某石煤矿山治理效果评价及改善建议

刘幸庭　熊玥　刘凤姣

摘 要：石煤矿区极易产生酸性废水，危害矿区生态环境安全。文章介绍了某石煤矿山的治理工程，工程主要包括废石转运、削坡减载、粘土防渗与覆土绿化、截洪沟修建、挡土墙修建、生态混凝土护坡、底部挖槽及石灰/石灰石填铺、回填区生态恢复等。通过长期监测挡土墙的出流水体的pH值以及重金属离子浓度，评价其治理效果。在此基础上，文章提出了使用可渗反应墙技术对矿区污染进行治理，该技术具有可替换、适应性强的特点，能够起到较好的防污效果。

关键词：石煤矿山;重金属;污染治理;污染评价

中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.009

石煤是由菌藻类、海绵等的原始动、植物遗体在浅海环境条件下经过成千上万年的腐泥化作用和煤化作用而形成的劣质煤[1]。石煤在开采过程中，产生了大量的固体废弃物，侵占了大量的土地资源[2]。此外，固体废弃物在大气降水的淋滤作用下，将释放出含有大量重金属离子的酸性矿山废水[3]。酸性矿山废水会使水土质量下降、并危及物种多样性、扰乱生态稳定[4-6]。湖南地区石煤资源较为丰富，石煤开采和利用对当地经济的发展和社会进步起到了一定的作用，随之而来的是严重的地质环境问题，如地表破坏，土石环境污染[7]。石煤矿区生态环境污染亟待治理。文章对某石煤矿矿山进行的综合治理工程进行了评价，提出治理工程的改善意见，以丰富石煤矿区治理实践，为治理工程提供参考。

1 某石煤矿山治理工程概况

填埋是目前处理矿山固体废弃物比较常见的方式。某石煤矿治理项目的工程内容主要包括：采场边坡削坡减载以消除地灾隐患;废石运转至采坑拌石灰/石灰石填埋、填埋區出口修建挡土墙、四周修建截排水沟、填埋区粘土防渗等;采场边坡客土喷播绿化、填埋区覆土绿化等。

2 治理工程效果评价

通过监测挡土墙#1出流水体的质量来评估该治理工程重金属阻控的效果。该工程于2020年6月完成主体工程并通过工程验收。我单位于2020年7月开始取样监测，取样起止日期为2020年7月～2021年12月，每月取样一次，共计取样18个。采用玻璃电极法测定出流水体的pH值，根据《水质金属总量的消解微波消解法（HJ 678—2013）》进行消解，消解后采用电感耦合等离子体质谱法（ICP—MS）检测出流水体中Cd和Pb的含量。

采用《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中Ⅳ类水质标准进行评价，出流水体pH值及重金属Pb浓度的变化如图2所示。

根据实测结果与《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中Ⅳ类水质标准对比可知，如表1所示，ρ（Pb）的出流浓度呈现逐月增高的趋势，其最小值超标3.54倍，最大值超标6.93倍;水体pH值总体呈现逐月降低的趋势，治理工程服役初期，水体pH值处于标准限值范围内。服役第6个月水体pH值开始超过相应标准，水体pH值最低值为3.03，呈现出强酸性。

治理效果评价：工程的实施消除了地质灾害隐患，边坡及填埋场绿化效果良好，一定程度上消除了视觉污染。受治理经费的限制，填埋的废渣仅做了石灰搅拌处理及粘土防渗。在工程竣工初期，重金属阻控具有一定的效果，随着时间的推移，阻控逐步失效。

3 改善建议

考虑到现有治理工程欠佳，挡土墙出流水体存在污染这一现实状况，采用新型的可替换的可渗反应墙（PRB）进行污染治理。PRB技术又称可渗透反应墙技术，是通过在地下构筑可透水的反应墙或是反应带，当污染地下水流经反应墙或是反应带时，污染物得以去除的一种地下水污染原位修复技术。

目前，PRB系统大多施工繁琐，反应介质中的作用有可能导致物质的沉淀，不易清理。为解决介质材料堵塞导致PRB失效，传统PRB滤芯材料不好替换，施工工艺复杂等问题，以零价铁（ZVI），沸石、石英砂、活性炭和粉煤灰为主要滤芯材料，发明了一种可替换型可渗透反应墙，为污染地下水治理领域提供新方法、新思路，推动PRB技术走向成熟化。

5.格栅;12.反滤层;13.T型桩;10.钢架结构保护层;14.接口焊接

钢结构保护层是整个系统最外层的长方形壳体，目的是作为滤芯材料的支撑固定，为滤芯材料的安装和替换提供空间，保证在替换滤芯材料的过程中具有一定的强度辅助支护，使整个结构完整，系统内部不塌陷。T型固定桩用于分段固定整个装置，T型端头部裸露在挡土墙外，为系统的安装提供空间。T型桩尾端嵌入挡土墙内，用于固定整个反应装置。同时，方便整个系统的安装和滤芯材料的替换。设置T型桩为基础的目的是分段安装，达到在不同环境工况下也能方便施工的目的。

9.进水通道;10.钢架结构保护层;5.网状格栅

所述网状格栅采用金属隔板，为反滤层和滤芯材料层装填提供空间。主要起到固定反滤层和滤芯材料层，保证滤芯材料在替换过程中空间的稳定。在所述反滤层，主要包括粗细石英砂，粒径不同的石砾，填充在网状格栅和挡土墙之间。滤液流经滤芯材料和网状格栅到达反滤层，该层用来收集滤液同时也具有一定的过滤作用，滤液流经反滤层后通过挡土墙的出水口流出。

采用PVC材料作为滤芯材料的承载体，由于其强度高，对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力，且流动特性差、收缩率低、造价低。

将可渗反应墙置于堆体的底部，污染物流经尾矿堆，由保护层的进水口进入到系统内部，由出水口进入到滤芯材料箱体进行过滤，零价铁（ZVI），沸石、石英砂、活性炭和粉煤灰对于渗滤液的酸性具有缓冲作用，还能吸附渗滤液中的多种重金属离子。中和吸附后渗滤液由滤芯材料箱体的出水口流出流经网状格栅和反滤层，进行储存和进一步过滤，最后由挡土墙的通水管道排出到排水渠进行收集和观察。通过对排水渠的水体进行检测，评价可渗反应墙的服役性能。当出流水体的pH值及重金属浓度超过相应标准时，可更换滤芯材料。

4 结语

石煤矿在开采过程中，破坏了地形地貌，引发了严重的重金属污染。该治理工程对于矿区生态环境恢复起到了一定的积极作用，减少了酸性矿山废水产量。通过长期检测挡土墙出流水体的pH值及重金属离子浓度，评估该治理工程的效果欠佳，不能完全阻隔酸性矿山废水。因此，提出了采用可渗反应墙技术对矿区污染进行治理，可渗反应墙具有可替换、适应性强的特点，能够起到较好的防污效果。

参考文献

[1] 周闻达，向武，金丽，等.石煤矿山酸性废水自净化机理及防治对策[J].环境科学与技术，2020（8）：20-27.

[2] 曾庆钋.利用钨尾矿制备地质聚合物及其性能研究[D].赣州：江西理工大学，2021.

[3] Naidu G，Ryu S，Thiruvenkatachari R，et al. A critical review on remediation， reuse， and resource recovery from acid mine drainage[J].Environmental Pollution，2019（4）：1110-1124.

[4] 刘闪，曹星星，吴攀，等.酸性矿山废水影响下水库真菌群落特征与环境因子研究[J].环境科学与技术，2021（2）：1-8.

[5] 王晨昇，姜大伟，胡格吉乐吐，等.矿山酸性废水预测评价方法[J].矿产勘查，2019（3）：690-694.

[6] 曾威鸿，董颖博，林海.酸性矿山废水源头控制技术研究进展[J].安全与环境工程，2020（1）：104-110.

[7] 刘景槐，牛磊.湖南怀化会同地区含钒石煤提钒与资源综合利用[J].有色金属工程，2012（4）：31-35.