楊海毅,楊開貴,張孝益,朱守香,肖凱青
(凱里生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,貴州 凱里 556400)
貴州省凱里市魚洞河流域是凱里市煤礦資源主要富集區(qū),自20世紀八九十年代以來,僅記錄在造冊的煤礦先后有80余座,涉及爐山鎮(zhèn)、萬潮鎮(zhèn)、大風(fēng)洞鎮(zhèn)、龍場鎮(zhèn)和灣水鎮(zhèn),后陸續(xù)整改關(guān)閉,于2014 年全部閉坑。由于無序的采煤活動,使凱里市魚洞河流域遭受嚴重的煤礦污染,河道受酸性礦井水和煤矸石淋溶水污染,形成了山荒水“銹”的境況,流域局部地段發(fā)生崩塌形成堰塞湖,影響水流正常流動,水體中氧化產(chǎn)生的黃色懸浮物沉積于河床形成底泥,使河道呈黃色,感官性狀差,“黃水河”現(xiàn)象明顯,已成為影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的重要因素,被列為中央環(huán)保督查的重點督查內(nèi)容之一。本文收集魚洞河流域不同礦井水資料,總結(jié)礦井水的水質(zhì)分布特點和規(guī)律,選取青杠林村龍洞泉污染治理試點工程、下院橋頭煤礦礦井水治理試點工程、孫家寨煤礦礦井水治理技術(shù)試點工程等治理項目為典型案例,對魚洞河流域采取的治理工藝、運行特點等進行分析,為魚洞河流域環(huán)境綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。
魚洞河流域位于貴州省東南凱里市西北部,屬長江流域沅江水系,清水江(沅江上游)二級支流,重安江一級支流。魚洞河流域面積234 km2,多年平均流量1.4億立方米,主河道長28.7 km,其中主干流河道白水河長25.7 km,支流平路河長24.5 km,白水河與平路河匯合后稱岔河(魚洞河),岔河下游河道長3.0 km,匯入重安江。魚洞河流域?qū)俚湫偷目λ固厝蹘r地貌區(qū),巖溶裂隙、溶洞、暗河普遍發(fā)育,地表水系復(fù)雜,地下水資源豐富,地表、地下水聯(lián)系密切,多年平均流量4.23 m3/s,最枯月平均流量0.54 m3/s,其中兩岔河匯口上游白水河多年平均流量2.22 m3/s,最枯月平均流量0.28 m3/s;兩岔河匯口上游支流平路河多年平均流量1.77 m3/s,最枯月平均流量0.23 m3/s。流域范圍覆蓋大風(fēng)洞、爐山、萬潮、龍場和灣水五鎮(zhèn),涉及46 個村寨。
照礦井水的水質(zhì)類型特征,可將礦井水分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和含微量元素或放射性元素礦井水5類[1-2]。礦井水中主要污染為pH值問題、鐵、錳、硫酸鹽[3],主要來源于兩個區(qū)域,第一個區(qū)域位于爐山鎮(zhèn)和大風(fēng)洞鎮(zhèn)西的上堡、太田至巖腳一帶,主要的礦井有大帽山煤礦、羊場壩煤礦、飛龍煤礦、峽谷巖煤礦等4個煤礦及大老黃、良田村煤礦等無主小煤窯3處。第二區(qū)域集中在白水河與平路河的中下游及魚洞河等兩岸附近,所含煤礦有謝家寨煤礦、王家寨煤礦、芭茅坪煤礦、坪地煤礦等大小煤礦100個。
圖1 魚洞河流域區(qū)位圖
圖2 礦井分布圖
由于無序的采煤活動,煤礦開采時的采空區(qū)“打穿”頂板,使得頂板棲霞組灰?guī)r中的巖溶水進入采空區(qū),采空區(qū)煤層中的黃鐵礦暴露于空氣或浸沒于富氧的水中,首先與H2O和O2作用,釋放出H+和Fe2+,然后 Fe2+由O2氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+,隨著pH值降低,F(xiàn)e3+活度提高,進一步作用于黃鐵礦。黃鐵礦反應(yīng)后的Fe3+、H+和SO42-進入水體后,造成水體總鐵含量升高,pH值降低和硫酸鹽升高[4-5],形成了鐵、錳、硫酸鹽含量很高的酸性礦井水,酸性廢水又通過井口、暗河、裂隙等通道排到到白水河、平路河,匯集到魚洞河,最終排入重安江。
青杠林龍洞泉污染試點項目由中煤地華盛水文地質(zhì)勘察有限公司實施,采用水文地質(zhì)調(diào)查、航空遙感探測、水文地質(zhì)鉆探、地球物理探查(包括井中物探、井中電視)、地下水示蹤試驗、巖溶洞穴潛水探測、水文化學(xué)探查、四水(地表水、地下水、采空污染水、大氣降水)長期動態(tài)監(jiān)測等綜合勘察技術(shù)手段,確定了“源頭控制+關(guān)鍵通道封堵+應(yīng)急保障”的治理思路,實現(xiàn)年污染水減排近300萬m3,起到了很好的示范作用。
鄉(xiāng)企江口煤礦試點工程采取“源頭減量+采空區(qū)及關(guān)鍵通道封堵+帷幕墻封堵+淹沒式水倉反壓+末端治理”的治理思路,采用低海拔封堵至高海拔出水,將水位線提升至煤層頂板水位線的方式,使地表水等水體在頂板水位線以上循環(huán),避免了煤層與水與氧氣的有害反應(yīng),最終達標排放。
金竹沖煤礦試點工程采取對煤層采空區(qū)實施區(qū)域治理工程,采用“源頭控制+低處阻截+淹沒抬升地下水位隔離+地面處理”的綜合治理模式,基于反水淹沒隔離的井下封堵技術(shù)。
橋頭煤礦末端井口處理工程對煤層采空區(qū)實施區(qū)域治理工程,對地下水側(cè)向徑流來水方向?qū)嵤┐瓜騾^(qū)域治理(垂向帷幕),削減礦井水補給量并在井口建設(shè)末端處理工程,創(chuàng)造性運用可滲透反應(yīng)墻+連續(xù)堿反應(yīng)系統(tǒng)處理酸性礦井水,并建設(shè)人工濕地進一步檢驗出水效果。
孫家寨煤礦酸性礦井水治理工程,采用原位微生物氧化還原生態(tài)修復(fù)技術(shù)修建酸性煤礦廢水處理系統(tǒng),將孫家寨廢棄礦區(qū)礦井廢水排水口排出的廢水引入處理系統(tǒng)中進行凈化,主要包括微生物生態(tài)修復(fù)單元和堿反應(yīng)生態(tài)修復(fù)單元兩部分,有效削減煤礦酸性礦井水中鐵、錳等有害金屬離子的含量和酸度,改善水體水質(zhì),達到保護區(qū)域水體水質(zhì)的治理目標。
五里橋煤礦廢水處理站,占地面積約6 345 m2,日處理規(guī)模為450 m3/h,由調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池、初沉池、曝氣池、二沉池、過濾器、集水池、清水池、污泥池、污泥脫水平臺、風(fēng)機房、配電房及操作間組成,場區(qū)標高887.60 m,接納處理五里橋受污染的巖溶泉眼水體,泉流量90~400 m3/h。
酸性礦井水的處理工藝[6]主要有人工濕地、微生物處理法、中和+混凝沉淀+過濾法等。凱里市魚洞河流域青杠林龍洞泉污染治理試點項目、金竹沖煤礦試點工程、下院橋頭煤礦末端井口處理工程3項試點工程采用的都是“源頭控制+井巷封堵+帷幕阻斷”的模式,該方法具有效果明顯、成本低,缺點是前期投入打,施工技術(shù)難度大;孫家寨煤礦酸性礦井水治理工程采用原位微生物氧化還原+堿反應(yīng)墻工藝比常規(guī)傳統(tǒng)中和+混凝沉淀+過濾法成本降低30%~50%以上,具有可持續(xù)修復(fù)治理和易管理的技術(shù)優(yōu)勢,易于推廣,應(yīng)用前景廣闊。五里橋煤礦廢水處理工程屬末端治理,技術(shù)成熟可靠,處理效率高,出水水質(zhì)穩(wěn)定達標,但治理設(shè)施需長期運行,成本費用較高。各項試點工程水質(zhì)處理結(jié)果見表1。
表1 試點項目出水水質(zhì)統(tǒng)計表
魚洞河流域由于歷史原因,煤礦無序開采,地質(zhì)資料,基礎(chǔ)資料缺失、煤礦關(guān)閉后的采空區(qū)分布、巷道分布不清楚,同時特殊的喀斯特地貌,復(fù)雜的地理地形給魚洞河流域污染治理帶來了巨大的挑戰(zhàn),本文通過煤礦礦井水的水質(zhì)特點進行分析,深入探討6項試點工程,結(jié)果表明:魚洞河流域治理需要采用區(qū)域系統(tǒng)性綜合治理,選用源頭治理為主,末端治理為輔,利用國內(nèi)外先進技術(shù),先行先試,總結(jié)各試點項目的優(yōu)點和不足,有針對性地實施個性化工程,最終實現(xiàn)水質(zhì)總體向好目標。