貴州省廢棄煤礦酸性廢水調(diào)查研究

劉坤云

(貴州省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,貴陽 550081)

煤礦酸性廢水是在煤礦開采過程中,含硫化物的煤礦床被氧化而產(chǎn)生的pH值低于6的礦井水,其主要特點為pH較低,一般在4～6,含有高濃度的硫酸鹽以及多種可溶性的重金屬離子,如Fe2+、Mn2+等[1]。煤炭是我國重要的支柱能源,2005年、2021年、2023年國家統(tǒng)計局《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示,近年來,我國煤炭生產(chǎn)和消費量隨經(jīng)濟社會快速發(fā)展而大幅增長,能源消費總量由2005年的26.1億噸標準煤增至2021年的52.4億噸標準煤,2021全年煤炭消費量占能源消費總量的56.0%。煤炭資源的大規(guī)模、高強度開發(fā),煤矸石、煤礦瓦斯等副產(chǎn)物也急劇增長,特別是煤炭在開采過程中形成的大量煤礦酸性廢水,導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境壓力日益加大。酸性廢水的直接排放不僅造成水資源的浪費,而且污染水資源、生態(tài)環(huán)境及土地資源,危害農(nóng)作物、水生生物和人體健康。煤礦酸性廢水量大、面廣、污染嚴重、治理難度大[2]。

貴州省煤炭資源位列全國第五位,素有“西南煤?！敝Q。全省含煤面積約7.75萬km2,占全省總面積的44%。貴州省煤礦含硫量較高,含硫在1%～4%之間,中硫-富硫煤較多[3],以黃鐵礦含硫為主[4],煤礦在開采過程中,因含煤地層中所含硫化物(主要為黃鐵礦)的賦存環(huán)境變化而自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生煤礦酸性廢水[1]。煤礦礦井水通常在人為作用下被抽出(大多生產(chǎn)礦井)或自然流出礦硐(大多廢棄礦井)。由于貴州省煤礦開采主要以小煤礦為主,礦井水及煤矸石排放無序,導(dǎo)致煤礦酸性廢水排放成為突出的環(huán)境問題[5]。

1 廢棄煤礦廢水調(diào)查分析方法

1.1 資料收集

通過向能源、自然資源、生態(tài)環(huán)境等部門和省內(nèi)高校及科研院所專家收集廢棄煤礦廢水有關(guān)資料,通過分析,初步掌握全省廢棄煤礦分布及排水情況。

1.2 現(xiàn)場踏勘

通過前期資料分析情況,確定重點調(diào)查區(qū)域及廢棄煤礦名單,進行現(xiàn)場踏勘,查看排水情況,現(xiàn)場測定排水量,同時采集水樣?，F(xiàn)場采用pH計測定pH,采用三角堰法測定廢棄煤礦廢水水量。

1.3 實驗室分析

送具有CMA資質(zhì)認定的實驗室檢測水樣,采用火焰原子吸收分光光度法測定總鐵和總錳2個特征污染指標濃度。

2 貴州省廢棄礦井現(xiàn)狀分析

2.1 廢棄煤礦數(shù)量及出水量分析

通過向能源、自然資源等行業(yè)主管部門收集全省廢棄煤礦信息,向省內(nèi)有關(guān)方面專家咨詢并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查,根據(jù)天氣情況及項目安排,確定調(diào)查時間為2023年3月至6月。本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)廢棄煤礦909個,其中3月份對六盤水市開展調(diào)查,共發(fā)現(xiàn)廢棄煤礦107個;5月份對遵義市、安順市、畢節(jié)市、銅仁市開展調(diào)查,共發(fā)現(xiàn)廢棄煤礦472個;6月份對貴陽市、黔東南州、黔南州、黔西南州開展調(diào)查,共發(fā)現(xiàn)廢棄煤礦330個,調(diào)查主要集中在豐水期。分布于我省9個市州,出水的廢棄煤礦數(shù)為200個,出水的廢棄煤礦占比為22%。廢棄煤礦分布及出水情況詳見表1、圖1、圖2。

表1 廢棄煤礦出水情況統(tǒng)計表

圖1 貴州省出水的廢棄煤礦分布數(shù)及比例圖

圖2 貴州省出水廢棄煤礦出水量(m3/d)及占比

2.2 廢棄煤礦出水分析

根據(jù)各地廢棄煤礦排水狀況,結(jié)合廢棄煤礦對周邊水環(huán)境污染情況,對出水水量較大,通過視覺反映污染較重的99家廢棄煤礦出水進行采樣分析。測定指標為pH、總鐵和總錳3個指標。測定結(jié)果詳見表2、圖3。

表2 各市(州)廢棄煤礦出水礦均pH、總鐵、總錳情況統(tǒng)計表

圖3 廢棄煤礦廢水中礦均pH、總鐵、總錳含量分布

3 貴州省廢棄礦井現(xiàn)狀分析結(jié)果

3.1 廢棄煤礦數(shù)量及出水量分析結(jié)果

我省廢棄煤礦數(shù)量從多到少排列順序為:畢節(jié)市>遵義市>黔南州>六盤水市>貴陽市>安順市>黔東南州>黔西南州>銅仁市。出水的廢棄煤礦個數(shù)比例排序依次為:黔東南州>貴陽市>遵義市>黔西南州>六盤水市>黔南州>銅仁市>安順市>畢節(jié)市。煤礦的排水總量順序依次為:黔東南州>貴陽市>遵義市>畢節(jié)市>黔西南州>黔南州>銅仁市>六盤水市>安順市。從排水總量上看,我省廢棄煤礦廢水治理壓力最大的為黔東南州,其次為貴陽市和畢節(jié)市。廢棄煤礦廢水壓力相對較小的為安順市、六盤水市和銅仁市。

3.2 廢棄煤礦出水分析

根據(jù)檢測結(jié)果及現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計分析,黔東南州出水廢棄煤礦礦均含鐵量最高,達305 mg/L;其次是遵義市與黔南州,分別達236.5 mg/L與231.7 mg/L;含量最低的為六盤水市和銅仁市,分別為0.47 mg/L與6.83 mg/L。從總鐵污染負荷來看,黔東南州出水廢棄煤礦總鐵污染負荷最高,達30.033 t/d;其次為遵義市和黔南州,分別達3.944 t/d、2.646 t/d;安順市、銅仁市較低,最低為六盤水市,達0.001 t/d。

出水廢棄煤礦礦均總錳含量中,黔東南州出水廢棄煤礦礦均含錳量最高,達10 mg/L;其次是遵義市和貴陽市,分別為8.13 mg/L和6.64 mg/L;其余市州含量相對較低。從總錳污染負荷來看,黔東南州出水廢棄煤礦總錳污染負荷最高,達0.985 t/d;其次為貴陽市和遵義市,分別達0.208 t/d、0.139 t/d;其余市(州)均較低,最低為六盤水市,達0.0001 t/d。

出水廢棄煤礦礦均pH中,由低到高依次為黔西南州<安順市<黔東南州<黔南州<貴陽市<畢節(jié)市<遵義市<銅仁市<六盤水市。

4 貴州省廢棄礦井廢水治理現(xiàn)狀

貴州省廢棄煤礦廢水治理主要采取以下2種模式。

(1)采取末端治理,大多數(shù)采用建設(shè)污水處理設(shè)施進行控制,普遍使用傳統(tǒng)的中和沉淀法、吸附法或酸性礦山廢水處置組合工藝。中和沉淀法是酸堿中和處理技術(shù),應(yīng)用最為廣泛,在酸性廢水中加入堿性中和劑以提高廢水的pH值。在堿性條件下,金屬離子生成氫氧化物沉淀并從廢水中去除,常用的中和劑有石灰、石灰石、碳酸鈉、氫氧化鈉等。吸附法是通過多孔材料去除水中金屬離子,常用的吸附劑有活性炭、錳砂、沸石、高嶺土、膨潤土、粉煤灰、殼聚糖質(zhì)素等。調(diào)研發(fā)現(xiàn)采取末端治理普遍治理成本偏高,污泥產(chǎn)生量大,缺乏可持續(xù)性,如遵義市仁懷市桂花煤礦采用“曝氣+中和+沉淀”工藝處理酸性煤礦廢水;同時調(diào)查發(fā)現(xiàn)黔東南魚洞河流域、織金丫罵河流域及安順西秀區(qū)部分煤礦因處理設(shè)施后期的持續(xù)投入而停運。

(2)采取“源頭區(qū)域治理+井下封堵”相結(jié)合的治理技術(shù)模式,如2021年黔東南州啟動采用該模式在魚洞河流域?qū)嵤┧嵝悦旱V廢水治理,已完成黃壩煤礦和龍場煤礦平路河井井下封堵治理,正在實施魚洞監(jiān)獄煤礦斜井、江禾煤礦、里仁煤礦、大貓山煤礦和順發(fā)煤礦7#井封堵治理工程。目前,已取得了一定成效。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

(1)廢棄煤礦出水總鐵六盤水市最低,黔西南州、黔南州、遵義市、黔東南州較高。

(2)廢棄煤礦出水總錳六盤水市最低,貴陽市、遵義市、黔東南州較高。

(3)廢棄煤礦出水pH中,六盤水市廢棄煤礦出水最高,黔西南州最低,安順市、黔東南州、黔南州、貴陽市較高。廢棄煤礦總鐵、總錳和pH調(diào)查結(jié)果與貴州省能源局2017年發(fā)布的《貴州省礦井水及煤矸石綜合利用研究報告》(因當時黔東北、黔東南、黔南地區(qū)生產(chǎn)礦井少,調(diào)研范圍未涵蓋上述區(qū)域)中的結(jié)論基本吻合,即六盤水煤田區(qū)煤礦廢水總鐵、總錳含量最低;六盤水煤田煤礦廢水pH最高,貴陽煤田區(qū)煤礦廢水pH最低。

(4)廢棄煤礦出水量最大為黔東南州,其次為貴陽市和畢節(jié)市。廢棄煤礦廢出水量較小為安順市、六盤水市和銅仁市。

(5)黔東南州采用“源頭區(qū)域治理+井下封堵”的技術(shù)模式,將煤礦廢水治理技術(shù)應(yīng)用到實際工作中,轉(zhuǎn)變以往高成本、低效率、浪費水資源的末端治理的模式,不僅能達到標本兼治的效果,而且工程實施可充分結(jié)合南方山區(qū)地形地貌條件,場地安排靈活、利用井口空間,同時,治理后期運行成本低、利于維護。應(yīng)用“源頭區(qū)域治理+井下封堵”,不僅具有先進的新技術(shù)特點,而且具有明顯的環(huán)境效益、生態(tài)效益。因此,“源頭區(qū)域治理+井下封堵”治理模式等新技術(shù)的應(yīng)用,可為貴州省酸性廢水治理提供一種新的技術(shù)和方法。

5.2 建議

(1)建立完善閉礦環(huán)境管理及后評價體系

明確閉礦環(huán)境管理驗收程序,閉礦環(huán)境治理要求和驗收標準。閉礦前對可能出現(xiàn)的環(huán)境風(fēng)險進行評估,制定和落實相應(yīng)的防范方案;閉礦程序完成后,對已完成的閉礦善后工作進行核驗,確保閉礦環(huán)境驗收達到標準,并進行閉礦后評價。

(2)加強閉礦后的環(huán)境管理和生態(tài)治理工作

加強閉礦后的環(huán)境管理和生態(tài)修復(fù),加強酸性煤礦廢水治理、規(guī)范關(guān)閉礦洞、持續(xù)水質(zhì)監(jiān)測等。當前大多數(shù)廢棄煤礦廢水治理責(zé)任主體為地方人民政府,除持續(xù)開展廢棄煤礦廢水污染問題排查整治外,還需加強煤礦周邊水環(huán)境監(jiān)測,定期巡查,建立廢棄煤礦水環(huán)境風(fēng)險預(yù)警制度,防止嚴重環(huán)境損害事件的發(fā)生。

(3)建立地區(qū)廢棄煤礦環(huán)境風(fēng)險分級分類管控制度

充分考慮酸性煤礦廢水危害程度、技術(shù)方案成本等因素,采取科學(xué)的治理工藝,分級分類實施整治。對含有有毒污染物的應(yīng)優(yōu)先進行治理控制,防止對周邊群眾造成不可逆的人身損害。對位于飲用水源保護區(qū)、自然保護區(qū)、基本農(nóng)田保護區(qū)等敏感區(qū)域或者對居民生產(chǎn)生活造成影響的,也應(yīng)優(yōu)先進行治理。

(4)拓寬廢棄礦井水治理融資渠道

建立多元化的資金投入保障機制,運用市場機制,推行合同節(jié)水等管理模式,鼓勵社會力量、社會資本參與礦井水處理工程建設(shè)和運營管理。探索建立礦井水治理綠色信貸支持機制;探索開展項目收益權(quán)、特許經(jīng)營權(quán)等質(zhì)押融資擔保。

(5)加強廢棄煤礦廢水治理與新技術(shù)研究

加快研究污染治理技術(shù),支持、鼓勵各科研機構(gòu)、企業(yè)等在酸性煤礦廢水治理新技術(shù)方法的研究,探索科學(xué)有效、成本低的污水治理工藝技術(shù),降低污染治理資金投入。