhì)、河流水文和地理特征等現(xiàn)狀，對(duì)污染河段進(jìn)行了沿程斷面布控，開展水質(zhì)水量同步監(jiān)測(cè)，確定污染物削減治理著力點(diǎn)，針對(duì)性開展削減冶理，避免多端寡要。從出境斷面總量控制倒推污染物消減量，采取“控源—截污—治理—管理”的工作方案加強(qiáng)污染物治理的針對(duì)性、降低了礦區(qū)環(huán)境治理成本，并已取得初步成效[18]。該經(jīng)驗(yàn)做法可為責(zé)任單位在規(guī)定時(shí)間內(nèi)、用較低成本解決流域氨氮超標(biāo)提供參考借鑒。

1 研究區(qū)域概況

江西省定南縣嶺北稀土礦區(qū)位于江西省定南縣城北約20 km處，月子、逕腦、龍頭等鄉(xiāng)鎮(zhèn),礦區(qū)面積約200 km2。該礦區(qū)系花崗巖風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床，開采工藝由池浸逐步過渡到原地浸礦迄今已歷經(jīng)20余年開采[19]。礦區(qū)目前尚未具有完善的排水設(shè)施及污水處理廠，大量污水未經(jīng)處理，直接排入周邊龍逕河、濂江及其支流小流域，造成水體的嚴(yán)重污染。

龍逕河和濂江為長江流域贛江水系桃江一級(jí)支流，該流域定南縣出境斷面志達(dá)電站、高車壩控制流域面積分別為259.5、101 km2，多年平均徑流量2.211億、0.861億m3。根據(jù)江西省地表水功能區(qū)劃[20]，高車壩、志達(dá)電站斷面所在水功能區(qū)分別為龍逕河安遠(yuǎn)-信豐保留區(qū)和濂江定南-龍南保留區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)Ⅲ類水，現(xiàn)狀水質(zhì)為劣Ⅴ類水，見表1。

表1 定南龍逕河、濂江出境斷面基本信息

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 方法

根據(jù)流域內(nèi)污染源調(diào)查成果，由斷面水質(zhì)目標(biāo)推導(dǎo)河流水環(huán)境容量指標(biāo)，并根據(jù)流域周邊污染源分布，選取河流水體超標(biāo)污染物為監(jiān)測(cè)分析項(xiàng)目，進(jìn)行水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)同步監(jiān)測(cè)。按GB/T 25173—2010《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》[21]，分析計(jì)算超標(biāo)污染物入河量和貢獻(xiàn)率。同時(shí)，依據(jù)出境斷面超標(biāo)污染削減總量，將削減量分配到對(duì)河流水質(zhì)影響貢獻(xiàn)率大的退水河段，確定削減治理著力點(diǎn)，從而降低礦區(qū)環(huán)境治理成本。

2.2 數(shù)據(jù)

根據(jù)流域周邊污染源分布，選取河流水體超標(biāo)污染物氨氮為監(jiān)測(cè)分析項(xiàng)目，對(duì)龍逕河、濂江流域及礦區(qū)尾水退水河段共25個(gè)，同步進(jìn)行水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻次為1次/d，連續(xù)3 d監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)取其最大值。斷面分布見圖1，數(shù)據(jù)見表2。

圖1 流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面及污水處理廠位置示意

3 現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

由流域周邊污染源分布，選取河流水體超標(biāo)污染物氨氮為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)分析龍逕河、濂江流域及相應(yīng)礦區(qū)尾水退水河段水質(zhì)斷面分別為10個(gè)和15個(gè)，進(jìn)行水質(zhì)水量同步監(jiān)測(cè)，見圖1，檢測(cè)結(jié)果見表1、2。

據(jù)監(jiān)測(cè)成果評(píng)價(jià)，龍逕河流域劣Ⅴ類水?dāng)嗝嬲?3.6%、Ⅳ類水?dāng)嗝嬲?8.2%、Ⅲ類水?dāng)嗝嬲?.1%、Ⅱ類水?dāng)嗝嬲?.1%。水質(zhì)不達(dá)標(biāo)比例為81.8%。稀土礦點(diǎn)區(qū)退水河段水質(zhì)超標(biāo)最嚴(yán)重的河流為石陂角河和茶坑河右支，氨氮分別超標(biāo)29.1和10.2倍。

濂江流域劣Ⅴ類水?dāng)嗝嬲?1.4%、Ⅴ類水?dāng)嗝嬲?4.2%、Ⅲ類水?dāng)嗝嬲?.2%、Ⅱ類水?dāng)嗝嬲?.2%。水質(zhì)不達(dá)標(biāo)比例為85.6%。稀土礦點(diǎn)區(qū)退水河段水質(zhì)超標(biāo)最嚴(yán)重的河流為甲水河、含水河、山頭楓小溪和塅坊小溪，氨氮分別超標(biāo)19.5、18.2、15.0、12.3倍。

4 超標(biāo)成因分析

4.1 原稀土礦區(qū)浸礦液入滲污染河流水質(zhì)

根據(jù)定南縣原稀土礦區(qū)分布資料，龍逕河流域有10個(gè)生產(chǎn)車間礦區(qū)點(diǎn)，濂江流域有41個(gè)生產(chǎn)車間礦區(qū)點(diǎn)，主要礦區(qū)見圖2、表4。定南縣稀土開采企業(yè)主要采用“原地浸礦”工藝，產(chǎn)生的廢水污染成份復(fù)雜，浸礦液收集難度大，治理技術(shù)特殊，污染具有長期性和隱蔽性，加之現(xiàn)狀仍有較大部分的稀土礦區(qū)退水均未處理，造成周邊小溪水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，匯集后造成下游水質(zhì)超標(biāo)，并對(duì)下游水環(huán)境造成很大影響。

表2 龍逕河流域各河流河段氨氮入河量貢獻(xiàn)率計(jì)算

注：上游向下游傳導(dǎo)河段不重復(fù)統(tǒng)計(jì)貢獻(xiàn)率，表中序號(hào)4、10兩個(gè)斷面數(shù)據(jù)為推算非實(shí)測(cè)

4.2 現(xiàn)有廢水處理規(guī)模不能滿足削減超標(biāo)污染物總量要求

目前，在龍逕河蔡陽河上游和濂江流域月子河上游各建有污水處理站1個(gè)，收集處理上游稀土礦區(qū)浸礦液滲入小溪河的污水，控制集水面積分別約6、8 km2。日處理污水規(guī)模0.5萬t/d，設(shè)計(jì)處理后氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)為15 mg/L。由于龍逕河和濂江現(xiàn)狀污水處理規(guī)模偏小，處理后的廢水中氨氮排放濃度偏高，不能滿足消滅劣Ⅴ類水削減超標(biāo)污染總量要求，河流出境斷面水質(zhì)仍多為劣Ⅴ類水。

表3 濂江流域各河流河段氨氮入河量貢獻(xiàn)率計(jì)算

注：上游向下游傳導(dǎo)河段不重復(fù)統(tǒng)計(jì)貢獻(xiàn)率，表中序號(hào)16、19、23三個(gè)斷面相關(guān)數(shù)據(jù)為推算，非實(shí)測(cè)

表4 定南縣流域內(nèi)主要稀土礦點(diǎn)

圖2 定南縣水質(zhì)超標(biāo)河段主要礦區(qū)位置示意

5 治理方案

5.1 目標(biāo)

按照水環(huán)境質(zhì)量“只能更好、不能變壞”的原則，采取有效措施，確保實(shí)現(xiàn)龍逕河和濂江定南縣出境斷面水質(zhì)近期達(dá)到好于劣Ⅴ類水(氨氮含量≤2.0 mg/L)，到2020年達(dá)到好于Ⅴ類水目標(biāo)(氨氮含量≤1.5 mg/L)。

根據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)外最新的流域治理經(jīng)驗(yàn)和污水處理工藝，結(jié)合超標(biāo)河段地表水污染物及污染源的種類和性質(zhì)、河流水文和地理特征等現(xiàn)狀，提出“控源—截污—治理—管理”的工作方案。

5.2 措施

5.2.1從源頭做起強(qiáng)化污染物控制

原稀土礦區(qū)浸礦液流失入滲污染地表水，礦區(qū)尾水未經(jīng)處理或處理還未到位，是定南縣龍逕河和濂江流域地表水污染的主要來源。由于原稀土礦區(qū)礦點(diǎn)多、范圍廣、廢水收集難度大，污染具有長期性和隱蔽性。污染物入河量還受降雨影響，具有不確定性的特點(diǎn)。高氨氮濃度廢水一旦流失，擴(kuò)散后難以追蹤，更無法收集。因此，污染的控制更應(yīng)該從源頭做起。一方面，在地質(zhì)條件不允許自然收液的情況下應(yīng)采用人造底板收液措施。同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控收液巷道內(nèi)母液中稀土及氨氮含量。如達(dá)到可回收利用的指標(biāo)，則加以收集利用，對(duì)原地浸礦場下游地表水與地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)氨氮超標(biāo)，將水回收做生產(chǎn)用水循環(huán)利用。

5.2.2合理布局污水處理廠截污削減

由于末端治理技術(shù)很難有效地控制不同來水量情況下的污染，考慮在污染物入河量貢獻(xiàn)率大的礦區(qū)源頭設(shè)立礦區(qū)尾水處理站，見圖1、表5，將礦區(qū)范圍流域內(nèi)入河的混合廢水全部納入集中處理達(dá)標(biāo)后予以排放。

a) 龍逕河。龍逕河流域蔡陽河上游建石陂角廢水處理站，控制礦區(qū)內(nèi)流域面積約6 km2，現(xiàn)狀規(guī)劃日處理廢水能力0.5萬t/d，實(shí)際處理能力0.35t/d?，F(xiàn)狀處理規(guī)模不能滿足流域削減超標(biāo)污染物總量要求。為此，根據(jù)削減總量控制分配分析，需在石陂角河擴(kuò)建1處理能力為0.65萬t/d廢水處理站；同時(shí)對(duì)處理設(shè)施進(jìn)行提標(biāo)，提高處理廢水的氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到氨氮不大于1.5 mg/L要求。

b) 濂江。濂江流域月子河上游建馬山逕污水處理站，控制礦區(qū)內(nèi)流域面積約8 km2，日處理廢水能力0.5萬t/d，現(xiàn)狀處理規(guī)模不能滿足流域削減超標(biāo)污染物總量要求。為此，根據(jù)削減總量控制分配分析，需在流域內(nèi)規(guī)劃新建3個(gè)廢水處理站，分別是月子河上游含水廢水處理站，廢水處理量8.5萬t/d；甲水河廢水處理站，廢水處理量1.2萬t/d；塅坊溪廢水處理站，廢水處理量1.2萬t/d；同時(shí)提高處理廢水的氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到氨氮≤1.5 mg/L要求。

表5 流域擬建廢水處理點(diǎn)設(shè)計(jì)及削減氨氮入河量預(yù)測(cè)成果

5.2.3多措并舉做好污水處理

目前，氨氮廢水處理方法主要為用于稀土采選領(lǐng)域去除氨氮，如吹脫法、汽提法、離子交換法[24]、吸附法、化學(xué)沉淀法、折點(diǎn)加氯法、生物法、催化濕式氧化法、膜分離法、電化學(xué)氧化法、超聲波法、微波法等[22-23]。當(dāng)前，采用為多效蒸發(fā)濃縮結(jié)晶法，回收硫酸銨，實(shí)現(xiàn)污水零排放。

單一的氨氮處理工藝都會(huì)受物質(zhì)本身性質(zhì)的影響和限制，在此基礎(chǔ)上，著重于在組合工藝與工藝過程優(yōu)化方向上尋求生產(chǎn)廢水中氨氮處理的更優(yōu)方案將更適應(yīng)生產(chǎn)需求。如向氯化銨溶液中加入硫酸，蒸餾濃縮后，銨離子以硫酸銨晶體形式得以回收；階梯式降低氨氮廢水濃度工藝流程；吹脫法與折點(diǎn)加氯法或生物處理法聯(lián)合應(yīng)用；吹脫法與離子吸附法聯(lián)合應(yīng)用等。

5.2.4強(qiáng)化責(zé)任分工合作加強(qiáng)管理

按照 “河長制”管理的要求，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)流域污染物治理管理，明確各職能部門的任務(wù)及分工，提高流域管理的公信度。

a) 加強(qiáng)對(duì)原稀土礦區(qū)的監(jiān)管。在流域治理過程中堅(jiān)決禁止稀土礦開采，杜絕污染情況的再生。同時(shí)強(qiáng)化沿河兩岸生活和養(yǎng)殖等污水排放管理，禁止直排廢、污水。

b) 綜合運(yùn)用財(cái)政和貨幣政策。建立政府財(cái)政與金融貸款、社會(huì)資金的組合使用模式鼓勵(lì)吸引社會(huì)資金參與水污染防治項(xiàng)目，實(shí)施方案如政府采購設(shè)備，供應(yīng)商負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)運(yùn)行管理，或者政府購買服務(wù)，設(shè)計(jì)、設(shè)備和運(yùn)行管理全部外包等方式，形成融合行政手段、市場力量和公民參與的共同治理格局，實(shí)現(xiàn)水資源開發(fā)利用的公共利益最大化。

c) 做好水庫電站調(diào)度。月子河主要支流南豐河建有2座小型水電站，且水庫區(qū)內(nèi)分布有稀土礦點(diǎn)，電站發(fā)電用水將對(duì)河流徑流產(chǎn)生調(diào)節(jié)，嚴(yán)重影響廢水處理效果，需調(diào)度好上游2座小型電站的運(yùn)行。

d) 開展廢水處理與水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行。加強(qiáng)對(duì)龍逕河和濂江不同來水情況各河流河段的水體監(jiān)測(cè)分析，掌握不同水文條件下的河流水質(zhì)變化，以便修訂完善更為有效和經(jīng)濟(jì)合理的治理方案。

6 結(jié)論

a) 采用水質(zhì)水量同步監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明氨氮龍逕河及濂江流域水質(zhì)不達(dá)標(biāo)比例分別為81.8%、 85.6%，超標(biāo)污物為氨氮。其流域及支流各有10、41個(gè)生產(chǎn)車間礦區(qū)點(diǎn)，原稀土礦區(qū)浸礦液入滲及現(xiàn)有廢水處理規(guī)模不能滿足削減超標(biāo)污染物總量要求，是斷面水質(zhì)超標(biāo)的主要原因。

b) 龍逕河流域劣Ⅴ類水河流河段超標(biāo)斷面占63.6%，水質(zhì)超標(biāo)最嚴(yán)重的河流為石陂角河和茶坑河右支；濂江流域劣Ⅴ類水河流河段占71.4%，水質(zhì)超標(biāo)最嚴(yán)重的河流為甲水河、含水河、山頭楓小溪和塅坊小溪。確定石陂角河和茶坑河右支、月子河上游含水河、甲水河、塅坊小溪為最大污染物削減點(diǎn)。

c) 采取“控源—截污—治理—管理”的工作方案，除將現(xiàn)有的石陂角河污水處理站進(jìn)行提標(biāo)改建設(shè)，同時(shí)新建月子河上游含水河、甲水河、塅坊溪污水處理站截污削減外。還需從源頭做起強(qiáng)化污染物控制，強(qiáng)化責(zé)任分工合作加強(qiáng)管理，多措并舉做好流域污水治理。