某石煤礦山治理效果評(píng)價(jià)及改善建議

劉幸庭　熊玥　劉鳳姣

摘 要：石煤礦區(qū)極易產(chǎn)生酸性廢水，危害礦區(qū)生態(tài)環(huán)境安全。文章介紹了某石煤礦山的治理工程，工程主要包括廢石轉(zhuǎn)運(yùn)、削坡減載、粘土防滲與覆土綠化、截洪溝修建、擋土墻修建、生態(tài)混凝土護(hù)坡、底部挖槽及石灰/石灰石填鋪、回填區(qū)生態(tài)恢復(fù)等。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)擋土墻的出流水體的pH值以及重金屬離子濃度，評(píng)價(jià)其治理效果。在此基礎(chǔ)上，文章提出了使用可滲反應(yīng)墻技術(shù)對(duì)礦區(qū)污染進(jìn)行治理，該技術(shù)具有可替換、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠起到較好的防污效果。

關(guān)鍵詞：石煤礦山;重金屬;污染治理;污染評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.009

石煤是由菌藻類(lèi)、海綿等的原始動(dòng)、植物遺體在淺海環(huán)境條件下經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)年的腐泥化作用和煤化作用而形成的劣質(zhì)煤[1]。石煤在開(kāi)采過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物，侵占了大量的土地資源[2]。此外，固體廢棄物在大氣降水的淋濾作用下，將釋放出含有大量重金屬離子的酸性礦山廢水[3]。酸性礦山廢水會(huì)使水土質(zhì)量下降、并危及物種多樣性、擾亂生態(tài)穩(wěn)定[4-6]。湖南地區(qū)石煤資源較為豐富，石煤開(kāi)采和利用對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到了一定的作用，隨之而來(lái)的是嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，如地表破壞，土石環(huán)境污染[7]。石煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境污染亟待治理。文章對(duì)某石煤礦礦山進(jìn)行的綜合治理工程進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出治理工程的改善意見(jiàn)，以豐富石煤礦區(qū)治理實(shí)踐，為治理工程提供參考。

1 某石煤礦山治理工程概況

填埋是目前處理礦山固體廢棄物比較常見(jiàn)的方式。某石煤礦治理項(xiàng)目的工程內(nèi)容主要包括：采場(chǎng)邊坡削坡減載以消除地災(zāi)隱患;廢石運(yùn)轉(zhuǎn)至采坑拌石灰/石灰石填埋、填埋區(qū)出口修建擋土墻、四周修建截排水溝、填埋區(qū)粘土防滲等;采場(chǎng)邊坡客土噴播綠化、填埋區(qū)覆土綠化等。

2 治理工程效果評(píng)價(jià)

通過(guò)監(jiān)測(cè)擋土墻#1出流水體的質(zhì)量來(lái)評(píng)估該治理工程重金屬阻控的效果。該工程于2020年6月完成主體工程并通過(guò)工程驗(yàn)收。我單位于2020年7月開(kāi)始取樣監(jiān)測(cè)，取樣起止日期為2020年7月～2021年12月，每月取樣一次，共計(jì)取樣18個(gè)。采用玻璃電極法測(cè)定出流水體的pH值，根據(jù)《水質(zhì)金屬總量的消解微波消解法（HJ 678—2013）》進(jìn)行消解，消解后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP—MS）檢測(cè)出流水體中Cd和Pb的含量。

采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，出流水體pH值及重金屬Pb濃度的變化如圖2所示。

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可知，如表1所示，ρ（Pb）的出流濃度呈現(xiàn)逐月增高的趨勢(shì)，其最小值超標(biāo)3.54倍，最大值超標(biāo)6.93倍;水體pH值總體呈現(xiàn)逐月降低的趨勢(shì)，治理工程服役初期，水體pH值處于標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。服役第6個(gè)月水體pH值開(kāi)始超過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，水體pH值最低值為3.03，呈現(xiàn)出強(qiáng)酸性。

治理效果評(píng)價(jià)：工程的實(shí)施消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，邊坡及填埋場(chǎng)綠化效果良好，一定程度上消除了視覺(jué)污染。受治理經(jīng)費(fèi)的限制，填埋的廢渣僅做了石灰攪拌處理及粘土防滲。在工程竣工初期，重金屬阻控具有一定的效果，隨著時(shí)間的推移，阻控逐步失效。

3 改善建議

考慮到現(xiàn)有治理工程欠佳，擋土墻出流水體存在污染這一現(xiàn)實(shí)狀況，采用新型的可替換的可滲反應(yīng)墻（PRB）進(jìn)行污染治理。PRB技術(shù)又稱(chēng)可滲透反應(yīng)墻技術(shù)，是通過(guò)在地下構(gòu)筑可透水的反應(yīng)墻或是反應(yīng)帶，當(dāng)污染地下水流經(jīng)反應(yīng)墻或是反應(yīng)帶時(shí)，污染物得以去除的一種地下水污染原位修復(fù)技術(shù)。

目前，PRB系統(tǒng)大多施工繁瑣，反應(yīng)介質(zhì)中的作用有可能導(dǎo)致物質(zhì)的沉淀，不易清理。為解決介質(zhì)材料堵塞導(dǎo)致PRB失效，傳統(tǒng)PRB濾芯材料不好替換，施工工藝復(fù)雜等問(wèn)題，以零價(jià)鐵（ZVI），沸石、石英砂、活性炭和粉煤灰為主要濾芯材料，發(fā)明了一種可替換型可滲透反應(yīng)墻，為污染地下水治理領(lǐng)域提供新方法、新思路，推動(dòng)PRB技術(shù)走向成熟化。

5.格柵;12.反濾層;13.T型樁;10.鋼架結(jié)構(gòu)保護(hù)層;14.接口焊接

鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)層是整個(gè)系統(tǒng)最外層的長(zhǎng)方形殼體，目的是作為濾芯材料的支撐固定，為濾芯材料的安裝和替換提供空間，保證在替換濾芯材料的過(guò)程中具有一定的強(qiáng)度輔助支護(hù)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)完整，系統(tǒng)內(nèi)部不塌陷。T型固定樁用于分段固定整個(gè)裝置，T型端頭部裸露在擋土墻外，為系統(tǒng)的安裝提供空間。T型樁尾端嵌入擋土墻內(nèi)，用于固定整個(gè)反應(yīng)裝置。同時(shí)，方便整個(gè)系統(tǒng)的安裝和濾芯材料的替換。設(shè)置T型樁為基礎(chǔ)的目的是分段安裝，達(dá)到在不同環(huán)境工況下也能方便施工的目的。

9.進(jìn)水通道;10.鋼架結(jié)構(gòu)保護(hù)層;5.網(wǎng)狀格柵

所述網(wǎng)狀格柵采用金屬隔板，為反濾層和濾芯材料層裝填提供空間。主要起到固定反濾層和濾芯材料層，保證濾芯材料在替換過(guò)程中空間的穩(wěn)定。在所述反濾層，主要包括粗細(xì)石英砂，粒徑不同的石礫，填充在網(wǎng)狀格柵和擋土墻之間。濾液流經(jīng)濾芯材料和網(wǎng)狀格柵到達(dá)反濾層，該層用來(lái)收集濾液同時(shí)也具有一定的過(guò)濾作用，濾液流經(jīng)反濾層后通過(guò)擋土墻的出水口流出。

采用PVC材料作為濾芯材料的承載體，由于其強(qiáng)度高，對(duì)氧化劑、還原劑和強(qiáng)酸都有很強(qiáng)的抵抗力，且流動(dòng)特性差、收縮率低、造價(jià)低。

將可滲反應(yīng)墻置于堆體的底部，污染物流經(jīng)尾礦堆，由保護(hù)層的進(jìn)水口進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)部，由出水口進(jìn)入到濾芯材料箱體進(jìn)行過(guò)濾，零價(jià)鐵（ZVI），沸石、石英砂、活性炭和粉煤灰對(duì)于滲濾液的酸性具有緩沖作用，還能吸附滲濾液中的多種重金屬離子。中和吸附后滲濾液由濾芯材料箱體的出水口流出流經(jīng)網(wǎng)狀格柵和反濾層，進(jìn)行儲(chǔ)存和進(jìn)一步過(guò)濾，最后由擋土墻的通水管道排出到排水渠進(jìn)行收集和觀察。通過(guò)對(duì)排水渠的水體進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)價(jià)可滲反應(yīng)墻的服役性能。當(dāng)出流水體的pH值及重金屬濃度超過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可更換濾芯材料。

4 結(jié)語(yǔ)

石煤礦在開(kāi)采過(guò)程中，破壞了地形地貌，引發(fā)了嚴(yán)重的重金屬污染。該治理工程對(duì)于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)起到了一定的積極作用，減少了酸性礦山廢水產(chǎn)量。通過(guò)長(zhǎng)期檢測(cè)擋土墻出流水體的pH值及重金屬離子濃度，評(píng)估該治理工程的效果欠佳，不能完全阻隔酸性礦山廢水。因此，提出了采用可滲反應(yīng)墻技術(shù)對(duì)礦區(qū)污染進(jìn)行治理，可滲反應(yīng)墻具有可替換、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠起到較好的防污效果。

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