廣西某鉛鋅礦區(qū)水環(huán)境質(zhì)量演變分析

肖筱瑜，梁文壽，唐名富，余 謙

(1.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境治理工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541004；3.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；4.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科教結(jié)合科技創(chuàng)新基地，廣西 桂林 541004)

0 引言

中國是全球最大的有色金屬生產(chǎn)國和消費(fèi)國。金屬礦產(chǎn)的開發(fā)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，不可避免地會(huì)帶來一系列的環(huán)境負(fù)面影響。有研究顯示，礦山開采存在不同程度的重金屬污染，如鉛、鋅、鎘、汞以及類金屬砷等[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于采礦和冶煉每年會(huì)有635×106kg鉛、35×106kg砷被釋放到大氣、水體和土壤中，占進(jìn)入環(huán)境總鉛、總砷的35%和22%。尾礦庫滲濾液、廢石場(chǎng)淋濾液以及選礦廢水的無序排放，對(duì)周圍水環(huán)境的影響尤為突出[2]。鉛鋅尾礦、廢石在降雨作用下形成含有重金屬元素的淋濾液，下滲到地下水環(huán)境中[3]，帶來飲用水源污染風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)居民健康的危害。如果開采的是硫化礦，其礦渣、廢石內(nèi)部的硫化礦物氧化后會(huì)導(dǎo)致礦山廢水為酸性，會(huì)進(jìn)一步淋洗出礦物中的鉛、鋅、砷、鎘、銅等重金屬[1-15]，加大水環(huán)境中重金屬污染的可能性。前人除了從地下水研究礦山重金屬污染[2]外，還分析了采礦排水對(duì)周邊地表水環(huán)境的影響[3，16]，以及從水量、流場(chǎng)等方面分析了地下開采對(duì)地下水環(huán)境的影響機(jī)理并提出了治理對(duì)策[17-18]，但有關(guān)礦山采選活動(dòng)對(duì)礦區(qū)水環(huán)境質(zhì)量演變方面的分析鮮有報(bào)道。本文以某礦區(qū)為例，根據(jù)對(duì)礦區(qū)多年的地表水和地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)條件，分析礦山生產(chǎn)建設(shè)、環(huán)境整治等活動(dòng)對(duì)礦區(qū)地表水和地下水水質(zhì)演變的影響，以期為礦業(yè)生產(chǎn)的水環(huán)境保護(hù)措施提供借鑒。

1 區(qū)域環(huán)境及水文地質(zhì)概況

廣西某鉛鋅礦區(qū)處于構(gòu)造侵蝕的中低山地貌單元。地面海拔高程一般為300～500 m，地形切割中等。項(xiàng)目區(qū)土壤以黃壤土居多。植被較發(fā)育，地帶性植被類型季風(fēng)常綠闊葉林，組成種類復(fù)雜的多樣植被類型。

項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，夏秋炎熱，冬春較寒冷。多年平均氣溫為21.3℃，多年平均降雨量為1780 mm。每年4—8月份為雨季，11—12月份為枯水期。

該鉛鋅礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體存在。礦區(qū)所在區(qū)域長年流水的溪流主要有3條小溪，最終向南流出礦區(qū)匯合于一條河流。

礦區(qū)主要出露為奧陶系中、上統(tǒng)和志留系下、中統(tǒng)。巖性為淺變質(zhì)的砂頁巖夾少量不純的碳酸鹽巖石。地下水類型主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖夾碳酸鹽巖溶洞裂隙水、花崗巖-混合巖風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水三類，水量一般較貧乏，局部地段含水量中等。本區(qū)主要受地形地貌及水文地質(zhì)條件的制約，主要為地表河接受地下水的補(bǔ)給，地下水接受大氣降雨的補(bǔ)給，主要以泉和分散式滲流的方式排泄，補(bǔ)給地表水。

2 項(xiàng)目建設(shè)概況

該鉛鋅礦區(qū)有3個(gè)獨(dú)立的開拓系統(tǒng)，共設(shè)有7個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)，井下有3個(gè)水倉，地面有4個(gè)沉淀池。用于收集沉淀坑涌水和廢石場(chǎng)下游滲濾水，廢水經(jīng)過沉淀池后均就近外排于小溪。配套的選礦廠于20世紀(jì)60年代年建設(shè)，生產(chǎn)能力為300 t/d，采用浮選工藝，于2012年起因尾礦庫閉庫而關(guān)閉。

3 區(qū)域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1 地表水

對(duì)某鉛鋅礦區(qū)水系地表水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)(圖1和表1)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2和圖2。

表1 地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)工況

圖1 礦區(qū)地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

3.2 地下水

選取該鉛鋅礦區(qū)范圍內(nèi)2個(gè)監(jiān)測(cè)井不同時(shí)期的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3和圖3。

表2 地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖2 地表水鎘、鉛、鋅和砷不同年份的監(jiān)測(cè)結(jié)果直方圖

圖3 地下水鎘、鉛、鋅和砷不同年份監(jiān)測(cè)結(jié)果直方圖

表3 地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量演變分析

4.1 地表水質(zhì)量演變分析

根據(jù)表2和圖2的地表水監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中有2個(gè)斷面的鎘超標(biāo)，最大超標(biāo)54%；1個(gè)斷面鉛超標(biāo)，最大超標(biāo)54%；其余監(jiān)測(cè)因子能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。各斷面監(jiān)測(cè)因子中鎘、鉛、砷均是2017年8月的監(jiān)測(cè)結(jié)果最高，部分監(jiān)測(cè)斷面鋅是2018年11月的監(jiān)測(cè)結(jié)果最高。不同年份監(jiān)測(cè)的地表水中鎘、鉛、砷、鋅監(jiān)測(cè)結(jié)果有顯著變化。

2015年1月取樣時(shí)，礦山處于已停產(chǎn)3年?duì)顟B(tài)，所以地表水各監(jiān)測(cè)段面鎘、鉛、砷、鋅均較低。2017年8月取樣時(shí)，礦山開采工程建設(shè)后正在進(jìn)行試生產(chǎn)，雖然不排放廢水，但人為擾動(dòng)加劇，也導(dǎo)致地表水各監(jiān)測(cè)段面鎘、鉛、砷、鋅明顯升高：如1#點(diǎn)的鎘從低于檢出限(1 μg/L)增加到7.7 μg/L，增加了670.0%以上；6#斷面的鉛由48 μg/L增加到77.1 μg/L，增加了60.6%；1#點(diǎn)的鋅從0.132 mg/L增加到0.198 mg/L，增加了50.0%；1#點(diǎn)的砷從0.7μg/L增加到3.03 μg/L，增加了332.9%。

2018年11月取樣時(shí)，礦山進(jìn)行了環(huán)境整治，且處于停產(chǎn)狀態(tài)。地表水各監(jiān)測(cè)段面鎘、鉛、砷、鋅(1#、3#、和4#段面)出現(xiàn)回落：如1#點(diǎn)的鎘從7.7 μg/L下降到到2.5 μg/L，降低了67.5%；6#斷面的鉛由77.1 μg/L下降到低于檢出限(0.5 μg/L)，降低了99.4%以上；1#點(diǎn)的鋅從0.198 mg/L下降到0.146 mg/L，降低了26.3%；1#點(diǎn)的砷從3.03 μg/L增加到1.0 μg/L，降低了67.0%。但在2#、5#和6#監(jiān)測(cè)段面鋅出現(xiàn)進(jìn)一步升高現(xiàn)象，可能與2#小溪上游坑口涌水中鋅含量高有關(guān)。

從以上分析可以看出，人為活動(dòng)對(duì)礦山區(qū)域地表水環(huán)境質(zhì)量影響巨大：不同斷面的鎘、砷、鉛和鋅經(jīng)生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)后分別增加了670.0%、332.9%、60.6%和50.0%。但通過加強(qiáng)區(qū)域廢石場(chǎng)、尾礦庫的復(fù)墾等環(huán)境整治，并控制生產(chǎn)排污，改善區(qū)域地表水環(huán)境質(zhì)量作用明顯：相應(yīng)斷面的鎘、砷、鉛和鋅分別降低了67.5%、99.4%、26.3%和67.0%。各監(jiān)測(cè)時(shí)期的氣候條件見表4。

表4 不同時(shí)期監(jiān)測(cè)氣候條件

根據(jù)覃祥敏[23]的研究，溫度對(duì)尾礦中Zn、Pb等金屬離子的溶出濃度的影響很大，溫度升高，尾礦內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇，反應(yīng)加快，離子的溶出濃度升高。本鉛鋅礦是一個(gè)老礦山，周邊有尾礦庫和歷年采礦產(chǎn)生的廢石，礦山處于酸雨嚴(yán)重地區(qū)，大量的降水和高溫可促使重金屬的溶出，導(dǎo)致區(qū)域地表水重金屬含量升高，也是成為了2017年8月(在高溫多雨季節(jié))監(jiān)測(cè)結(jié)果顯著高于2015年1月和2018年11月(低溫少雨季節(jié))的監(jiān)測(cè)結(jié)果的原因之一。

4.2 地下水質(zhì)量演變分析

根據(jù)表3和圖3的地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，從2013年到2019年，礦區(qū)下游的1#監(jiān)測(cè)井(水文鉆孔)鉛最大監(jiān)測(cè)結(jié)果為28 μg/L(2013年監(jiān)測(cè)值)，最大超標(biāo)1.8倍；鎘和鋅的監(jiān)測(cè)值呈明顯下降趨勢(shì)；鎘、鉛、鋅、砷在從2013年到2018，降幅分別為50.0%、98.2%、96.9%和16.7%；而鉛、砷在2019年有所回升(依然滿足GB/T 14848-2017 Ⅲ類水質(zhì)要求)，并未在環(huán)境整治后同步跟地表水一起得到改善，有一定的滯后。礦區(qū)下游的2#監(jiān)測(cè)井(民井)水質(zhì)較好，鎘、砷、鉛、鋅的監(jiān)測(cè)結(jié)果均較低，滿足GB/T 14848-2017 Ⅲ類水質(zhì)，多年監(jiān)測(cè)結(jié)果水質(zhì)波動(dòng)不大。

4.3 地表水和地下水的關(guān)聯(lián)性分析

礦區(qū)2013年至2019年歷次地表水和地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總分析情況見表5。

表5 歷次監(jiān)測(cè)結(jié)果(最大值)

由表5可見，各重金屬因子在地表水和地下水中的濃度數(shù)量級(jí)基本一致。總體上，除鋅在地表水中含量略低于地下水外，地表水的鉛、鎘和砷含量均高于地下水(為2.4～7.7倍)。而地下水中鋅含量最大值高于地表水，其主要原因是鉛鋅礦區(qū)土壤背景中鋅較高，且鋅易于溶解在地下水中造成。

根據(jù)礦山所處位置地形地勢(shì)，溝谷為地下水的排泄區(qū)，地表水主要接受地下水的補(bǔ)給。1#監(jiān)測(cè)井和2#監(jiān)測(cè)井處于不同水文地質(zhì)條件且生產(chǎn)狀況不同，地下水受污染程度顯著不同。

1#監(jiān)測(cè)井位于坑口1的下游?？涌?和1#監(jiān)測(cè)井所在區(qū)域含水巖組包括砂巖、板巖、礫狀灰?guī)r等，其構(gòu)造裂隙、層間裂隙、風(fēng)化裂隙較發(fā)育，地下水賦存和運(yùn)移在裂隙中。該區(qū)域工業(yè)場(chǎng)地、廢石場(chǎng)均未進(jìn)行硬化防滲，礦山開采的礦井涌水、礦區(qū)工業(yè)場(chǎng)地初期雨水、露天堆放的廢石淋溶水易于滲入該區(qū)域地下水環(huán)境中，該監(jiān)測(cè)井地下水水質(zhì)受到一定程度的污染，不能滿足GB/T 14848-2017Ⅲ類水質(zhì)(2013年9月監(jiān)測(cè)到一次鉛超標(biāo))。但污水下滲量相對(duì)排放入河量較小，且通過風(fēng)化層土壤的物理、化學(xué)和生物作用，地下水中污染物得以凈化，故其中重金屬含量普遍低于附近地表水水質(zhì)：1#監(jiān)測(cè)井(2018年10月監(jiān)測(cè))的鎘、砷、鋅僅為其最近的同一小水文單元中的2#斷面(2018年11月監(jiān)測(cè))的22.7%、5.9%和27.8%。

2#監(jiān)測(cè)井位于尾礦庫1和選廠下游。該區(qū)域的地下水為花崗巖-混合巖風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙含水層，地下水賦存于黑云母花崗巖、花崗閃長巖、流紋巖、花崗斑巖等花崗巖風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙中，水量貧乏，富水性弱。該區(qū)域花崗閃長巖、花崗巖、花崗斑巖呈巖墻、巖脈、巖株?duì)町a(chǎn)出，基本呈微—未風(fēng)化狀，裂隙少見，起隔水墻作用。因此尾礦庫滲濾液及選廠廢水不易下滲進(jìn)入該區(qū)域地下水環(huán)境中。2#監(jiān)測(cè)井(2018年10月監(jiān)測(cè))地下水滿足GB/T 14848-2017Ⅲ類水質(zhì)要求，其中重金屬含量與最近的同一水文單元中的5#斷面同期(2018年11月監(jiān)測(cè))水質(zhì)相當(dāng)。

5 結(jié)論

不同斷面地表水中的鎘、砷、鉛和鋅經(jīng)生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)后最大增加量分別為670.0%、332.9%、60.6%和50.0%。

2)受礦山生產(chǎn)活動(dòng)污染的地下水監(jiān)測(cè)井水質(zhì)跟區(qū)域地表水變化趨勢(shì)一致，但其中重金屬含量普遍低于附近地表水水質(zhì)，鎘、砷、鋅濃度僅為地表水的22.7%、5.9%和27.8%。

3)通過環(huán)境整治后，區(qū)域地表水環(huán)境質(zhì)量改善作用明顯，相應(yīng)斷面地表水中的鎘、砷、鉛和鋅分別降低了67.5%、99.4%、26.3%和67.0%；但地下水中鉛和砷并未同步跟地表水一起得到改善，有一定的滯后。

綜上所述，通過生態(tài)恢復(fù)和污染治理，可使區(qū)域環(huán)境得到一定程度的恢復(fù)，但其成本大，且地下水恢復(fù)慢。在采選礦生產(chǎn)過程中要盡量減少廢石、尾礦的無序堆存，做好尾礦庫及污水處理設(shè)施的防滲，采選廢水處理達(dá)標(biāo)后外排，嚴(yán)格執(zhí)行污染防治措施和生態(tài)恢復(fù)方案，從源頭減少生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的不利影響，減小后期環(huán)境治理難度。