我國尾礦庫事故次生河流污染事件特征分析

邊歸國 王 翔 陳影聲 潘文斌

(1.福建省生態(tài)環(huán)境廳，福州 350003；2.福建省生態(tài)環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心，福州 350003；3.福州大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，福州350108)

2008年底，全國尾礦庫總計為12 655座，經(jīng)原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局會同原環(huán)境保護部等多部委開展了多次尾礦庫專項整治和綜合治理行動，尾礦庫總數(shù)量已有所減少，2023年尚有6 000余座尾礦庫[1]。尾礦庫一旦發(fā)生潰壩、泄漏，將造成尾礦庫附近的財產(chǎn)損失、人畜傷亡并產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染[2]。美國克拉克大學(xué)(Clark University)的研究表明，尾礦庫災(zāi)害排在全球93種重大災(zāi)害中的第18位[3]。郭廷亭報道我國2001-2020年共發(fā)生90余起尾礦庫事故，平均每年發(fā)生4.5起，超過Lemphers等對全球3 500個尾礦庫平均每年都有2～5個尾礦庫發(fā)生潰壩的調(diào)查結(jié)果[4]。王亞變等[5]研究了尾礦庫突發(fā)水污染事件環(huán)境應(yīng)急處置措施及應(yīng)用示范情況。陳思莉等[6]和張智[7]報道了黑龍江鹿鳴礦業(yè)尾礦庫泄漏事件受污染河水應(yīng)急處置工藝篩選及應(yīng)急構(gòu)筑18道攔截壩攔截污水的處置效果。目前，我國對尾礦庫的研究大多從安全生產(chǎn)的角度出發(fā)，研究內(nèi)容主要包括事故成因、風(fēng)險應(yīng)對、管理制度和安全影響評價等[8]，較少涉及尾礦庫事故次生河流污染事件特征分析，但自2000年以來，我國發(fā)生了多起尾礦庫事故次生河流污染事件，造成了嚴重的環(huán)境污染，基于此，本文通過對已發(fā)生40起尾礦庫事故次生河流污染事件的統(tǒng)計，重點分析尾礦庫事故主要成因、次生河流污染事件特征和應(yīng)急處置措施，同時借鑒生態(tài)環(huán)境部“南陽實踐”經(jīng)驗，全面提升尾礦庫所在流域突發(fā)水環(huán)境事件應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)能力，以期為預(yù)防尾礦庫事故發(fā)生以及應(yīng)對次生河流污染防控提供有益借鑒。

1 研究方法

1.1 過程或步驟

收集2000年以來我國有關(guān)尾礦庫事故次生河流污染事件的文獻和新聞報道，進行歸納統(tǒng)計。

1.2 分析方法

分別統(tǒng)計尾礦庫事故發(fā)生的年份和區(qū)域，深入分析尾礦庫事故成因、次生河流污染事件特征和應(yīng)急處置措施。

2 結(jié)果與討論

2.1 尾礦庫事故統(tǒng)計

二十多年來，我國發(fā)生的尾礦庫事故給人民生命財產(chǎn)造成重大損失，對周邊環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響。本次研究涉及18個省、市、自治區(qū)40起尾礦庫事故，結(jié)果見表1。

表1 尾礦庫事故地域和時間分布

按發(fā)生尾礦庫事故的省、自治區(qū)地域統(tǒng)計：陜西6起、河北6起、廣西3起、貴州3起、河南3起、遼寧3起、甘肅2起、四川2起、云南2起、山西2起、吉林1起、廣東1起、青海1起、浙江1起、新疆1起、湖北1起、黑龍江1起、湖南1起，其中陜西和河北發(fā)生的尾礦庫事故各6起，發(fā)生的頻次高于其它省、自治區(qū)，必須引起當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)部門的高度重視。

按時間分布：2000年1起、2006年5起、2007年5起、2008年4起、2009年1起、2010年1起、2011年5起、2012年2起、2013年2起、2014年4起、2015年2起、2016年2起、2017年3起、2018年1起、2020年2起，其中2006年、2007年和2011年發(fā)生的尾礦庫事故各5起，多于其它年份。近年來，由于各地加強了對尾礦庫的風(fēng)險管理，尾礦庫事故有下降的趨勢。

2.2 事故主要成因

統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，尾礦庫事故主要成因分別為結(jié)構(gòu)破壞、違法違規(guī)建設(shè)生產(chǎn)、自然災(zāi)害三種類型。

2.2.1 結(jié)構(gòu)破壞

尾礦庫發(fā)生破壞的結(jié)構(gòu)有排洪管(涵洞、槽)、溢流管(井)和礦漿輸送管等。由于結(jié)構(gòu)破壞引發(fā)的尾礦庫事故有11起，占27.5%。

1)排洪管(涵洞、槽)破壞。山西繁峙縣寶山鐵礦尾礦庫排洪管斷裂；河北寬城縣京豐礦業(yè)有限公司泄洪溝排水斜槽變形；陜西商洛市鑫豐源礦業(yè)排洪涵洞平蓋板、斷裂；貴州銅仁市萬泰錳業(yè)有限公司導(dǎo)洪管破裂；陜西南鄭縣漢達工貿(mào)有限公司泄洪槽頂部蓋板局部坍塌。

2)溢流管(井)破壞。河北赤城縣銀達礦業(yè)有限公司溢流涵管爆裂；遼寧東港市五龍金礦溢洪管破裂；遼寧本溪縣永安鐵選廠溢流管道破裂；河南洛寧縣河南發(fā)恩德礦業(yè)溢流井底部拱板發(fā)生側(cè)漏；黑龍江伊春市鹿鳴礦業(yè)有限公司溢流井發(fā)生泄漏[6]。

3)礦漿輸送管破壞。甘肅白銀市白銀有色集團公司礦漿輸送管道破裂。

造成結(jié)構(gòu)破壞的原因主要是未按設(shè)計施工、監(jiān)督不到位、超過涵管抗壓等[5]。尾礦庫單位應(yīng)嚴格按設(shè)計施工，強化日常管理，做好定期巡檢，及時發(fā)現(xiàn)事故并妥善處理。

2.2.2 違法違規(guī)建設(shè)生產(chǎn)

違法違規(guī)建設(shè)生產(chǎn)的主要原因有違規(guī)建設(shè)運行、違規(guī)擴容和違規(guī)施工。由于違法違規(guī)建設(shè)生產(chǎn)引發(fā)的尾礦庫事故有10起，占25%。

1)違規(guī)建設(shè)運行。廣西南丹縣大廠鎮(zhèn)鴻圖選礦廠違規(guī)建設(shè)、帶病運行；云南鶴慶縣云南地礦股份公司未進行防滲處理，擅自違法生產(chǎn)；廣西靖西縣華銀鋁業(yè)有限公司配套建設(shè)的環(huán)境保護設(shè)施未經(jīng)驗收；青海興?？h索拉溝銅多金屬礦尾礦廢水進入已蓄滿尾礦砂的尾礦庫，溢出尾礦庫初期壩；浙江麗水市大金莊礦業(yè)公司尾礦庫水位過高、干灘長度嚴重不足；山西省襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司新塔礦區(qū)違法違規(guī)生產(chǎn)。

2)違規(guī)擴容。陜西鎮(zhèn)安縣黃金礦業(yè)有限公司多次違規(guī)加壩擴容；遼寧海城市鼎洋礦業(yè)有限公司違法加高、壩體開裂。

3)違規(guī)施工。吉林延邊晨鳴紙業(yè)有限公司未按自備電廠灰渣庫的設(shè)計，自行采用其他材料在排水立井頂部實施了封堵；甘肅西和縣隴星銻業(yè)公司排水井拱板未按照設(shè)計要求進行安裝施工、質(zhì)量未達到設(shè)計要求造成拱板破損脫落形成缺口[9]。

這些案例表明，尾礦庫業(yè)主需進一步強化和壓實安全生產(chǎn)主體責(zé)任。同時生態(tài)環(huán)境、應(yīng)急和自然資源等部門應(yīng)加強聯(lián)合執(zhí)法，切實履行監(jiān)督職能，嚴懲違規(guī)者，以減少尾礦庫事故的發(fā)生。

2.2.3 自然災(zāi)害

造成尾礦庫事故主要自然災(zāi)害原因有暴雨、地震等。由于自然災(zāi)害引發(fā)的尾礦庫事故有10起，占25%。

1)暴雨引發(fā)。廣東信宜市紫金礦業(yè)[10]、河北赤城縣大地礦業(yè)有限公司、河北興隆縣盧春成鉬選廠、河南鄭州市中鋁河南分公司、新疆阿勒泰市金鑫鉛鋅礦業(yè)、陜西寧強縣漢鋅銅礦、四川岷江電解錳廠錳渣庫、湖南省郴州市云南錫業(yè)郴州礦冶有限公司、四川馬邊縣南方礦業(yè)有限公司等。

2)地震引發(fā)。廣西平果縣中鋁廣西分公司地震引發(fā)巖溶塌陷排泥庫局部防滲結(jié)構(gòu)破壞。

應(yīng)對自然災(zāi)害的影響，應(yīng)加強尾礦庫安全與環(huán)境風(fēng)險隱患檢查并建立尾礦庫三級防控體系，在尾礦庫初期壩下建有足夠容量的事故池，將泄漏廢水收集，經(jīng)處理后循環(huán)使用。借鑒生態(tài)環(huán)境部“南陽實踐”經(jīng)驗，在尾礦庫下游河道支流設(shè)計并建造攔截吸附壩、滯污塘，全面提升尾礦庫所在流域突發(fā)水環(huán)境事件應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)能力，達到消除或減輕污水對下游河水及環(huán)境敏感點的污染影響。

2.3 次生河流污染事件特征分析

2.3.1 污染物排放量大

次生河流污染事件中的污染物排放量一般遠大于企業(yè)污水事故排放量，而巨大的污染物排放量致使河流的應(yīng)急處置異常困難。部分尾礦庫事故污染物排放量見表2。

表2 部分尾礦庫事故污染物排放量

統(tǒng)計結(jié)果表明：尾礦庫事故次生河流污染事件最顯著的污染特征之一就是排放量大，排放量≤0.1×104m3有6起，污染物排放量>0.1×104～1.0×104m3有6起，污染物排放量>1.0×104～10×104m3有9起，污染物排放量>10×104m3有7起。其中1.0×104m3以上的共16起，占總數(shù)的40%。殘酷的事實警示我們，必須加強對尾礦庫的管理，防止尾礦庫事故尤其是重特大事故的發(fā)生。

2.3.2 污染范圍廣

絕大多數(shù)尾礦庫事故均不同程度地造成河流污染，其影響范圍從下游幾百米至幾百公里不等。40個案例統(tǒng)計結(jié)果表明，廣西南丹縣鴻圖選礦廠垮壩事件影響距離相對較小，其尾礦漿影響范圍約700 m；其次是陜西商南縣鑫陽礦業(yè)公司事件，其尾礦泥漿造成木家埡河約3 km河流污染。污染范圍較大的案例有：1)四川阿壩松潘縣岷江電解錳廠渣庫決口造成下游200 km河道的重金屬離子污染，同時導(dǎo)致綿陽城區(qū)30萬人口近二個月依靠桶裝礦泉水生活。2)黑龍江伊春市鹿鳴礦業(yè)公司鉬礦尾礦庫事故造成依吉密河至呼蘭河約340 km河道鉬濃度超標(biāo)。3)甘肅西和縣隴星銻業(yè)尾礦庫事件造成甘肅、陜西、四川三省346 km河流污染。

2.3.3 污染因子多

尾礦庫事故次生河流污染事件產(chǎn)生的污染因子多，主要來源于尾渣和尾水中所含顆粒物、懸浮物以及尾礦庫儲存尾礦中的各種污染物。統(tǒng)計表明，尾礦庫事故次生河流污染事件常見污染因子為重金屬，其次為磷、氟、氰化物、氨氮和粉煤灰，具體見表3。

2.3.4 應(yīng)急處置難

尾礦庫事故次生河流污染事件發(fā)生后，其應(yīng)急處置的一般程序為：1)切斷污染源；2)應(yīng)急攔截；3)技術(shù)降污；4)水利調(diào)度；5)飲水保障；6)河道清污。2018年1月河南省南陽市發(fā)生跨省轉(zhuǎn)移危險化學(xué)品傾倒淇河的環(huán)境污染事件，生態(tài)環(huán)境部和河南省政府組織力量通過迅速筑壩攔水，果斷截污處置，修建80萬立方米“臨時應(yīng)急池”，成功阻斷污染物擴散，受污染水體得到及時處理并達標(biāo)排放，下游飲用水水源地丹江口水庫免受污染。為了更好地指導(dǎo)各地有效應(yīng)對河流污染事件，生態(tài)環(huán)境部把“以空間換時間，以時間保安全”思路稱為“南陽實踐”，并頒發(fā)《流域突發(fā)水污染事件環(huán)境應(yīng)急“南陽實踐”實施技術(shù)指南》(簡稱《“南陽實踐”指南》)，要求各省生態(tài)環(huán)境部門要認真落實“找空間、定方案、抓演練”三個環(huán)節(jié)任務(wù)?！丁澳详枌嵺`”指南》中應(yīng)急空間類型有引水式電站、濕地、干枯河床、江心洲型河道、引水管道、坑塘、排水管道、連通水道、多級攔截壩和水庫等十種類型。

2.3.4.1 切斷污染源難

由于尾礦庫事故瞬間排放成千上萬噸的尾渣、尾水，無法在事故發(fā)生初期將污染源封堵。最有效的方法是利用濕地(包括人工濕地)、干枯河床和坑塘?xí)捍嫖苍?、尾水，盡量減少污染物進入河流，保護飲用水源地和水產(chǎn)養(yǎng)殖等敏感目標(biāo)。王亞變等報道了在隴星銻業(yè)尾礦庫泄漏事件中通過及時封堵溢流井以防止溢流井內(nèi)尾礦漿持續(xù)外排的源頭封堵措施[5]。

2.3.4.2 應(yīng)急攔截工程量大

在污染物入河往下游遷移的過程中，由于河流匯水量不斷增加，導(dǎo)致應(yīng)急攔截工程量大。黑龍江鹿鳴礦業(yè)尾礦庫泄漏事件處置過程中，應(yīng)急構(gòu)筑18 道攔截壩。隴星銻業(yè)尾礦庫事故次生河流污染事件應(yīng)急處置中在兩條河的干流、支流上建設(shè)攔水壩198座，共攔截污染水體 385×104m3[9]。

2.3.4.3 技術(shù)降污復(fù)雜度高

技術(shù)降污需多部門聯(lián)動，由于參與人員眾多加之現(xiàn)場組織和具體任務(wù)相互交錯，考慮到應(yīng)急現(xiàn)場水陸環(huán)境復(fù)雜，因此協(xié)同配合難度較大。投放藥劑是現(xiàn)場應(yīng)急技術(shù)降污的主要方式，由于河流水動力及污染物遷移特征的變化，導(dǎo)致采用技術(shù)降污存在較大的不確定性，具體投放藥劑類型和用量需根據(jù)現(xiàn)場實際情況不斷調(diào)整，陳思莉等研究提出，對于受到金屬和類金屬污染的水體一般采用化學(xué)混凝沉淀法進行處置，對于受到有機物污染水體可采用吸附法進行處理；對于某些揮發(fā)性有機物可采用吹脫法去除[11]。環(huán)境保護部環(huán)境應(yīng)急指揮領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室編寫的《突發(fā)環(huán)境事件典型案例選編(第一輯)》 報道了在應(yīng)急處置中需根據(jù)銻不同濃度分別采用弱酸性鐵鹽混凝沉淀法、硫化鈉+聚合硫酸鐵、氫氧化鈉+聚合硫酸鐵等投藥降污以取得較好的去除效果。遼寧五龍黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司尾礦庫事故含氰化物尾礦漿泄漏量達10×104t，含氰化物尾礦渣為1 000 t，氰化物為3.74 t。事故發(fā)生后，在金礦尾礦壩溢流與滲流的匯合水中投加10%的NaClO和NaOH混合溶液，在尾礦壩-蓄水庫河段筑攔截壩中適量投加漂白粉以保障飲用水安全[12]。張智報道了在鹿鳴礦業(yè)尾礦庫事故次生河流污染事件處置中設(shè)置15個藥劑投放點，分河段投藥，分區(qū)域沉降，投放聚丙烯酰胺藥液、聚合氯化鋁對水體中礦砂實施絮凝沉降處理，投放聚合硫酸鐵藥液對水體中鉬實施控污降害處理[7]。

2.3.4.4 水利調(diào)度需精準(zhǔn)

水利調(diào)度能在短期內(nèi)降低污染物濃度或限制污染范圍，是處置突發(fā)性水污染事件的重要手段，但其過程需精準(zhǔn)施策、科學(xué)調(diào)度。通過河道投藥和調(diào)水稀釋兩個措施，廣西龍江河突發(fā)環(huán)境事件實現(xiàn)了把污染水團控制在龍江河河段范圍內(nèi)、下游柳江鎘濃度不超標(biāo)的控制目標(biāo)要求，其中龍江河糯米灘電站放流量80～100 m3/s，融江大埔電站放流量約200 m3/s[13]。邊凱旋等研究表明通過充分發(fā)揮上游水庫的調(diào)水稀釋作用，加強上游水庫的下泄流量準(zhǔn)確調(diào)度情況下可實現(xiàn)下游不同位置的污染物濃度達標(biāo)[14]。

2.3.4.5 飲水保障工藝復(fù)雜

尾礦庫事故次生河流污染事件發(fā)生后，下游自來水廠在污染能夠通過自有處理工藝達標(biāo)的前提下，盡量不停止供水，以減少對居民用水和社會經(jīng)濟活動的影響。除了實施取水口圍欄、過濾等應(yīng)急處置措施外，還可以根據(jù)污染物的理化特征采用絮凝/混凝沉淀、氧化還原、砂濾、活性炭吸附等深度處理工藝，并擇機啟動備用水源，通過供水系統(tǒng)調(diào)配供水，以達到及時恢復(fù)取水和供水的目標(biāo)。邴永鑫等報道了水廠在酸性條件下采用硫酸聚鐵沉降法除銻的方法，原水銻濃度最高達0.016 7 mg/L，經(jīng)處理后出廠濃度穩(wěn)定在0.004 mg/L以下[9]。

2.3.4.6 河道清污修復(fù)工程投入大

尾礦庫事故次生河流污染事件發(fā)生后，含有污染因子的尾渣和尾水進入下游河流，并隨河流向下游遷移，河道清污修復(fù)工程要消耗大量的人力、物力、財力和時間。甘肅西和縣隴星銻業(yè)尾礦庫銻污染事件經(jīng)過71天應(yīng)急處置，受污染河道才全線達標(biāo)，應(yīng)急處置期間總清污量約13 700 t，其中河道及重點區(qū)域清運尾砂約2 600 t，清理河道砂石和淤泥混合物等約11 100 t[9]。黑龍江鹿鳴礦業(yè)尾礦庫泄漏事件投入各類救援人員10 000余人，各類救援車輛及工程機械 1 511臺套。

3 結(jié)論

1)尾礦庫事故主要成因為結(jié)構(gòu)破壞、違法違規(guī)建設(shè)生產(chǎn)、自然災(zāi)害三種類型。

2)尾礦庫事故次生河流污染事件特征主要表現(xiàn)為污染物排放量大、污染范圍廣、污染因子多、應(yīng)急處置難。尾礦庫事故次生河流污染的應(yīng)急處置應(yīng)按照“南陽實踐”的思路，建立四級防御體系：(1)收儲，即充分利用尾礦庫附近的濕地、坑塘、干枯河床等場地，盡可能將泄漏的污染物控制在陸域，減少入河量。(2)攔截，即合理利用已有的引水式電站、江心洲型河道、連通水道和水庫實施攔截，也可以選擇有條件的河段構(gòu)筑多級攔截壩，層層圍堵污染團。(3)削污，即根據(jù)污染物的理化性能，對攔截的污染團進行吸附、絮凝沉淀、氧化還原等處置，有效減少污染物濃度直至達到相應(yīng)的國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。(4)確保飲水安全，即在取水口附近設(shè)置隔離、過濾、吸附網(wǎng)，盡量降低污染物濃度，同時強化自來水廠深度處理工藝，保障供水安全。

3)企業(yè)和政府有關(guān)部門應(yīng)高度重視尾礦庫，嚴格按《尾礦庫污染隱患排查治理工作指南(試行)》和《尾礦庫環(huán)境應(yīng)急管理工作指南(試行)》規(guī)定，采取有效措施，防患于未然，盡最大可能防止突發(fā)環(huán)境事件擴大、升級，最大限度地降低對環(huán)境的損害。