撫順礦區(qū)礦井水的特征和作為礦山修復(fù)灌溉用水的可行性研究

（遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院 遼寧·沈陽 110036）

0 緒論

源短缺是世界性的問題，目前，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展受到了水資源缺乏的嚴(yán)重制約，特別是北方城市水資源短缺，地下水開采嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水緊張。而礦井水作為煤炭行業(yè)產(chǎn)生水，關(guān)于礦井水的處理和資源化利用的研究至關(guān)重要。通過設(shè)計(jì)工藝流程處理礦井水中的污染物質(zhì)往往難度較大，費(fèi)用昂貴且處理不徹底。在煤礦資源豐富的地區(qū)，礦井水可以用于礦山修復(fù)過程中植被的修復(fù)灌溉用水。因此礦井水的主要成分以及特征和對植被生長生理特性、光合效應(yīng)、土壤環(huán)境效應(yīng)影響的研究具有重要意義。

我國是聯(lián)合國劃定的13個(gè)典型貧水國之一。我國淡水儲(chǔ)量為28000m3，人均擁有的淡水資源僅有2220 m3，這些平均水資源量不到世界平均水平的1/4，位居世界第121位（2012年）。

礦井水既是煤炭廢水更是一種特殊的可利用水資源，在我國北部某些礦區(qū)水源嚴(yán)重短缺的情況下，非常規(guī)水源在礦井景觀恢復(fù)的應(yīng)用，開辟礦山恢復(fù)灌溉用水新途徑是解決礦區(qū)用水匱乏的關(guān)鍵。然而，礦井水灌溉后草坪草的生長環(huán)境，以及對礦區(qū)土壤的影響是普遍關(guān)注的問題，也是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)至關(guān)重要的問題。

1 礦井水利用研究現(xiàn)狀

我國北方地區(qū)80%以上城市的發(fā)展面臨著水資源總量短缺、結(jié)構(gòu)不合理、污染嚴(yán)重等問題。礦井水成為農(nóng)田灌溉的潛在替代水資源。但是，目前國際上關(guān)于能否安全的將礦井水灌溉安全高效的進(jìn)行農(nóng)業(yè)利用的許多專家意見尚不統(tǒng)一，礦井水的水質(zhì)理化指標(biāo)，以及灌溉地區(qū)氣候條件、耕地土壤理化指標(biāo)、地下水水位高度、農(nóng)作物本身的生物特性和礦井水中重金屬對農(nóng)作物的影響在很大程度上制約著礦井水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉。我國南方地區(qū)排放的酸礦水灌溉農(nóng)田引起土壤污染問題研究較多，林初夏等研究發(fā)現(xiàn)礦井水的排放會(huì)增加附近農(nóng)田所用灌溉水酸度，造成土壤嚴(yán)重酸化。

據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2015年全國礦井水的排放總量約為43億m3，而全國礦井水可以利用的總量僅為約12億m3，全國礦井水的利用率約為26.1%，其余都作為廢水直接排放入河道，礦井水的大量流失不僅對水資源造成極大的浪費(fèi)，而且對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染愈加嚴(yán)重，甚至大大影響了礦區(qū)周圍居民的生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。近年來一些礦區(qū)的礦井水利用率達(dá)到了72%以上；與此同時(shí)礦井水的處理工藝和利用技術(shù)水平也大大提高，處理成本逐漸降低，對煤礦企業(yè)利用礦井水的積極性起到了很大的促進(jìn)作用。表1為2018年我國不同地區(qū)礦井水的產(chǎn)生和利用情況。

表1：2018年我國不同地區(qū)礦井水的產(chǎn)生和利用情況

2 撫順礦區(qū)礦井水的成分特征

撫順礦區(qū)礦井水所含主要成分及含量為表2所示，檢測設(shè)備為ZY-268；ICP-OES等，測定結(jié)果表明礦井水主要金屬元素含量中 K、Ca、Mg、Na的含量較高，分別為 173.2、170.5、85.3、82.5mg/L，這幾種元素作為植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)元素，顯示出撫順礦區(qū)礦井水作為礦山景觀恢復(fù)灌溉用水的必要性和可行性；對植物生長發(fā)育抑制較強(qiáng)的重金屬元素中鉻的含量為1.26mg/L，鐵和鉛兩種元素含量很少，說明撫順礦區(qū)礦井水作為礦山恢復(fù)灌溉用水的安全性較高，有利于進(jìn)一步的研究。對灌溉用礦井水中主要離子含量進(jìn)行測定，并且測定礦井水的pH為6.76，顯示為弱酸性礦井水。

表2：撫順礦區(qū)礦井水主要成分含量

3 礦井水作為灌溉用水的可行性研究

我國缺水量預(yù)計(jì)至2025年將達(dá)120億m3，而我國人均擁有的水資源量到21世紀(jì)中葉將降低至1600 m3。我國的國民經(jīng)濟(jì)水平正在經(jīng)歷飛速發(fā)展，人民生活水平日益提高，水資源需量逐漸提高，而人們的平均擁水量卻急劇下降。很多水源地受到工業(yè)生產(chǎn)的影響導(dǎo)致水源污染、居民飲用水短缺、景觀和農(nóng)業(yè)灌溉用水不足、工業(yè)生產(chǎn)用水急劇缺乏等一系列問題，解決這些問題只能通過超采地下水、節(jié)水灌溉、和非常規(guī)水源再利用的措施供給用水，在現(xiàn)階段和將來，非常規(guī)水源將會(huì)成為我國重要的替代性水源被應(yīng)用到景觀用水灌溉中，而礦井水作為非常規(guī)水源中重要的一種，礦井水作為景觀灌溉用水對于緩解我國水資源的危機(jī)和重建礦區(qū)生態(tài)具有重大意義。

地下開采作為我國煤炭產(chǎn)業(yè)的主要開采方式，在生產(chǎn)過程中為了確保井下安全問題，必須排出大量的礦井水。礦井水作為煤礦涌水含有很多煤炭性質(zhì)，直接排放不僅浪費(fèi)了寶貴的水資源，而且也污染了環(huán)境。因此對礦井水加以利用并作為礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)中景觀植被的灌溉用水，既解決了礦區(qū)水資源的浪費(fèi)和流失以及對水環(huán)境造成污染問題，又可以緩解礦區(qū)用水短缺的現(xiàn)象。

撫順老虎臺(tái)礦中礦井水主要來自于煤層砂巖隙水以及少量的礦井生產(chǎn)廢水，其礦井水特征與撫順地區(qū)地下水特征大致相符，主要區(qū)別在于礦井水的煤炭特征。我國目前是世界第一產(chǎn)煤大國，全國煤炭產(chǎn)量由2005年的9.98億t增至2015年的30億t，年均產(chǎn)量增加近2億t。原煤每生產(chǎn)過程中每產(chǎn)1t原煤將會(huì)從地下抽出大約3m3的礦井水，而我國全年地下水開采量大概為1120億m3，礦井水的產(chǎn)生使每年平均有近75億m3地下水抽排到地面，產(chǎn)生量約占全國地下水開采總量的6.8%，資料統(tǒng)計(jì)顯示，遼寧省煤礦年平均疏干排水量約5.9億m3，撫順地區(qū)礦井水年總排水量為2.19億m3，每年礦業(yè)開采的采量也呈持續(xù)增長的趨勢變化。礦井水灌溉的安全高效利用是能夠保障水資源可持續(xù)利用、緩解灌溉用水緊缺的有效措施。因此，開辟新型景觀灌溉水資源，對資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建立能夠起到積極的推動(dòng)作用。非常規(guī)水源灌溉的科學(xué)有效利用，同時(shí)能夠促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的建設(shè)，對環(huán)境生態(tài)安全也具有重要意義。

4 結(jié)論

（1）礦山地質(zhì)破壞的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)包括地表景觀的破壞、破壞誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、水文干擾與水質(zhì)污染和土地資源破壞與占用。因此把礦井水作為煤礦地區(qū)的灌溉用水對礦山地區(qū)景觀恢復(fù)和環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的改善有重要意義。

（2）礦井水是一種具有很強(qiáng)煤炭行業(yè)特征的水資源，測定其pH為6.76，為弱酸型礦井水；撫順礦區(qū)礦井水主要金屬元素含量中K、Ca、Mg、Na的含量較高，這幾種元素作為植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)元素，體現(xiàn)了撫順礦區(qū)礦井水作為礦山景觀恢復(fù)灌溉用水的必要性和可行性，進(jìn)一步說明撫順礦區(qū)礦井水作為礦山恢復(fù)灌溉用水的安全性較高。