贵州省鱼洞河流域酸性矿井水水质特点及处理工艺探讨

杨海毅，杨开贵，张孝益，朱守香，肖凯青

（凯里生态环境监测中心，贵州 凯里 556400）

贵州省凯里市鱼洞河流域是凯里市煤矿资源主要富集区，自20世纪八九十年代以来，仅记录在造册的煤矿先后有80余座，涉及炉山镇、万潮镇、大风洞镇、龙场镇和湾水镇，后陆续整改关闭，于2014 年全部闭坑。由于无序的采煤活动，使凯里市鱼洞河流域遭受严重的煤矿污染，河道受酸性矿井水和煤矸石淋溶水污染，形成了山荒水“锈”的境况，流域局部地段发生崩塌形成堰塞湖，影响水流正常流动，水体中氧化产生的黄色悬浮物沉积于河床形成底泥，使河道呈黄色，感官性状差，“黄水河”现象明显，已成为影响当地经济的重要因素，被列为中央环保督查的重点督查内容之一。本文收集鱼洞河流域不同矿井水资料，总结矿井水的水质分布特点和规律，选取青杠林村龙洞泉污染治理试点工程、下院桥头煤矿矿井水治理试点工程、孙家寨煤矿矿井水治理技术试点工程等治理项目为典型案例，对鱼洞河流域采取的治理工艺、运行特点等进行分析，为鱼洞河流域环境综合治理提供科学依据。

1 鱼洞河流域现状

1.1 生态环境现状

鱼洞河流域位于贵州省东南凯里市西北部，属长江流域沅江水系，清水江（沅江上游）二级支流，重安江一级支流。鱼洞河流域面积234 km2，多年平均流量1.4亿立方米，主河道长28.7 km，其中主干流河道白水河长25.7 km，支流平路河长24.5 km，白水河与平路河汇合后称岔河（鱼洞河），岔河下游河道长3.0 km，汇入重安江。鱼洞河流域属典型的喀斯特熔岩地貌区，岩溶裂隙、溶洞、暗河普遍发育，地表水系复杂，地下水资源丰富，地表、地下水联系密切，多年平均流量4.23 m3/s，最枯月平均流量0.54 m3/s，其中两岔河汇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；两岔河汇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。流域范围覆盖大风洞、炉山、万潮、龙场和湾水五镇，涉及46 个村寨。

1.2 矿井水水质基本特征

照矿井水的水质类型特征，可将矿井水分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含微量元素或放射性元素矿井水5类[1-2]。矿井水中主要污染为pH值问题、铁、锰、硫酸盐[3]，主要来源于两个区域，第一个区域位于炉山镇和大风洞镇西的上堡、太田至岩脚一带，主要的矿井有大帽山煤矿、羊场坝煤矿、飞龙煤矿、峡谷岩煤矿等4个煤矿及大老黄、良田村煤矿等无主小煤窑3处。第二区域集中在白水河与平路河的中下游及鱼洞河等两岸附近，所含煤矿有谢家寨煤矿、王家寨煤矿、芭茅坪煤矿、坪地煤矿等大小煤矿100个。

图1 鱼洞河流域区位图

图2 矿井分布图

1.3 矿井水污染途径

由于无序的采煤活动，煤矿开采时的采空区“打穿”顶板，使得顶板栖霞组灰岩中的岩溶水进入采空区，采空区煤层中的黄铁矿暴露于空气或浸没于富氧的水中，首先与H2O和O2作用，释放出H+和Fe2+，然后 Fe2+由O2氧化转变为Fe3+，随着pH值降低，Fe3+活度提高，进一步作用于黄铁矿。黄铁矿反应后的Fe3+、H+和SO42-进入水体后，造成水体总铁含量升高，pH值降低和硫酸盐升高[4-5]，形成了铁、锰、硫酸盐含量很高的酸性矿井水，酸性废水又通过井口、暗河、裂隙等通道排到到白水河、平路河，汇集到鱼洞河，最终排入重安江。

2 废水治理技术的现状及特点

2.1 青杠林龙洞泉污染治理试点项目

青杠林龙洞泉污染试点项目由中煤地华盛水文地质勘察有限公司实施，采用水文地质调查、航空遥感探测、水文地质钻探、地球物理探查（包括井中物探、井中电视）、地下水示踪试验、岩溶洞穴潜水探测、水文化学探查、四水（地表水、地下水、采空污染水、大气降水）长期动态监测等综合勘察技术手段，确定了“源头控制+关键通道封堵+应急保障”的治理思路，实现年污染水减排近300万m3，起到了很好的示范作用。

2.2 乡企江口煤矿试点工程

乡企江口煤矿试点工程采取“源头减量+采空区及关键通道封堵+帷幕墙封堵+淹没式水仓反压+末端治理”的治理思路，采用低海拔封堵至高海拔出水，将水位线提升至煤层顶板水位线的方式，使地表水等水体在顶板水位线以上循环，避免了煤层与水与氧气的有害反应，最终达标排放。

2.3 金竹冲煤矿试点工程

金竹冲煤矿试点工程采取对煤层采空区实施区域治理工程，采用“源头控制+低处阻截+淹没抬升地下水位隔离+地面处理”的综合治理模式，基于反水淹没隔离的井下封堵技术。

2.4 桥头煤矿末端井口处理工程

桥头煤矿末端井口处理工程对煤层采空区实施区域治理工程，对地下水侧向径流来水方向实施垂向区域治理（垂向帷幕），削减矿井水补给量并在井口建设末端处理工程，创造性运用可渗透反应墙+连续碱反应系统处理酸性矿井水，并建设人工湿地进一步检验出水效果。

2.5 孙家寨煤矿酸性矿井水治理工程

孙家寨煤矿酸性矿井水治理工程，采用原位微生物氧化还原生态修复技术修建酸性煤矿废水处理系统，将孙家寨废弃矿区矿井废水排水口排出的废水引入处理系统中进行净化，主要包括微生物生态修复单元和碱反应生态修复单元两部分，有效削减煤矿酸性矿井水中铁、锰等有害金属离子的含量和酸度，改善水体水质，达到保护区域水体水质的治理目标。

2.6 五里桥煤矿废水处理工程

五里桥煤矿废水处理站，占地面积约6 345 m2，日处理规模为450 m3/h，由调节池、反应池、初沉池、曝气池、二沉池、过滤器、集水池、清水池、污泥池、污泥脱水平台、风机房、配电房及操作间组成，场区标高887.60 m，接纳处理五里桥受污染的岩溶泉眼水体，泉流量90～400 m3/h。

3 试点项目综合比较分析

酸性矿井水的处理工艺[6]主要有人工湿地、微生物处理法、中和+混凝沉淀+过滤法等。凯里市鱼洞河流域青杠林龙洞泉污染治理试点项目、金竹冲煤矿试点工程、下院桥头煤矿末端井口处理工程3项试点工程采用的都是“源头控制+井巷封堵+帷幕阻断”的模式，该方法具有效果明显、成本低，缺点是前期投入打，施工技术难度大；孙家寨煤矿酸性矿井水治理工程采用原位微生物氧化还原+碱反应墙工艺比常规传统中和+混凝沉淀+过滤法成本降低30%～50%以上，具有可持续修复治理和易管理的技术优势，易于推广，应用前景广阔。五里桥煤矿废水处理工程属末端治理，技术成熟可靠，处理效率高，出水水质稳定达标，但治理设施需长期运行，成本费用较高。各项试点工程水质处理结果见表1。

表1 试点项目出水水质统计表

4 结语

鱼洞河流域由于历史原因，煤矿无序开采，地质资料，基础资料缺失、煤矿关闭后的采空区分布、巷道分布不清楚，同时特殊的喀斯特地貌，复杂的地理地形给鱼洞河流域污染治理带来了巨大的挑战，本文通过煤矿矿井水的水质特点进行分析，深入探讨6项试点工程，结果表明：鱼洞河流域治理需要采用区域系统性综合治理，选用源头治理为主，末端治理为辅，利用国内外先进技术，先行先试，总结各试点项目的优点和不足，有针对性地实施个性化工程，最终实现水质总体向好目标。