云南煤矿矿坑水水质问题及综合治理探析

赵琦琳　杨宗慧　杨子龙

(1.云南省环境科学研究院，昆明　650034；2.云南省环境监测中心站，昆明　650034；

3.云南省地方煤矿事业局，昆明　650000)



云南煤矿矿坑水水质问题及综合治理探析

赵琦琳1杨宗慧2杨子龙3

(1.云南省环境科学研究院，昆明650034；2.云南省环境监测中心站，昆明650034；

3.云南省地方煤矿事业局，昆明650000)

【摘要】本文针对区域内矿山酸性废水的来源、水质的理化特征、产生机理及污染危害性，论述了源头控制的重要性，提出区域综合治理的解决方案，解除多功能水资源的水质安全隐患，最终实现废水资源化及综合利用。

【关键词】煤矿；矿坑排水；水质评价；综合利用

引言

煤矿矿体多为多金属硫铁矿[1]。煤层中的硫铁矿在开采过程中被不断暴露于外界环境中，逐渐受到氧化分解而形成酸性物质，其中含有大量铁锰离子。此外，开采出来的煤矸石堆放于外环境中，在降雨淋浸和氧化作用下，也会不断氧化分解，形成酸性工业废水。此类酸性水在井下腐蚀管道与设备，危害矿工健康；排出井巷，污染环境和水源，破坏水生与陆生生态系统，危害工农业和渔业生产，直至人群健康。我国每年约有20多亿m3的矿坑水排至地面，这些矿坑水如加以利用，即可变废为宝，造福于人类[2]。

煤矿的开发、管理方面，政府最初更为关注两大问题[3]：一是涉及瓦斯的安全问题；二是地质安全问题；水环境的污染问题尚没有受到足够重视。2014年12月至2014年4月，云南省环境科学研究院针对云南曲靖某煤矿矿区展开流域水资源调查，对流域内地表各干流及支流上下游、各库区及坝前、坝下河道、流域内煤矿矿区汇水、主要煤矿外排水等共33个地表水断面29项水质指标进行较全面的采样和分析检测，本文主要依据其中8个煤矿外排水的污染状况进行评价论述，提出区域水环境综合治理解决方案。

1材料与方法

1.1区域环境概况

研究的目标煤矿矿区地处云南东部丘陵地带，位于九龙河上游流域。九龙河属珠江上段的南盘江水系黄泥河中游右岸的最大一级支流流域，其面积2108km2。研究对象所处流域属大气降水补给型河流，年径流情势与降水的年际、年内及面上分布关系密切，属滇东多暴雨区。流域属岩溶发育地区，特别是汇水主要干流，其62%为岩溶发育地区。流域闭流区内存在较多的漏斗、溶洞和密布的地下暗河水系网，形成了较大的调蓄能力，起到了削峰、加大基流的作用，地表水系不发育；多年来，矿区由于受人为活动影响较重，原始森林植被已破坏殆尽，仅零星分布。

根据“曲靖市人民政府关于印发《曲靖市地表水环境功能区划分类结果》的通知”[4]，区域内的煤矿废水的受纳河流全河水体功能确定为饮用工农业用水，执行GB3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水体标准，据调查了解该河流现状无饮用功能。

该干流在流经相当路径后，进入地下盲流，最终汇入下游一水库，该水库位于麒麟区，属饮用水源，主要功能为饮用一级，类别为Ⅱ类水，即为集中式生活饮用水水源保护区。本次研究的煤矿矿区范围及工业场地不在该水库的径流区及水源保护区范围内[5]。根据收集的资料[6]，2003年以前，该水库曾经局部出现过严重的湖体污染问题，涉及的主要指标为铁、锰、硫化物、石油类、总氮等。

1.2样品采集

根据区域特点和煤矿水外排方式，本次样品采集设计方案为：锁定区域内直接进入地表水系的8个煤矿方向来水进行样品采集，每天一次，连采三天，检测结果以GB3838-2002《地表水环境质量标准》[7]中Ⅲ类水体标准，水质单项因子评价法进行评价，铁、锰、硫酸盐、硝酸盐氮、氯化物选择执行表2集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值。

为了全面掌握水质情况，同时也为解决污染防治提供技术上的科学依据，本次监测方案对监测指标进行较为全面的设计，一共设置了29项水质指标。

1.3样品分析

水质样品的检测方法、方法检出限及检测仪器设备主要依据采用GB3838-2002《地表水环境质量标准》规定的标准方法，详见表1。

2结果与讨论

2.1水样检测结果

水样检测结果见表2，并以水质单项因子评价法进行评价。

2.2水体污染评价

水质评价结果将为矿井水在处理设备及工艺上的选择和矿区水资源开发利用的整体规划上提供科学的依据。矿井水水质的评价方法很多，如单因子评价法、综合指数法、人工神经网络模型、灰色聚类法、模糊综合评价法等，本文采用单因子评价法进行水环境评价。从表1中可知，pH值、五日生化需氧量、溶解氧、化学需氧量、氨氮、氟化物、总氮、总磷、锌、铁、锰等共10项指标均不同程度地超标。其中，超标率最高的为溶解氧、化学需氧量、氨氮、氟化物、总氮、铁、锰等8项，pH值、溶解氧、总氮、铁、锰等5项超标率为100%，示意图见图1；此外，8条外排水水样外观上均表现出黄色、黄棕色且浑浊的物理性状。

表1　水质检测方法、方法检出限及主要检测仪器设备

表2　样品三日平均检测及评价结果　mg/L

续表2

指标1#2#3#4#5#6#7#8#标准限值超标率最高超标倍数硫酸盐104.1143143156152150139137≤250*00总氮49.750.548.34.1954.43.832.0425.1≤1.0100%53.4硝酸盐氮<0.08<0.08<0.080.533<0.08<0.080.724<0.08≤10*00总磷0.090.050.090.080.050.090.100.40≤0.212.5%1.0石油类0.030.030.050.030.030.010.030.03≤0.0500阴离子表面活性剂0.080.080.090.090.080.090.060.08≤0.200挥发酚<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003<0.0003≤0.00500硫化物<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005≤0.200氰化物0.0050.0050.0060.0050.0080.0060.0070.006≤0.200硒<0.0030.004<0.003<0.003<0.003<0.003<0.003<0.003≤0.0100汞(ug/L)<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01≤0.0100锌0.9440.8861.260.010.9440.8861.260.01≤1.025%0.26铜<0.005<0.0050.265<0.005<0.005<0.0050.265<0.005≤1.000铅<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01≤0.0500砷<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007<0.007≤0.0500镉<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001≤0.00500铬<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004<0.004≤0.0500铁52.9733.448.39.8252.9733.448.39.82≤0.3100%176总锰6.716.127.280.3586.716.127.280.358≤0.1100%71.8硒<0.0030.004<0.003<0.0030.004<0.003<0.003<0.003≤0.0100粪大肠菌群(个/L)<20<20<20<20<20<20<20<20≤1000000总悬浮物238253197212246165133195187无0

图1　超标率示意图

本次研究表明，水质最高超标倍数：铁为176倍、锰71.8倍、氨氮49.7倍、总氮53.4倍，示意图见图2。

图2　最高超标倍数示意图

由此可见，矿山酸性废水的污染主要来自于酸污染及重金属污染。

2.3污染源项分析

根据现场调查，此8条排水的来源主要有两个：一是运行中的煤矿矿坑废水直接外排；二是停厂关闭后的煤矿采空区、堆放的煤矸石由于水系的运移和淋滤作用，形成同种特征的废水进入区域内水循环体系，两种情况均可导致区域内形成富含铁锰离子的酸性废水。

硫化物氧化是产酸和释放重金属的主要机制[8]。开采的煤矿矿体中含有硫化矿，硫化矿在自然界中分布广、数量多，它可以出现于几乎所有的地质矿体中，这些硫化矿物在空气、水和微生物作用下，发生溶浸、氧化、水解等一系列物理化学反应，形成含大量重金属离子的黄棕色酸性废水，这些酸性水pH一般为2～4，成份复杂含有多种重金属；同时废水产生量大，一些矿山每天酸水排放量为几千甚至几万m3，且水量、水质受开采情况，及不同季节雨水丰沛情况不同而变化波动较大，这些酸性重金属废水的存在对矿区周围生态环境构成了严重的破坏。

2.4矿山酸性废水的危害

(1)矿坑排水不可避免地对地下水的直接充水含水层起到联合疏干的作用[9]。

本区域林地基本分布于属于地下水补给区的山脊，林地生长用水主要依靠大气降水补给。由于开采对浅层地下水及地表水资源的破坏，影响土壤墒情，从而影响土地耕种和灌溉，间接导致农业生产力下降。

(2)部份水质评价指标严重超标，污染区域内的地下水体、地表水流及收纳湖库水体。

(3)由于矿坑水具有铁、锰含量高，酸度高，硫酸盐含量高等特点，对流经之处将改变土壤结构造成土壤板结，不利于作物的生长，同时也将影响农产品质量。

(4)此类废水对水生、陆生生态系统均有破坏作用[10]。

(5)酸性矿井水中含有大量铁离子，由于Fe(OH)3的沉淀，使接收它的排水沟、河流等水体两岸和底部变红，严重破坏自然景观；

(6)总悬浮物、氯化物、硫酸盐等指标虽然未进入GB3838-2002《地表水环境质量标准》的指标体系，但从检测结果来看，此类煤矿外排水总悬浮颗粒物含量、含盐量较高，其浓度远远超过流域内其它地表水的正常水平。过高的铁、锰、总悬浮物、氯化物、硫酸盐也不可避免地对区域内人群带来直接或间接的健康风险[11]。

3结论

鉴于该区域内煤矿外排废水pH、Fe、Mn、总氮、溶解氧、化学需氧量、氟化物等远超过纳污水体的承载能力，同时污水排放规模较大，还由于流域内生态流量保证要求及环境保护要求等，结合国内外较为成熟的治理经验[12-14]，建议政府加强源头污染控制，并对该流域展开综合治理工程，治理思路及措施如下。

3.1通过立法严格控制污染物排放并加强监管

对入河排污做出严格规定，企业废水必须达标排放，集聚区内工业废水必须经预处理达到集中处理要求，方可进入污水集中处理设施。企业必须申请排污许可，并定期进行审核，未经许可不得排污。定期检查，起诉、处罚违法违规排放等行为；建立健全区域内水质监测及信息反馈系统。

3.2对已关闭的煤矿进行全面清查及管理，采取有效措施，扼制环境污染

已关闭煤矿煤矸石的堆放场存在较大环境风险。煤矸石一般堆放量巨大，经长期淋溶污染物增加。实践表明：煤矸石综合利用是根除煤矸石灾害事故最彻底有效的方法(赵家荣，2001)。对煤矸石应采取合理充分的利用，并做好截污收水及水土保持工作。

3.3修建污水处理厂及配套管网，全面截污

启动区域污水管网建设，在区域内修建数条支线管网并接入排污干渠，减轻河流污染；对于一些不符合产业政策和行业发展规划的煤矿坚决采取措施关停并转。

3.4从分散管理到综合管理

逐步实施流域水资源水环境综合管理。成立了河流管理局，实施取用水许可制度，统一水资源配置。统一管理水处理、水产养殖、灌溉、畜牧、航运、防洪等工作，形成流域综合管理模式。水务公司承担供水、排水职能，不再承担防洪、排涝和污染控制职能；政府建立了专业化的监管体系，负责财务、水质监管等，实现了经营者和监管者的分离。

3.5加大新技术的研究与利用

早期的污水处理厂主要采用沉淀、消毒工艺，处理效果不明显。针对矿山酸性废水特点的处理技术的研究已有很大发展，但各处理工艺各有特点。政府应当加大政策支持力度，鼓励加大新技术研究与利用。

参考文献：

[1]谭鹤翔.煤矿矿坑水的水质特征[J].能源环境保护，1990.

[2]王磊，李泽琴，姜磊.酸性矿山废水的危害与防治对策研究[J].环境科学与管理，2009.

[3]云南能源2014年年报[R].

[4]曲靖市人民政府关于印发《曲靖市地表水环境功能区划分类结果》的通知[D].

[5]云南省人大常委会，云南省曲靖独木水库保护条例[D]，2003.

[6]盛开元，孙惠芬等.独木水库水质保护研究[J].云南环境保护，2003.

[7]GB3838-2002《地表水环境质量标准》[D].

[8]徐济勤.应对矿山酸性废水对农业生态环境破坏的对策思考[J].现代农业科技，2008.

[9]倪朝辉.酸污染对鱼类及水生态系统的影响[J].淡水渔业，1990.

[10]寿冀平，靳丰山.济宁、枣庄煤矿矿坑排水综合利用与环境保护[J].西北地质，2003.

[11]华凤林，王瑚，等.矿山酸性废水的形成机理及防治途径初探.河海大学学报，1993.

[12]张士权，李皓，等.煤矸石对环境的危害及其综合利用[J].现代农业科技，2007.

[13]赵玲，王荣锌，等.矿山酸性废水处理及源头控制技术展望[J].金属矿山，2009.

[14]国务印发院，关于水污染防治行动计划和通知(国发[2015]17号)[R].

Analysis of Water Quality Problems and Integrated Treatment of Coal

Mine Water in Yunnan

ZHAO Qilin1YANG Zonghui2YANG Zilong3

(1.Yunnan Institute of Environmental Sciences，Kunming 650034；2.Yunnan Environmental Monitoring Center Station，Kunming 650034；

3. Yunnan Provincial Coal Mine Industry Administration，Kunming 650000)

Abstract：Through analyzing the sources，physic-chemical characteristics，mechanism of production，and environmental harmfulness of acid mine water，this paper discussed the importance of source control and suggested the integrated solutions to pollution control，elimination of safety risks of water resources，and integrated wastewater reuse and recycle.

Keywords：coal mine；mine water；water quality assessment；integrated utilization

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)01-0124-04

通讯作者：赵琦林，学士，主要从事环境监测方面研究

作者简介：杨宗慧，学士，主要从事环境影响评价和环境监测方面研究

引用文献格式：赵琦琳等.云南煤矿矿坑水水质问题及综合治理探析[J].环境与可持续发展，2016，41(1)：124-127.