■王 倫/楊新泉/任立國(guó)/崔 原/王 敏

(遼寧省第十地質(zhì)大隊(duì)，撫順 113004）

撫順市是一座以石油加工及煤炭開(kāi)采為主的重工業(yè)型城市，煤炭開(kāi)采已經(jīng)有百余年的歷史，在煤炭開(kāi)采和洗選加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的煤矸石。煤矸石是由碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)砂巖、砂巖、頁(yè)巖等巖石組成的混合物，其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量元素。

煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石山堆放在自然環(huán)境中極易發(fā)生自燃、淋溶、揚(yáng)塵等。煤矸石長(zhǎng)期露天堆放，在地表風(fēng)化及大氣降水作用下形成淋濾液，其中的硫化物、重金屬等有毒元素大量釋放，滲入周圍土壤、水體及地下含水層，對(duì)環(huán)境及地下水產(chǎn)生一定危害，也同樣威脅人們的身體健康[1-3]。因此，通過(guò)對(duì)撫順市區(qū)煤矸石污染進(jìn)行研究，并且能合理利用現(xiàn)有煤矸石，既迫切又重要。

1 撫順市區(qū)煤矸石堆放現(xiàn)狀

撫順市區(qū)現(xiàn)有面積大于1km2的舍場(chǎng)7個(gè)西露天西舍場(chǎng)（占地12km2）、東舍場(chǎng)（占地8.5km2）、華山街矸石山（占地1.62km2）、南舍場(chǎng)（占地2.5km2）、石油二廠舍場(chǎng)（占地1.7km2）、榆林堡舍場(chǎng)（占地8.8km2）、汪良華山舍場(chǎng)（占地5.1 km2）（參見(jiàn)圖1）。這些煤矸石長(zhǎng)期堆放，形成矸石山，并沒(méi)有得到及時(shí)處理與合理利用。

2 煤矸石對(duì)地下水的污染

2.1 煤矸石污染過(guò)程及危害

煤矸石堆放占用大面積的土地資源，打破了區(qū)域內(nèi)原有的生態(tài)格局。煤矸石在自然條件下，釋放出氣溶膠及一些有害氣體，對(duì)空氣造成一定污染。煤矸石富含堿金屬、硫化物及部分有機(jī)物。這些物質(zhì)是構(gòu)成無(wú)機(jī)鹽污染的主要物質(zhì)組成。煤矸石在長(zhǎng)期風(fēng)化過(guò)程中，部分低燃點(diǎn)的有機(jī)物會(huì)出現(xiàn)氧化自燃現(xiàn)象，破壞其中的礦物結(jié)構(gòu)，含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。在降水、融雪等環(huán)境中液體淋濾了煤矸石中的無(wú)機(jī)鹽污染物，并流入地表，滲入土壤，通過(guò)毛細(xì)水進(jìn)入淺層地表水中，對(duì)整體環(huán)境造成一定破壞[4]。降雨量、矸石山所在位置地層巖性及含水介質(zhì)的滲透能力等對(duì)地下水污染都起到主導(dǎo)作用。比如撫順市西舍場(chǎng)，該區(qū)域內(nèi)地下水潛水含水層以砂、礫石為主，底部基巖裂隙水含水層以花崗片麻巖風(fēng)化帶及深層構(gòu)造為主。其中砂、礫石及巖石風(fēng)化帶滲透系數(shù)較大，并且對(duì)煤矸石內(nèi)含有鈉、錳離子及其他無(wú)機(jī)鹽的淋濾液不會(huì)產(chǎn)生吸附或化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)多年對(duì)該區(qū)域內(nèi)地下水的研究，發(fā)現(xiàn)舍場(chǎng)附近地下水已經(jīng)污染嚴(yán)重。

圖1 撫順市矸石山、舍場(chǎng)分布圖

煤矸石被溶解出的有害元素鎘、鉛、汞、鉻、銅、鋅、鋁、鈣等，還有一些酸性物質(zhì)，這些元素可以積存于地下水及動(dòng)植物體內(nèi)，對(duì)人體健康產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。

2.2 煤矸石影響范圍內(nèi)地下水污染現(xiàn)狀及程度評(píng)價(jià)

經(jīng)調(diào)查，煤矸石中有害物質(zhì)通過(guò)地表滲入地下，使附近地下水受到污染，距離煤矸石越近，污染程度越高。通過(guò)對(duì)撫順市周圍各舍場(chǎng)水文資料的收集，選取了比較有代表性的舍場(chǎng)作為本次討論的重點(diǎn)。選擇的舍場(chǎng)為西舍場(chǎng)、東舍場(chǎng)及榆林堡舍場(chǎng)。在三個(gè)舍場(chǎng)附近選取8個(gè)地下水觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)2012年水樣各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

2.2.1 西舍場(chǎng)

選取附近4個(gè)點(diǎn)作以數(shù)據(jù)分析。2012年地下水水樣分析結(jié)果：E0003總硬度547.27mg/L（超標(biāo)0.22倍）；礦化度1198mg/L（超標(biāo)0.20倍），硝酸鹽27.1mg/L（超標(biāo)0.36倍），硫酸根374.08mg/L（超標(biāo)0.50倍）。E0044總硬度868.41mg/L（超標(biāo)0.93倍）；礦化度1574.3mg/L（超標(biāo)0.55倍），硫酸根578.7mg/L（超標(biāo)1.31倍）。E0057礦化度1192.9mg/L（超標(biāo)0.19倍）。E0058總硬度2308.91mg/L（超標(biāo)4.13倍）；礦化度17339.8mg/L（超標(biāo)16.34倍），硫酸根10862.91mg/L（超標(biāo)42.45倍）。

2.2.2 東舍場(chǎng)

選取附近2個(gè)點(diǎn)作以數(shù)據(jù)分析。2012年地下水水樣分析結(jié)果：E0008礦化度1020.8mg/L（超標(biāo)0.02倍），硫酸根356.50mg/L（超標(biāo)0.43倍）。E0018總硬度732.59mg/L（超標(biāo)0.63倍）；礦化度1226.5mg/L（超標(biāo)0.23倍），硫酸根438.47mg/L（超標(biāo)0.75倍）。

2.2.3 榆林堡舍場(chǎng)

選取附近1個(gè)點(diǎn)作以數(shù)據(jù)分析。2012年地下水水樣分析結(jié)果：E0025礦化度1064.4mg/L（超標(biāo)0.06倍）。

2.3 撫順市區(qū)煤矸石淋濾液對(duì)地下水體污染的特點(diǎn)

矸石山的形成需要很長(zhǎng)的時(shí)間，同樣，煤矸石淋濾液的下滲也要有較長(zhǎng)時(shí)間段。矸石山表層產(chǎn)生淋濾液，一部分經(jīng)表面匯流直接到達(dá)附近地表土壤層，另一部分經(jīng)矸石山內(nèi)部煤矸石層層滲入，達(dá)到矸石底部土壤層，再經(jīng)包氣帶毛細(xì)水作用滲入地下水含水層中，這是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。

矸石山附近污染的地下水，與遭受工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、生活污染的地下水相比，在污染離子方面存在很大差異。煤矸石淋濾液污染的地下水其污染離子復(fù)雜，呈現(xiàn)多種元素超標(biāo)率高的情況，而其他污染種類的地下水污染元素比較單一。并且被煤矸石淋濾液污染的地下水仍然無(wú)色無(wú)味，不容易被發(fā)覺(jué)。

地下水運(yùn)移過(guò)程中具有一定的自凈能力，但該能力完全取決于該區(qū)域內(nèi)地下水包氣帶巖性及其厚度，其次一些無(wú)機(jī)污染物容易被包氣帶及含水層介質(zhì)進(jìn)行吸附、解吸，最終給地下水自凈帶來(lái)一定阻礙，周期過(guò)長(zhǎng)。受污染的淋濾液進(jìn)入地下水中，會(huì)隨著地下水的運(yùn)移進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使污染范圍逐漸擴(kuò)大。

3 煤矸石的綜合利用與地下水環(huán)境污染防治

3.1 煤矸石的綜合利用

撫順市市區(qū)現(xiàn)有面積大于1km2的舍場(chǎng)有7個(gè)，占地面積大，存集量大，卻并沒(méi)有得到循環(huán)再利用。所以，目前應(yīng)積極開(kāi)展煤矸石資源化綜合利用，實(shí)現(xiàn)煤矸石資源化、無(wú)害化，使其物盡其用，使社會(huì)利益、經(jīng)濟(jì)利益與可持續(xù)發(fā)展緊密結(jié)合。目前根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，可以將煤矸石進(jìn)行多種途徑的再利用。

(1)能源利用：煤矸石熱值不同，根據(jù)這一特點(diǎn)，熱值高于6.28MJ/kg的煤矸石，宜作沸騰爐燃料；熱值在2.09-6.28MJ/kg的煤矸石，宜作水泥配料、燒結(jié)矸石磚、耐火磚等的原料；熱值在1.26MJ/kg以下的煤矸石，可作水泥配料和混合材料或筑路、填方等。

(2)化學(xué)工業(yè)：煤矸石含有多種微量元素，可以進(jìn)行肥料生產(chǎn)，通過(guò)煤矸石的酸堿性，再配合有機(jī)肥料，可以改良土壤酸堿度。由于煤矸石中氧化鋁含量較高，可以開(kāi)發(fā)相關(guān)化工產(chǎn)品，如氧化鋁、硫酸鋁、水處理藥劑等[5-6]。

3.2 防止煤矸石對(duì)地下水污染的措施

(1)相關(guān)部門須建立一整套完整體制，來(lái)規(guī)范煤矸石的堆放，定期檢查舍場(chǎng)附近地下水污染情況，嚴(yán)重者須開(kāi)展治理工作，盡量將其影響程度降至最低。

(2)對(duì)已經(jīng)遭受到污染的地下水，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)治理?？蓪?duì)污染嚴(yán)重的元素投入相應(yīng)試劑，使其分解。如可以利用臭氧分解油脂，可以利用氧化還原反應(yīng)去除鐵、錳，還可以利用微生物分解地下水中的某些有機(jī)成分，降低或清除污染濃度等。

(3)在選擇煤矸石堆放區(qū)域時(shí)應(yīng)對(duì)其地質(zhì)條件及水文條件進(jìn)行調(diào)查，不可設(shè)置在以地下水作為飲水水源的區(qū)域，選擇土壤透水性差，密實(shí)程度高，厚度大的區(qū)域，盡量降低或減慢淋濾液的滲入，即使有少量滲入，也有足夠的時(shí)間及空間進(jìn)行自凈。如有條件，應(yīng)在煤矸石底部鋪設(shè)人工隔水層。

[1]陳天虎,馮軍會(huì)，徐曉春.國(guó)外尾礦酸性排水和重金屬淋濾作用研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2001(2):41-46.

[2]趙峰華,任德貽.燃煤產(chǎn)物中有害元素淋濾實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀[J].煤田地質(zhì)與勘探,1998(4):15-18.

[3]李東艷,方元元,任玉芬,等.煤矸石堆周圍土壤重金屬污染特征分析——以焦作市中馬村礦為例[J].煤田地質(zhì)與勘探,2004(5):15-17.

[4]馮吉燕,劉志斌.煤矸石中金屬元素對(duì)人體健康影響的研究[J].露天采礦技術(shù),2006(3):41-44.

[5]蔣翠蓉,劉瑞芹.淺談煤矸石的綜合利用[J].煤質(zhì)技術(shù),2009(S1):54-58.

[6]張長(zhǎng)森.煤矸石資源化綜合利用新技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.