離子型稀土礦山地下水環(huán)境保護(hù)措施探討

高文謙

摘要：2011年原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《全國地下水污染防治規(guī)劃（2011～2020年）》，將地下水污染防治提升到新的高度。由于離子型稀土礦山原地浸礦工藝的特殊性，在生產(chǎn)過程中若控制不當(dāng)極易造成地下水污染，且一旦污染，污染程度和影響范圍較大。因此，應(yīng)采取一定的環(huán)境保護(hù)工程措施，避免對地下水造成污染。本文探討了離子型稀土礦山地下水環(huán)境保護(hù)的一些相關(guān)措施，主要包括源頭控制、防滲措施、污染監(jiān)控及應(yīng)急措施等，為離子型稀土礦山地下水環(huán)境保護(hù)提供參考。

Abstract： In 2011， the former Ministry of Environmental Protection issued the "National Groundwater Pollution Prevention and Control Plan （2011～2020）" to raise the prevention and control of groundwater pollution to a new height. Due to the particularity of the in-situ leaching process of ionic rare earth mines， groundwater pollution is easily caused by improper control during the production process， and once contaminated， the degree of pollution and the scope of impact are large. Therefore， certain environmental protection engineering measures should be taken to avoid pollution of groundwater. This paper discusses some related measures for groundwater environmental protection in ionic rare earth mines， including source control， anti-seepage measures， pollution monitoring and emergency measures， which provide reference for groundwater environmental protection in ionic rare earth mines.

關(guān)鍵詞：離子型稀土礦山;地下水環(huán)境保護(hù);源頭控制;應(yīng)急防控;污染監(jiān)控

Key words： ionic rare earth mine;groundwater environmental protection;source control;emergency prevention and control;pollution monitoring

中圖分類號：X753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0039-02

0? 引言

稀土元素是化學(xué)元素周期表中鑭系及其余兩個共17個元素的總稱[1，2]，具有“工業(yè)味精”的美譽(yù)，因其具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，在諸多行業(yè)應(yīng)用廣泛，如冶金、石油、陶瓷、永磁、軍事等工業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年，全球稀土資源儲量1.3億噸。稀土資源在世界分布不均，儲量前三的國家為中國、巴西、澳大利亞，分別占總儲量的42.31%、6.92%及2.46%;全球稀土產(chǎn)量約12.4萬噸，中國、澳大利亞、美國分別占總產(chǎn)量的84.68%、8.06%及3.31%。我國是世界第一大稀土資源儲量國，基礎(chǔ)儲量8900萬噸（以稀土氧化物計(jì)），全國稀土資源總量的98%分布在內(nèi)蒙、江西、廣東、四川、山東等地。我國稀土資源根據(jù)礦石類型可分為獨(dú)居石礦、氟碳鈰礦、離子型稀土礦、混合礦等，其中具有工業(yè)利用價值的稀土礦物主要為氟碳鈰礦、獨(dú)居石礦及離子型稀土礦?；旌闲拖⊥恋V主要分布在內(nèi)蒙古白云鄂博地區(qū)，以輕稀土為主;氟碳鈰礦主要分布于山東微山、四川冕寧牦牛坪及德昌大陸槽等地;離子型稀土礦主要分布在南方7省，其中以江西贛州南部地區(qū)儲量最多，約占全國總量的30%。

不同稀土礦床其采礦工藝也不一致，離子型稀土礦山采礦工藝經(jīng)歷了池浸、堆浸及原地浸礦三個階段，目前我國離子型稀土礦山采礦方法主要采用原地浸礦工藝，通過在地表施工注液孔，將硫酸銨浸礦液注入礦層，使之與稀土進(jìn)行交換，離子型稀土交換進(jìn)入浸礦液中，再通過收液系統(tǒng)收集至水冶車間。由于其獨(dú)特的采礦工藝，浸礦母液無法全部回收，導(dǎo)致母液滲入地下水中，部分出露地表，部分在地下水含水層中向下游遷移，如果控制不好，極易造成地下水污染，導(dǎo)致地下水中氨氮濃度升高。2017年修訂的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017）中氨氮III類標(biāo)準(zhǔn)值僅為0.5mg/L，而原地浸礦的浸礦液進(jìn)入地下水含水層可導(dǎo)致氨氮超標(biāo)百倍以上[3，4，5]。另一方面，地下水作為重要的環(huán)境要素越來越受到人們的重視，公眾對地下水安全的關(guān)注度越來越高，原環(huán)境保護(hù)部于2011年發(fā)布《全國地下水污染防治規(guī)劃（2011～2020年）》，從而推動全國地下水質(zhì)量持續(xù)改善，因此，離子型稀土礦山地下水環(huán)境保護(hù)就變得尤為重要。本文討論了離子型稀土礦山地下水環(huán)境保護(hù)的一些相關(guān)措施，主要包括源頭控制、防滲措施、污染監(jiān)控及應(yīng)急措施等，為離子型稀土礦山地下水環(huán)境保護(hù)工作提供借鑒。

1? 源頭控制措施

源頭控制措施是指從源頭切斷地下水環(huán)境可能的污染源，按照清潔生產(chǎn)、源頭控制的原則，以先進(jìn)工藝、管路、設(shè)備、污水儲存，盡可能從源頭上減少污染物的產(chǎn)生;嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)范要求，對工藝、管道、設(shè)備、污水儲存及處理構(gòu)筑物采取相應(yīng)的措施，以防止和降低污染物的跑、冒、滴、漏，將廢水泄漏的環(huán)境風(fēng)險事故降到最低程度，以減少由于滲漏而可能產(chǎn)生的地下水污染。

源頭控制措施主要包括以下三個方面：

1.1 滲漏途徑控制

硫酸銨浸礦液注入含礦地層后與離子型稀土發(fā)生交換，從而被帶入水體中，正常工況條件下，由于礦層底板為微風(fēng)化或未風(fēng)化的完整基巖，其隔水性能較好，浸出液不會發(fā)生滲漏。但由于未被查清的裂隙或斷裂存在，可能導(dǎo)致浸出液沿裂隙或斷裂漏損，一方面資源未得到回收，另一方面浸出液進(jìn)入地下水污染地下水環(huán)境。因此，應(yīng)首先查清開采礦塊的水文地質(zhì)條件，對可能的裂隙或斷裂進(jìn)行封堵，切斷可能的滲漏途徑，防止地下水環(huán)境受到污染。近年來地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展，可精確的確定含水層的位置、斷裂等破碎帶的發(fā)育情況，配合水文地質(zhì)鉆孔、水文地質(zhì)試驗(yàn)等技術(shù)手段可以準(zhǔn)確的查清斷裂等的發(fā)育情況、導(dǎo)水性及富水性等特征[6，7]，對導(dǎo)水?dāng)嗔堰M(jìn)行封堵，可有效的防止浸礦液滲入地下污染地下水。

1.2 雨污分流措施

雨污分流措施通過在礦塊四周設(shè)置截水溝及排水溝，將雨水排出礦塊外，浸出液收集后送水冶車間處理。一方面防止浸出液混合排向雨水和山泉水，進(jìn)入地下水環(huán)境;另一方面防止雨水沖刷含銨根離子的土壤污染地下水。同時在水冶車間設(shè)置雨污分流措施、設(shè)置初期雨水池、事故池及應(yīng)急池，防止水冶車間初期雨水及車間生產(chǎn)事故狀態(tài)下母液滲入地下水污染地下水環(huán)境。

1.3 淋洗措施

離子型稀土礦山開采完畢后，由于采用原地浸礦工藝，浸礦后銨根離子附著在土壤顆粒表面，在降雨條件下，部分銨根離子會釋放進(jìn)入淋溶水中滲入含水層中污染地下水。因此，礦山企業(yè)應(yīng)在礦塊注液結(jié)束后對采完的礦塊集中進(jìn)行清水淋洗，利用原有的注液系統(tǒng)加注清水淋洗，利用收液巷道、收液溝、集液池等收集設(shè)施，形成一整套的清水淋洗水和雨水淋濾水收集系統(tǒng)。

淋洗出水首先通過母液收集系統(tǒng)收集，滲入地下的部分通過采區(qū)地下水防控措施收集。收集和截獲的含氨氮的地下水優(yōu)先進(jìn)入企業(yè)生產(chǎn)用水系統(tǒng)加以利用，多余部分進(jìn)入水處理系統(tǒng)處理。

2? 防滲措施

根據(jù)污染控制難易程度及天然包氣帶防污性能的不同，可將生產(chǎn)場地劃分為重點(diǎn)防滲區(qū)、一般防滲區(qū)及簡單防滲區(qū)，進(jìn)行不同程度的防滲處理。其中，重點(diǎn)防滲區(qū)參照危險廢物級別防滲（防滲結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)不大于10-10cm/s），一般防滲區(qū)參照第II類一般工業(yè)固體廢物級別防滲（防滲結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)不大于10-7cm/s），簡單防滲視情況進(jìn)行水泥硬化。

根據(jù)離子型稀土礦山的采選工藝特征，應(yīng)在收液巷道、集液溝等區(qū)域采取一般防滲措施，通常采用水泥砂漿等構(gòu)筑防滲層;在浸礦液池、母液收集池及水冶車間內(nèi)的接地水池（如除雜池、沉淀池、配液池及事故應(yīng)急池等）的池底及池壁采取重點(diǎn)防滲措施，通常采用HDPE防滲膜進(jìn)行防滲，同時考慮防腐措施，最大限度的防止污染地下水環(huán)境。

3? 監(jiān)控及應(yīng)急措施

3.1 監(jiān)控措施

在開采礦塊運(yùn)行期及退役期設(shè)置地下水水質(zhì)長期監(jiān)測井，監(jiān)測井主要布設(shè)在開采礦塊的下游及水冶車間的下游，同時設(shè)置背景對照井，開展地下水水質(zhì)長期跟蹤監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)污染，立即采取應(yīng)急抽水措施。監(jiān)測井的布設(shè)應(yīng)遵循以下原則：

①監(jiān)測重點(diǎn)為水冶車間及采區(qū)下游;背景值監(jiān)測井位于水冶車間及采區(qū)上游。

②監(jiān)測井布設(shè)考慮地形地貌對地下水徑流的控制作用，結(jié)合離子型稀土礦山地下水“近源補(bǔ)給，短途徑流，就近排泄”的特點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)。

③監(jiān)測層位重點(diǎn)放在易受污染的淺層花崗巖風(fēng)化裂隙潛水含水層和與之密切相關(guān)的第四系孔隙潛水。

④按照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T164-2004），同時結(jié)合評價區(qū)含水層系統(tǒng)和地下水徑流系統(tǒng)特征，考慮潛在污染源、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)等因素布置地下水監(jiān)測井。監(jiān)測井孔徑應(yīng)不小于110mm，深度為潛水面2m以下。

3.2 應(yīng)急措施

在監(jiān)測井檢測到污染時，應(yīng)立即采取應(yīng)急措施。水力截獲是應(yīng)急措施使用最為廣泛的措施，是控制和修復(fù)污染地下水的最經(jīng)濟(jì)、最有效且易于實(shí)際應(yīng)用的成熟技術(shù)。水力截獲措施是利用截獲井或截獲槽，通過控制水力梯度達(dá)到污染物不向外擴(kuò)散，抽出受污染的地下水通過地表設(shè)立的廢水處理站處理達(dá)標(biāo)后回灌進(jìn)入地下水含水層中，直至受污染的地下水得到全部處理。國內(nèi)外目前已有較多成功案例，效果明顯。

水力截獲措施一般包括污染監(jiān)控井、抽水井、廢水處理站及清水回灌井等部分組成，污染監(jiān)控井一般布設(shè)在截獲井的上游及下游，用于監(jiān)控礦塊下游地下水的污染狀況及截獲井的截獲效果。當(dāng)?shù)V塊下游的污染監(jiān)控井檢測到氨氮濃度超標(biāo)時，立即啟用截獲井進(jìn)行抽水，再通過截獲井下游的污染監(jiān)控井用于監(jiān)控截獲井是否將污染完全截獲，最終通過回灌井將處理達(dá)標(biāo)的地下水回灌進(jìn)入含水層中。

滲透反應(yīng)格柵（PRB）技術(shù)是礦山地下水污染修復(fù)治理較為新興的一種技術(shù)，相對于水力截獲這種抽出式治理技術(shù)具有操作簡便、價格低廉及對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[8，9]。該技術(shù)通過在污染物遷移路徑上填充反應(yīng)介質(zhì)使氨氮等污染物與之發(fā)生吸附、轉(zhuǎn)化等物理化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到去除污染物、保護(hù)下游地下水環(huán)境的目的。

4? 小結(jié)

離子型稀土礦山由于采礦工藝的特殊性，導(dǎo)致其生產(chǎn)過程如果控制不當(dāng)極易對地下水環(huán)境產(chǎn)生不良影響。為保護(hù)礦山地下水環(huán)境，需要從源頭控制、防滲、監(jiān)控及應(yīng)急等方面采取相關(guān)措施。在礦山實(shí)際生產(chǎn)過程中，各措施應(yīng)有機(jī)結(jié)合，形成離子型稀土礦山的地下水環(huán)境保護(hù)組合對策。

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