稀土矿区小流域污染源调查与治理——以定南县劣V类水河段的污染治理为例

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(江西省赣州市水文局，江西赣州341000)

赣南是中国第二大稀土资源集中地[1]。赣南稀土矿区尚未具有完善的排水设施及污水处理厂，大量污水未经处理，直接排入周边水体，从而造成水环境的严重污染，水体不能保持原有的形态和功能，阻碍了矿区经济建设的发展。为此，全面推进废稀土矿山环境治理[2-5]，消灭劣V类水，成为江西省长江经济带“共抓大保护”攻坚行动重点任务之一。矿区流域污染源调查与分析是进行水环境综合整治的基础和前提。关于小流域的污染源调查方法，黄玉莹[6]曾用南京市江宁区团结河为例，研究细化了城区郊区小流域污染源计算方法，至于稀土矿区小流域污染源调查方法，未见相关研究报道。

江西省定南县岭背镇稀土矿区周边小流域的志达电站、高车坝断面因污染物氨氮指标超标，成为江西省44个、赣州市5个需要整治的劣V类水断面之一[7-9]，而倍受社会各界关注。随着河长制的实施，浙江[10-12]、宁波[13]、云南[14]等全国各地纷纷提出在规定的时间内“消灭劣V类水”，从参考文献看，各地各部门多停留在政府的决心要求，领导的思路指示、部门的职责分工等理论与意识形态层面。对于氨氮废水的处理，曾青[15]等介绍了微波辅助法和超声波法等新型氨氮处理技术；罗智江[16]采用 A-O-MBR工艺对活性污泥进行梯度耐盐驯化培养并建立了氨氮去除的动力学模型；汪勇[17]采用软化过滤+膜浓缩+MVR蒸发结晶工艺对稀土硫铵废水进行零排放处理。这些方法多停留在实验室或污水入河之前，如何处理河流中的高氨氮浓度废物水，鲜有相关研究报道。

赣州市水文局根据区域污染源及产业结构，调查分析污染河流的污染源分布、种类、性质、河流水文和地理特征等现状，对污染河段进行了沿程断面布控，开展水质水量同步监测，确定污染物削减治理着力点，针对性开展削减冶理，避免多端寡要。从出境断面总量控制倒推污染物消减量，采取“控源—截污—治理—管理”的工作方案加强污染物治理的针对性、降低了矿区环境治理成本，并已取得初步成效[18]。该经验做法可为责任单位在规定时间内、用较低成本解决流域氨氮超标提供参考借鉴。

1 研究区域概况

江西省定南县岭北稀土矿区位于江西省定南县城北约20 km处，月子、迳脑、龙头等乡镇,矿区面积约200 km2。该矿区系花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床，开采工艺由池浸逐步过渡到原地浸矿迄今已历经20余年开采[19]。矿区目前尚未具有完善的排水设施及污水处理厂，大量污水未经处理，直接排入周边龙迳河、濂江及其支流小流域，造成水体的严重污染。

龙迳河和濂江为长江流域赣江水系桃江一级支流，该流域定南县出境断面志达电站、高车坝控制流域面积分别为259.5、101 km2，多年平均径流量2.211亿、0.861亿m3。根据江西省地表水功能区划[20]，高车坝、志达电站断面所在水功能区分别为龙迳河安远-信丰保留区和濂江定南-龙南保留区，水质目标Ⅲ类水，现状水质为劣Ⅴ类水，见表1。

表1 定南龙迳河、濂江出境断面基本信息

2 数据与方法

2.1 方法

根据流域内污染源调查成果，由断面水质目标推导河流水环境容量指标，并根据流域周边污染源分布，选取河流水体超标污染物为监测分析项目，进行水质水量监测同步监测。按GB/T 25173—2010《水域纳污能力计算规程》[21]，分析计算超标污染物入河量和贡献率。同时，依据出境断面超标污染削减总量，将削减量分配到对河流水质影响贡献率大的退水河段，确定削减治理着力点，从而降低矿区环境治理成本。

2.2 数据

根据流域周边污染源分布，选取河流水体超标污染物氨氮为监测分析项目，对龙迳河、濂江流域及矿区尾水退水河段共25个，同步进行水质水量监测，监测频次为1次/d，连续3 d监测，数据取其最大值。断面分布见图1，数据见表2。

图1 流域水质监测断面及污水处理厂位置示意

3 现状监测与评价

由流域周边污染源分布，选取河流水体超标污染物氨氮为监测项目，监测分析龙迳河、濂江流域及相应矿区尾水退水河段水质断面分别为10个和15个，进行水质水量同步监测，见图1，检测结果见表1、2。

据监测成果评价，龙迳河流域劣Ⅴ类水断面占63.6%、Ⅳ类水断面占18.2%、Ⅲ类水断面占9.1%、Ⅱ类水断面占9.1%。水质不达标比例为81.8%。稀土矿点区退水河段水质超标最严重的河流为石陂角河和茶坑河右支，氨氮分别超标29.1和10.2倍。

濂江流域劣Ⅴ类水断面占71.4%、Ⅴ类水断面占14.2%、Ⅲ类水断面占7.2%、Ⅱ类水断面占7.2%。水质不达标比例为85.6%。稀土矿点区退水河段水质超标最严重的河流为甲水河、含水河、山头枫小溪和塅坊小溪，氨氮分别超标19.5、18.2、15.0、12.3倍。

4 超标成因分析

4.1 原稀土矿区浸矿液入渗污染河流水质

根据定南县原稀土矿区分布资料，龙迳河流域有10个生产车间矿区点，濂江流域有41个生产车间矿区点，主要矿区见图2、表4。定南县稀土开采企业主要采用“原地浸矿”工艺，产生的废水污染成份复杂，浸矿液收集难度大，治理技术特殊，污染具有长期性和隐蔽性，加之现状仍有较大部分的稀土矿区退水均未处理，造成周边小溪水质超标严重，汇集后造成下游水质超标，并对下游水环境造成很大影响。

表2 龙迳河流域各河流河段氨氮入河量贡献率计算

注：上游向下游传导河段不重复统计贡献率，表中序号4、10两个断面数据为推算非实测

4.2 现有废水处理规模不能满足削减超标污染物总量要求

目前，在龙迳河蔡阳河上游和濂江流域月子河上游各建有污水处理站1个，收集处理上游稀土矿区浸矿液渗入小溪河的污水，控制集水面积分别约6、8 km2。日处理污水规模0.5万t/d，设计处理后氨氮排放标准为15 mg/L。由于龙迳河和濂江现状污水处理规模偏小，处理后的废水中氨氮排放浓度偏高，不能满足消灭劣Ⅴ类水削减超标污染总量要求，河流出境断面水质仍多为劣Ⅴ类水。

表3 濂江流域各河流河段氨氮入河量贡献率计算

注：上游向下游传导河段不重复统计贡献率，表中序号16、19、23三个断面相关数据为推算，非实测

表4 定南县流域内主要稀土矿点

图2 定南县水质超标河段主要矿区位置示意

5 治理方案

5.1 目标

按照水环境质量“只能更好、不能变坏”的原则，采取有效措施，确保实现龙迳河和濂江定南县出境断面水质近期达到好于劣Ⅴ类水(氨氮含量≤2.0 mg/L)，到2020年达到好于Ⅴ类水目标(氨氮含量≤1.5 mg/L)。

根据现有国内外最新的流域治理经验和污水处理工艺，结合超标河段地表水污染物及污染源的种类和性质、河流水文和地理特征等现状，提出“控源—截污—治理—管理”的工作方案。

5.2 措施

5.2.1从源头做起强化污染物控制

原稀土矿区浸矿液流失入渗污染地表水，矿区尾水未经处理或处理还未到位，是定南县龙迳河和濂江流域地表水污染的主要来源。由于原稀土矿区矿点多、范围广、废水收集难度大，污染具有长期性和隐蔽性。污染物入河量还受降雨影响，具有不确定性的特点。高氨氮浓度废水一旦流失，扩散后难以追踪，更无法收集。因此，污染的控制更应该从源头做起。一方面，在地质条件不允许自然收液的情况下应采用人造底板收液措施。同时，实时监控收液巷道内母液中稀土及氨氮含量。如达到可回收利用的指标，则加以收集利用，对原地浸矿场下游地表水与地下水进行监测，若发现氨氮超标，将水回收做生产用水循环利用。

5.2.2合理布局污水处理厂截污削减

由于末端治理技术很难有效地控制不同来水量情况下的污染，考虑在污染物入河量贡献率大的矿区源头设立矿区尾水处理站，见图1、表5，将矿区范围流域内入河的混合废水全部纳入集中处理达标后予以排放。

a) 龙迳河。龙迳河流域蔡阳河上游建石陂角废水处理站，控制矿区内流域面积约6 km2，现状规划日处理废水能力0.5万t/d，实际处理能力0.35t/d。现状处理规模不能满足流域削减超标污染物总量要求。为此，根据削减总量控制分配分析，需在石陂角河扩建1处理能力为0.65万t/d废水处理站；同时对处理设施进行提标，提高处理废水的氨氮排放标准，以达到氨氮不大于1.5 mg/L要求。

b) 濂江。濂江流域月子河上游建马山迳污水处理站，控制矿区内流域面积约8 km2，日处理废水能力0.5万t/d，现状处理规模不能满足流域削减超标污染物总量要求。为此，根据削减总量控制分配分析，需在流域内规划新建3个废水处理站，分别是月子河上游含水废水处理站，废水处理量8.5万t/d；甲水河废水处理站，废水处理量1.2万t/d；塅坊溪废水处理站，废水处理量1.2万t/d；同时提高处理废水的氨氮排放标准，以达到氨氮≤1.5 mg/L要求。

表5 流域拟建废水处理点设计及削减氨氮入河量预测成果

5.2.3多措并举做好污水处理

目前，氨氮废水处理方法主要为用于稀土采选领域去除氨氮，如吹脱法、汽提法、离子交换法[24]、吸附法、化学沉淀法、折点加氯法、生物法、催化湿式氧化法、膜分离法、电化学氧化法、超声波法、微波法等[22-23]。当前，采用为多效蒸发浓缩结晶法，回收硫酸铵，实现污水零排放。

单一的氨氮处理工艺都会受物质本身性质的影响和限制，在此基础上，着重于在组合工艺与工艺过程优化方向上寻求生产废水中氨氮处理的更优方案将更适应生产需求。如向氯化铵溶液中加入硫酸，蒸馏浓缩后，铵离子以硫酸铵晶体形式得以回收；阶梯式降低氨氮废水浓度工艺流程；吹脱法与折点加氯法或生物处理法联合应用；吹脱法与离子吸附法联合应用等。

5.2.4强化责任分工合作加强管理

按照 “河长制”管理的要求，进一步加强对流域污染物治理管理，明确各职能部门的任务及分工，提高流域管理的公信度。

a) 加强对原稀土矿区的监管。在流域治理过程中坚决禁止稀土矿开采，杜绝污染情况的再生。同时强化沿河两岸生活和养殖等污水排放管理，禁止直排废、污水。

b) 综合运用财政和货币政策。建立政府财政与金融贷款、社会资金的组合使用模式鼓励吸引社会资金参与水污染防治项目，实施方案如政府采购设备，供应商负责技术指导运行管理，或者政府购买服务，设计、设备和运行管理全部外包等方式，形成融合行政手段、市场力量和公民参与的共同治理格局，实现水资源开发利用的公共利益最大化。

c) 做好水库电站调度。月子河主要支流南丰河建有2座小型水电站，且水库区内分布有稀土矿点，电站发电用水将对河流径流产生调节，严重影响废水处理效果，需调度好上游2座小型电站的运行。

d) 开展废水处理与水质跟踪监测同步进行。加强对龙迳河和濂江不同来水情况各河流河段的水体监测分析，掌握不同水文条件下的河流水质变化，以便修订完善更为有效和经济合理的治理方案。

6 结论

a) 采用水质水量同步监测，结果表明氨氮龙迳河及濂江流域水质不达标比例分别为81.8%、 85.6%，超标污物为氨氮。其流域及支流各有10、41个生产车间矿区点，原稀土矿区浸矿液入渗及现有废水处理规模不能满足削减超标污染物总量要求，是断面水质超标的主要原因。

b) 龙迳河流域劣Ⅴ类水河流河段超标断面占63.6%，水质超标最严重的河流为石陂角河和茶坑河右支；濂江流域劣Ⅴ类水河流河段占71.4%，水质超标最严重的河流为甲水河、含水河、山头枫小溪和塅坊小溪。确定石陂角河和茶坑河右支、月子河上游含水河、甲水河、塅坊小溪为最大污染物削减点。

c) 采取“控源—截污—治理—管理”的工作方案，除将现有的石陂角河污水处理站进行提标改建设，同时新建月子河上游含水河、甲水河、塅坊溪污水处理站截污削减外。还需从源头做起强化污染物控制，强化责任分工合作加强管理，多措并举做好流域污水治理。