尾矿库事故次生河流污染环境应急空间的探讨

2023-10-27边归国王翔王正潘文斌陈影声陈晓芳

当代化工研究 2023年19期

＊边归国王翔王正潘文斌陈影声陈晓芳

（1.福建省生态环境厅福建 350003 2.福建省生态环境应急与事故调查中心福建 350003 3.福建省金皇环保科技有限公司福建 350000 4.福州大学环境与安全工程学院福建 350108）

为了有效应对尾矿库事故次生河流水环境的污染，结合福建省邵武萤石尾矿库以及石壁溪的实际情况，探索了河流环境应急设施选择和构建的基本原则，并对石壁溪流域的人工湿地、桥梁、拦截坝、排洪渠、公共应急池、水电站等场地、设施作为环境应急空间的可行性进行研究，重点探讨了桥梁改建、排洪渠和园区公共应急池合理利用的方式、方法。

1.研究区概况

（1）石壁溪概况。石壁溪位于福建省邵武市吴家塘镇辖区内，毗邻建阳市，地处闽江上游，发源于吴家塘镇的杨家圩村罗厝巷，流经吴家塘镇的铁罗村、行岭村，汇入富屯溪，河道全长19km，流域面积95km2，平均坡降8.61‰，多年平均流量2.937m3/s，多年平均径流量9260万立方米。经调查，石壁溪流域干流无闸坝、电站分布。石壁溪河道整体呈上游窄下游宽的特点，石壁溪弓墩桥下游段河宽从17m扩展到30m，入富屯溪河口处约60m。

（2）尾矿库。石壁溪流域主要环境污染源有两个片区，一是邵武市萤石矿选矿厂，二是下游金塘工业园区。萤石矿选矿厂改建后生产规模为年选萤石原矿3万吨，处理尾矿砂9.45万吨，产萤石精粉2.7万吨。尾矿库总坝高29m，总占地面积6003m2，总库容27.23×104m3，有效库容23.14×104m3，现存15×104m3，原矿和尾矿混合后含有铜、铅、锌、铬、镉、砷、氟化物等物质。尾矿库内集雨面积15000m2，选矿生产废水主要污染物为SS、F-、COD、重金属等，经污水处理设施处理后约55%回用于生产，剩余约45%经规范化设置的废水排放口排入石壁溪支流斗门河，并汇入石壁溪。

2.环境应急空间设计方案及可行性分析

(1)河流环境应急空间的原则

《尾矿库环境应急管理工作指南》[1]规定，为防止尾矿库企业发生污染事件应建立三级设防布控，第三级就是在流域的支流设置发挥拦截降解作用的设施，主要包括拦截坝、滞污塘等，以及水利设施和城市景观橡胶坝。经过实地调查，尾矿库坝下及石壁溪干流可利用作为环境应急空间的有1片人工湿地、5座桥梁、2个拦截坝、1条排洪渠、1个公共应急池和1座水电站。

设置河流应急拦截空间应遵循以下4个原则：

①快速响应

朱远乐[2]模拟研究3042.4×104m3尾矿库溃坝砂流演进过程，结果表明：溃坝600s时，尾砂流到达下游约1320m处尾砂流速为0.9m/s左右，尾砂厚度为2.8m左右；尾矿库溃坝库容越小，下游各敏感点的最大淹没深度越小，最大流速越小。楚敬龙[3]对某山谷型406.72×104m3尾矿库的环境风险进行研究，结果表明：溃坝后尾砂泄漏50%库容的情况下，尾砂影响距离为3500m；尾砂泄漏100%库容的情况下，尾砂影响距离为6000m。

根据石壁溪丰、平、枯三期和洪水期水流速，在300min内污染团前锋迁移距离见表1。

表1 不同水期污染团前锋迁移距离（m）

研究结果表明，随着时间的延长，污染团前锋迁移距离越远。所以，对于尾矿库事故必须快速响应、及时处置，处置越快污染影响范围和距离越小。

②因地制宜

《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（简称《“南阳实践”指南》）[4]指出，环境应急空间和设施主要有湿地、连通水道、拦截坝、桥梁、坑塘、江心洲型河道、干枯河道、引水式和坝式电站、引水管道和排渠、槽车、水库等。经调查，尾矿库及石壁溪下游分布有湿地和芦苇塘、桥梁、园区排洪渠、园区公共应急池、水电站等。这些场地和设施经过适当的改造，便可构成拦截设施。

按照《“南阳实践”指南》规定，桥梁的主要功能是处置，主要方法是利用跨河桥梁建立处置点削减污染物。根据实地调查发现，石壁溪的桥梁不仅可以建立处置点削减污染物，经改建后更适合作为环境应急设施，发挥投药处置和拦截蓄污的双重功能，见图1。

图1 桥梁改建拦截坝

桥梁改建应急拦截空间有三个优势。A.运输和施工方便。石壁溪流域的桥梁都是乡村公路，不仅可以及时运输各种环境应急物资，而且大部分工程机械都可以在桥面及桥梁两端施工。B.抗冲击性强。一般河道建拦截坝是在河两岸固定，桥梁是在河两岸的基础上在桥面三面固定。经实地测量，桥梁路面比较宽厚，可以比一般拦截坝承受更大的冲击力。C.建坝省工省时。桥洞占桥梁的面积约1/2～1/3，改建使用拦截材料大幅减少。另外，建坝时间还可以节约一半甚至更多，桥梁改建环境应急空间显著地提高了应急响应和拦截的时效。

③层层设防

不同于一般生产企业事故性排放，尾矿库事故产生的尾砂和尾水成千上万吨，仅仅依靠几个拦截坝不可能截留所有的污染物。陕西汉达工贸有限公司坝溪矿尾矿库事故发生后，在下游河道修建拦截坝11座。处理黑龙江鹿鸣矿业有限公司钼矿尾矿库泄漏事故，在约340km河道上设置18道拦截坝[5]。甘肃陇星锑业尾矿库事故造成甘肃、陕西、四川三省346km河水污染，在两条河的干流、支流上建设拦水坝198座[6]。

萤石尾矿库内集雨面积15000m2，按积水深1m计算，发生事故时约15000m3污水泄漏进入石壁溪。在石壁溪丰水期、平水期、枯水期和不同的排放时间，尾矿库积水泄漏所产生的污染团水量见表2。通过对不同排放时间污染团污水总量的分析，可为判断应急拦污空间的数量和有效容积提供参考。

表2 不同排放时间污染团污水总量（m3）

由表2可见，随着排污时间延长，与上游来水混合后产生的污染团总量越大，最高达144000m3。因此，必须根据石壁溪的流速和流量等参数，层层设防。充分利用湿地、芦苇塘、桥梁、园区排洪渠、园区公共应急池、水电站等，在污染团前锋达到之前，构筑环境应急空间收储污水并进行处置。与此同时，为了有效减少下游污水的处理量，必须及时在尾矿库上游构筑拦截坝，拦截上游及支流清洁来水。

④属地管理

属地管理不仅是职权分解，更重要的是三地同时开展环境应急处置，可以更有效地提高环境应急响应速度，减轻污染的范围和程度。石壁溪发源于吴家塘镇的杨家圩村罗厝巷，流经吴家塘镇的铁罗村、行岭村汇入富屯溪。本着属地管理的原则，在发生尾矿库事故时，萤石矿选矿厂、吴家塘镇政府和金塘工业园区均应参与环境应急响应和处置。萤石矿选矿厂主要是对尾矿库事故产生的尾砂、尾水进行围堵、收储，尽可能减少污染物进入斗门溪和石壁溪。吴家塘镇政府则组织辖区内杨家圩村、铁罗村、行岭村三个自然村，将本村所属区域内的桥梁改建为环境应急空间并在政府部门的指导下投药处置污染物。金塘工业园区的工作重点一是借助于园区上游的排洪渠收储部分污水；二是发挥园区下游30000m3公共应急池的作用，进一步收储污水，减少甚至避免污水进入富屯溪。

(2)石壁溪应急拦污空间的可行性分析

①人工湿地

一般企业事故性排放基本上是以公斤或吨为单位，而尾矿库发生事故都是成千上万吨，巴西淡水河谷公司一座1300×104m3的尾矿坝崩塌、陕西汉达工贸有限公司坝溪矿尾矿库700×104m3含磁铁矿尾砂、尾水泄漏流入河流。如此大量的尾砂、尾水进入河流所造成的影响极其严重，如甘肃陇星锑业尾矿库事故造成甘肃、陕西、四川三省346km河道受影响，黑龙江鹿鸣矿业有限公司钼矿尾矿库泄漏造成依吉密河至呼兰河约340km河道钼浓度超标。所以，尾矿库事故首要任务是将尾砂、尾水围堵在陆域，避免或尽可能少地进入河流。

为了避免尾矿库尾砂尾水对河流的污染，可以在尾矿库和河流之间建立缓冲隔离地段。高生旺[7]根据尾矿企业对某跨境河流影响进行应急拦污的设计，其中配套纳污湿地面积为1000hm2，湿地处理水量为324万立方米。萤石尾矿库距离石壁溪支流斗门河278m，之间有面积约2400m2的芦苇塘和面积为70.4亩（46936m2）的人工湿地（农田）。尾矿库发生事故时，紧邻的人工湿地（农田）无法避免地将承受大部分的尾砂、尾水，并造成一定的农作物损失。但是与事故尾砂、尾水进入河流造成下游几百公里的水质甚至饮用水源地污染相比较，其影响和损失还是较小。两权相害取其轻，在特殊情况下，人工湿地（农田）暂存大部分的尾矿库尾砂、尾水还是可以接受的。但是事故处置后，萤石矿选矿厂应按国家规定给予理赔。

②桥梁

本文首次对有关改建桥梁拦截污水进行研究。尾矿库下游至金塘工业园区段的桥梁及距离依次为杨家圩桥、弓墩桥、行岭村老桥、砖厂小桥、石壁溪口桥5座单孔桥梁。经测量，石壁溪砖厂小桥路面宽度4.5m、截面积114m2、桥洞面积53m2，桥洞占桥梁46.9%。行岭村石壁溪老桥路面宽度4.6m、截面积210m2、桥洞面积100m2，桥洞占桥梁47.7%。研究表明，可以对桥梁实施改造，拦截污水。首先在桥洞上游一侧搭建支架，再用铁丝网对支架进行加固，之后在铁丝网上铺设防水布，初步防水挡水。最后再在防水布一侧均匀堆积沙包，分别按1.5m和2m构筑拦截坝，直至将桥洞全部封堵。各桥梁可拦截污水量见表3。

表3 各桥梁可拦截的污水量

结果表明，5座桥梁可拦截的水量为57912～154427m3，可以满足拦截丰水期144000m3污水量的需求。如果应急响应不及时，污染团前锋迁移距离超出改建桥梁的位置，污水量将进一步增大，所以改建桥梁的工作必须及时。根据表1不同水期污染团前锋迁移距离，应尽量在60min、180min、240min、300min之前分别完成将杨家圩桥、弓墩桥、行岭村老桥、石壁溪砖厂小桥和石壁溪口桥改建为环境应急空间的工作。

③拦截坝

尾矿库突发事件发生后，尾砂会沿一定通道源源不断进入水环境，若能第一时间采取拦截措施，可有效防止污染扩大。在各种拦截设施中，土石坝施工相对简单，资金投入比较少，采用的材料可以在河道就地取材，施工时间短，是一种常用的筑坝方式[8]。张智[5]报道，通过在340km河道上设置18道拦截坝，有效遏制了钼矿尾矿库泄漏事故险情扩大，降低了污染危害。除了桥梁以外，可以利用金塘工业园区排洪渠储存大量污染水团。由于排洪渠位于石壁溪的西北侧，所以必须分别在排洪渠末端和汇合河段上构筑拦截坝。汇合河段上可形成容积约7237m3（拦截水位1.0m）～21710m3（拦截水位1.5m）的环境应急空间，所拦截的污水通过固定潜水泵和移动抽水泵，转移至排洪渠储存。因为排洪渠距离尾矿库7.19km，根据表3不同水期污染团前锋迁移距离，拦截坝尽可能在210min前构筑完成。

④排洪渠

排洪渠不同于《“南阳实践”指南》[4]确定的11种环境应急空间。金塘工业园区已建一条汇入石壁溪的排洪渠，明渠长度为2045m，总容积约为73500m3，可以作为拦截园区清水的环境应急空间。另外，与石壁溪连接的排洪渠陡槽段长度约为730m、平均宽度为15m、入河口宽度为21.4m，若在入河口陡槽段筑临时坝可形成容积约7490m3（拦截水位1.0m）～19260m3（拦截水位1.5m）的环境应急空间。发生尾矿库事故时陡槽段筑临时坝应与汇合河段拦截坝同步施工，尽可能在210min前构筑完成。

⑤公共应急池

至今未见有关园区公共应急池收集河流污染水团的研究报道。金塘工业园区公共应急池位于西南角石壁溪与富屯溪汇合处附近，与尾矿库相距9.36km。其下游100m的石壁溪砖厂小桥，经过改建可以拦截7353～19607m3污水。园区在石壁溪园区一侧通过固定潜水泵将污染水团抽入园区雨水箱涵并转输于30000m3的园区公共应急池，合理利用园区公共应急池既减少了构筑环境应急空间的时间，储存的污水还可以及时转移至园区污水处理厂进行处理。

⑥水电站

邴永鑫[6]在某锑污染事件的应急处置中，对事故点下游1个水电站落闸拦截污染物，同时在支流的2个水电站落闸蓄水，减小因清水下泄造成下游污水量增加。张晓健[9]采取加大融江上水库电站的放流量，按照龙江河与融江1/2的汇流比调控，通过稀释减轻对柳江的影响。金塘水电站位于富屯溪上，距离尾矿库11.43km，距石壁溪汇入口下游1.4km，水库总库容2753.00万立方米，调节库容257.20万立方米。当石壁溪流域突发水环境事件时，可预先开闸防水，尽可能腾出库容，以备在石壁溪流域无法进行有效拦截时，通过水电站实施最后拦截和污染处置。